硅钢连续退火机组节能措施探讨

硅钢连续退火机组节能措施探讨

张 毅

（中冶南方工程技术有限公司公司 武汉430223）

摘要：介绍了硅钢连续退火机组的主要能源介质消耗现状，分析了机组循环水、清洗段用过滤水和退火炉烟

气余热的情况，从现有生产工艺和设备条件出发，提出减少机组能耗的具体方案。

关键词：硅钢退火节水措施

Silicon steel annealing energy saving measures

Zhangyi

（wisdri wuhan 430223）

Abstract：Describes the approach of continuous annealing line's main energy status quo analysis of media

consumption, and the circulating water, clean section with filtered water and annealing furnace flue gas heat

recovery steam generator, from an existing production process and equipment conditions, reducing the energy

consumption of the unit.

Key：silicon steel anneal line reduce water consumption measures

一、 前言

随着人民生活水平的不断提高，对钢铁生产企业能源消耗和环保也提出了更严格的要求，过去那种高能耗、高产出的模式正逐步被淘汰。根据国家已经制订的低碳环保型社会总体战略目标，各钢铁生产企业已将生产机组节约能源、降低吨钢消耗作为一项重要的考核指标。硅钢连续退火机组作为硅钢生产过程中的能源消耗大户，其能耗的降低有着迫切的需求和广泛的发展前景。

二、 硅钢退火机组能耗现状

冷轧硅钢连续退火机组主要功能为：1) 清洗带钢除去表面油污和杂质；2) 脱碳退火降低带钢含碳量、再结晶消除内应力提高磁性；3) 涂绝缘层。对于硅钢连退机组而言，主要能源介质包括电、煤气、氮气、氢气、循环水、过滤水以及蒸汽。

其中电主要用于机组传动及均热炉加热，煤气是退火炉和干燥烧结炉加热的主要能源，氮气和氢气主要作为退火炉内的保护性气氛，这几种能源与生产工艺相关，目前只能从生产工艺和操作控制上降低其消耗。

连续退火线循环水用于入出口液压站、退火炉水冷辊冷却、RJC冷却段换热器和风机的冷却，耗水量大约为900m3/h；设备和仪表冷却用水60m3/h，吨钢循环量为28m3/t。

过滤水在退火机组上用户点较多，耗量也很大，是设计时节水主要考虑的对象，它主要用于脱脂段间断性使用的碱液配置；脱脂段碱洗后带钢漂洗，用水耗量为35 m3/h；退火炉后带钢喷淋冷却，耗量为12 m3/h，连退线过滤水的吨钢耗量约为1.5m3/t。蒸汽用于机组水介质槽罐的加热和部分管道伴热，这两种能源介质在现有生产工艺和设备基础上还有很大的潜力，可以作为节能的主要发展目标。

三、 节能措施及前景展望

1、节水措施

a、循环水

循环水的消耗主要是管道和各用户点的跑冒滴漏，其耗量一般为循环量的 1.5％，按照退火机组1000m3/h的循环量计算，每小时需要补充的新水量为15 m3。退火炉出口设置有一套水喷淋冷却器，其主要功能是使用过滤水冷却并清洗带钢，使带钢在常温状态下进入涂层段，耗量为12m3/h。这部分水水质较好，设计时可考虑在机组边部设一个回水坑，用泵将这部分水打回到循环水站，回收作为循环水的补充水

利用。机组尾部设有一套热风干燥器，使用蒸汽加热空气干燥带钢，蒸汽用量为1t/h，蒸汽的冷凝水也可通过管道回到回水坑中，补充循环水消耗。这两部分水量基本可以满足机组循环水的耗量，正常运行后只需补充少量新水就可满足生产用水要求。具体布置见下图：

b、过滤水

机组脱脂段是消耗碱液和过滤水的主要部分，现有机组脱脂段布置一般要经过碱喷洗－碱刷洗－高压水喷洗－水刷洗－热水喷淋等几个环节。碱洗段是使用碱液将带钢表面的乳化液、铁粉等各种杂质除去，主要消耗于管道和各槽体的跑冒滴漏，这部分损耗可通过设置合理的碱液温度降低挥发，配置适当的消泡剂比例，改进支撑辊和刷辊的挡水环以及槽体边部的挡水板来减少碱液的漏液损耗。

水清洗部分是通过在热水罐内加入干净的过滤水并逐级向前梯流经过水刷洗槽、高压水喷洗槽将带钢表面的残留碱液清除，其消耗的水量就是加入热水罐的量，因此用更少的水清洗干净带钢就可达到节能减排的目的。现有机组设计为一个热水喷淋槽，中间设一对挤干辊将其分为2级清洗段，如下图所示：

