燃?xì)鉅t窯是鍛造行業(yè)常用的配套設(shè)施，且根據(jù)不同企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模，一臺(tái)鍛造設(shè)備往往需要多臺(tái)爐窯配套生產(chǎn)，因此燃?xì)鉅t窯的能源消耗，成為了鍛造行業(yè)最大的成本組成，而以天然氣為燃料的天然氣爐窯如圖1 所示，以其清潔能源的優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)前全球注重環(huán)保的形勢(shì)下，成為鍛造行業(yè)爐窯的首選，但同樣也增加了能源成本。
經(jīng)統(tǒng)計(jì)，天然氣消耗一般占鍛造產(chǎn)品總成本的8%～10%，占鍛造階段成本的50%～55%。天然氣成本的高低直接影響著企業(yè)的利潤(rùn)以及在鍛造市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力,因此如何降低鍛造能耗成本，一直是國(guó)內(nèi)外鍛造行業(yè)的共同追求。在新形勢(shì)下,采取有效的節(jié)能措施，降低能源消耗，提高能源利用效率，已成為降低產(chǎn)品成本、提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力直接而有效的途徑。
研究對(duì)象及方向
研究方向
鍛造用天然氣爐窯，燃料為天然氣，主要成分是甲烷。天然氣作為一種清潔燃料，一般含硫量低，雜質(zhì)含量較少，容易實(shí)現(xiàn)爐窯燒嘴火焰的自動(dòng)調(diào)整和爐溫自動(dòng)控制。天然氣的理論熱值在37600 ～41800kJ/m3。以我們現(xiàn)在使用的爐窯為例，為保證燃?xì)鉅t窯加熱效果、減少能源消耗，重點(diǎn)在以下幾個(gè)方面開(kāi)展研究和試驗(yàn)，目的在于降低燃?xì)鈫魏摹?/p>
⑴爐窯燒嘴的選用和調(diào)整；
⑵煙氣溫度控制；
⑶爐內(nèi)氣氛壓力控制；
⑷爐窯整體密封性能的保證；
⑸鍛造生產(chǎn)過(guò)程控制及其他管理措施的實(shí)施。
試驗(yàn)方案
針對(duì)以上措施，我們選取15m2 加熱爐進(jìn)行試驗(yàn)，設(shè)備主要參數(shù)見(jiàn)表1。
同時(shí)，根據(jù)加熱產(chǎn)品的不同，我們把工藝過(guò)程分為不同的加熱工藝段，統(tǒng)計(jì)各個(gè)工藝段平均每小時(shí)的單耗情況見(jiàn)表2。
試驗(yàn)改進(jìn)過(guò)程
爐窯燒嘴的選用和調(diào)整
為保證燃?xì)獬浞秩紵蜏p少熱量損失，采用蓄熱式平焰燒嘴逐漸成為當(dāng)前行業(yè)內(nèi)爐窯設(shè)計(jì)建設(shè)的主流方向。蓄熱式平焰燒嘴，如圖2 所示，通過(guò)爐窯兩側(cè)成對(duì)布置統(tǒng)一控制，設(shè)置一定換向時(shí)間，分別控制兩個(gè)燒嘴的打開(kāi)和關(guān)閉，利用蓄熱體提高助燃風(fēng)溫度，以此來(lái)保證爐窯溫度曲線的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)熱能資源利用的最大化。蓄熱式平焰燒嘴，主要以對(duì)流方式將熱量均布至整個(gè)爐膛，再通過(guò)爐膛內(nèi)氣氛，以輻射方式傳遞給被加熱工件，火焰不會(huì)直接接觸到被加熱工件，有利于工件均勻加熱，避免過(guò)燒。
兩側(cè)燒嘴的開(kāi)啟時(shí)間、開(kāi)關(guān)頻次和開(kāi)啟程度之間的配合，以及燃?xì)馀c助燃風(fēng)的配比直接給燃?xì)庀膸?lái)巨大的影響。
空燃比的調(diào)整。通過(guò)定期測(cè)定煙道內(nèi)煙氣內(nèi)氧含量，對(duì)爐窯燒嘴的手動(dòng)閥門進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)過(guò)多次調(diào)整摸索驗(yàn)證，當(dāng)煙氣中殘氧含量小于4%時(shí)，容易出現(xiàn)爐內(nèi)燃?xì)馊紵怀浞郑瑧?yīng)適當(dāng)增加助燃風(fēng)量；當(dāng)煙氣中殘氧含量超過(guò)6%時(shí)，說(shuō)明助燃風(fēng)量較大，應(yīng)適當(dāng)降低助燃風(fēng)量，避免無(wú)謂消耗。
煙氣溫度控制