以带钢表面残留液量为20ml/m2，水刷洗水槽中铁粉含量为200mg/L计算，清洗完毕后希望带钢表面残留铁粉为0.02mg/L，机组速度按120m/min，宽度按1.2m考虑，则：

残液量：q＝20×1.2×120×60×2＝345.6L ――式（1）

根据清洗水量计算公式：

Q=q×n

n

o

C

C

――式（2）

Q－每小时冲洗水量；

q－每小时带出残液量；

Co－残液中铁粉浓度；

Cn－第n级希望达到的铁粉浓度；

n－级数；

现有水喷洗段为2级，则可得所需清洗水量为：

Q=345.6×2

0.02

200

＝34.6m3/h ――式（3）

如果再增加一段热水喷洗，将清洗级数变为3级，则每小时消耗水量为:

Q＝345.6×3

0.02

200

＝7.45m3/h ――式（4）

设备上只需增加一个循环罐，一套循环系统，并将热水槽加长增加2对喷管和一对挤干辊，但仅此一项就可节约27 m3/h的过滤水量，不但如此，由于清洗段的过滤水是作为机组弱碱废水排放的，因此还可减少约78％的弱碱废水处理量。

2、降低蒸汽消耗措施

现有的连退机组PH/NOF（预热无氧化炉段）排烟方案为一级热回收方案，即：PH/NOF排烟口→烟道隔离挡板→PH/NOF换热器（烟气/空气换热器）→NOF炉压控制挡板→烟道挡板→排烟风机→烟囱③。

根据热工计算，以及结合以往的工程经验，为保护排烟风机，排烟风机前烟气温度需保证在400℃以下（实际生产中控制在350℃以下）。同时为保护烟囱，烟囱内烟气温度不能低于150℃，因此实际可以利用的烟气余热温度差在200℃左右。

机组清洗段的热水喷洗所需热水温度在80℃，目前的预热方式是采用蒸汽预热。清洗段与PH/NOF 排烟管道位置距离较近，可以考虑利用烟气来替代蒸汽对过滤水进行预热。

按照二级热回收方式来调整PH/NOF排烟方案，即：PH/NOF排烟口→烟道隔离挡板→PH/NOF换热器（烟气/空气换热器）→增加换热器（烟气/水换热器）→NOF炉压控制挡板→烟道挡板→排烟风机→烟囱。

一级热回收前烟气量（设计最大值）：17500（Nm3/h），回收前烟气温度：850（℃）；二级热回收前烟气量（设计最大值）：17500（Nm3/h），回收前烟气温度：350（℃），回收后烟气温度：150（℃）；二级热回收换热器进水温度：35（℃）；二级热回收换热器出水温度：80（℃）。

烟气的比热按照1.4kJ/Nm3计算，在实际的生产中，烟气量要小于设计最大量，若将烟气量按照一半可利用考虑，则二级热回收烟气总热量：

Q=C×N×△T ――式（5）

Q－烟气热量；

C－烟气比热；

N－烟气量；

T－换热前后温度差；

Q＝1.4×17500/2×（350－150）＝2450000kJ ――式（6）

二级可回收利用的总热量为583333kcal；

理论上可将13m3左右的过滤水加热到工艺温度，根据前面所计算的补充新水量，这样的余热量可以满足机组正常生产要求。

按照一公斤标准煤热量为7000大卡计算，机组年生产时间7000小时，仅余热利用这一项就可节约583吨标准煤。按照1kg蒸汽折合0.1086kg标煤计算，则一年可节约蒸汽耗量为5368t。

四、 结论

减少工业企业生产能耗、废水排放以及合理利用余热节约能源是我们所必须面对的问题，在机组设计和建设中充分考虑节能环保有着很现实的意义，并能为生产企业创造较好的经济效益，低能耗、低污染是适应国家号召的工业设计发展方向。本文结合国内现有硅钢中低牌号退火机组能源介质消耗现状，根据机组的生产工艺和装备给出了可行的节约能耗的措施，并得出了相应的结论：

a)通过将水质较好的过滤水和蒸汽冷凝水回收利用，基本可以满足退火线循环水的补充用量。

b)将清洗段热水喷洗槽增加一级漂洗可节约大概27m3/h的过滤水量，并减少78％的弱碱处理量；

c)将炉子烟气换热系统增加一级余热回收，可满足清洗段漂洗新水的加热需求，每年回收的余热相

当于583吨标煤消耗，可节约蒸汽5368t。

参考文献：

[1]西德钢铁工程师协会，《冷轧带钢生产》 机械工业出版社

[2]孔普涛，《硅酸盐工业热工基础》 武汉理工大学出版社

[3]王秉铨，《工业炉设计手册》 机械工业出版社

[4]袁新运，《马钢连续退火带钢清洗工艺改进及实践》 轧钢 2009年6月 26卷 第3期