排煙溫度高低，反映出換向保溫及蓄熱體的蓄熱量的高低。排煙溫度較高，說(shuō)明蓄熱體蓄熱量已達(dá)到飽和，時(shí)間長(zhǎng)造成燃?xì)鉄o(wú)謂浪費(fèi)。將排煙溫度控制在較低水平，可保證煙氣熱量的充分回收利用。我單位目前將排煙溫度的高低作為爐窯空燃比調(diào)整的重要標(biāo)記，一般煙氣溫度控制在200℃以下。
爐內(nèi)氣氛壓力控制
爐內(nèi)壓力高低也是衡量燃?xì)鉄崃砍浞掷玫闹匾笜?biāo)。爐壓高對(duì)設(shè)備損壞較大，爐壓低容易造成燃?xì)獾臒o(wú)謂消耗，因此保證爐窯在合理范圍之內(nèi)，是保證設(shè)備充分利用，同時(shí)保證節(jié)能的重要措施。目前我們將爐壓范圍控制在20 ～50Pa 內(nèi)。
爐窯整體密封保溫性能的保證
爐體設(shè)計(jì)采用頂部和側(cè)墻部分使用復(fù)合纖維模塊，每次停爐后將檢查模塊及補(bǔ)償邊條緊實(shí)程度作為爐窯保養(yǎng)的重點(diǎn)項(xiàng)次，保證每次停爐后利用陶瓷纖維氈塊將所有縫隙塞實(shí)；日常監(jiān)測(cè)爐體外墻溫度，檢測(cè)溫度高于65℃時(shí)，對(duì)爐體模塊進(jìn)行局部或全部更換。
臺(tái)車密封由沙封刀、沙封槽和密封用沙子組成，沙封刀、沙封槽在日常運(yùn)行中，由于高溫的環(huán)境頻繁變化，容易出現(xiàn)損壞，造成爐內(nèi)高溫氣體與外部對(duì)流交換，形成熱量損失，因此日常必須隨時(shí)保持沙封刀埋入到沙封槽的沙子內(nèi)。沙封槽內(nèi)的沙子，由于臺(tái)車頻繁的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，造成沙子的流失。臺(tái)車上氧化皮掉入沙封槽內(nèi)，最終影響了密封效果，因此每次停爐后要對(duì)沙封槽內(nèi)掉落的氧化皮及時(shí)清理并補(bǔ)充沙子，保證臺(tái)車密封效果。
爐門密封采用自壓緊，前期加熱爐爐門采用氣缸壓緊方式，因爐門口爐溫較高，極易烤壞氣缸內(nèi)密封，造成無(wú)法正常使用，還容易造成熱停爐。因此為減少設(shè)備損壞及停爐時(shí)間，目前爐窯采用機(jī)械自壓緊方式，同時(shí)在爐門護(hù)板增加凸條方式，將爐門內(nèi)纖維和爐門護(hù)板上的凸條緊密結(jié)合達(dá)到壓緊的目的。
鍛造生產(chǎn)過(guò)程控制及其他管理措施的實(shí)施
在采取以上設(shè)備參數(shù)調(diào)整的同時(shí)，在日常運(yùn)行中進(jìn)行過(guò)程控制，采取了有效利用高溫余熱連續(xù)生產(chǎn)、減少裝出爐次數(shù)、減少出爐等待時(shí)間、增加單爐次裝爐量和班組能耗競(jìng)賽等措施。
有效利用高溫余熱連續(xù)生產(chǎn)，有效利用了爐體、蓄熱體及臺(tái)車的剩余熱量，減少了爐次之間爐窯余熱的損失，實(shí)現(xiàn)了熱量的有效充分利用。通過(guò)管理措施，合理的組織生產(chǎn)模式和出爐頻次，提前做好吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)準(zhǔn)備工作，減少出爐次數(shù)和出爐等待時(shí)間，也一定程度上減少了熱量損失。在設(shè)備承載能力范圍之內(nèi)，合理的增加裝爐量，有效的降低了加熱成本的噸單耗。通過(guò)班組能耗競(jìng)賽，有效的鞏固了以上措施的執(zhí)行，保證了能耗的降低。
試驗(yàn)效果
不同工藝段試驗(yàn)前后天然氣消耗對(duì)比見(jiàn)表3，從表3 中可以看出，通過(guò)各項(xiàng)措施的實(shí)施，爐窯處于各工藝段的瞬時(shí)流量均有了不同程度的降低，不同溫度段能耗節(jié)約比例在20%～30%。
結(jié)束語(yǔ)
本文通過(guò)對(duì)天然氣爐窯設(shè)備節(jié)能措施的研究過(guò)程和實(shí)踐結(jié)果的分析介紹。通過(guò)技術(shù)及管理措施的實(shí)施，可以非常有效的實(shí)現(xiàn)鍛造加熱爐燃?xì)獬杀镜墓?jié)約，且該措施可以向其他爐窯進(jìn)行推廣，降低鍛造工序制作成本，提升行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
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