引言充分回收烟气余热是节约轧钢加热炉燃料的重要途径之一。目前，通过在烟道中设置预热器或蓄热室预热空气、煤气是余热回收的主要途径之一[1]。预热器按热量交换方式不同，分为间壁式、混合式、蓄热式。其中，间壁式预热器应用最为广泛，其热量传递方式是通过间壁连续地从热介质流向冷介质。间壁式预热器按结构可分为管式预热器和板式预热器[2-8]。某轧钢加热炉采用带插入件的管式预热器预热空气，通过更换成高效板式空气预热器，并对燃烧控制系统做适应性优化后，降低了燃耗。1管式预热器在生产应用中存在的问题某轧钢加热炉为4段供热的“端进端出”的步进式加热炉，加热炉沿炉长方向分为预热段、加热一段、加热二段及均热段。为了精确控制各段炉温和空气、煤气用量，减少各段之间的辐射干扰，在各上部段之间设弧形压下，各下部段之间设置挡墙。余热回收采用空气和煤气双预热工艺，烟道中同时设置了空气预热器和煤气预热器，并在空气预热器前设置稀释风机的供风口，煤气预热器布置在空气预热器之后，烟道布置如图1所示。改造前的空气预热器和煤气预热器，均采用带插入件的管式预热器，其空气预热器参数如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.014.F001图1烟道布置简图10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.014.T001表1改造前的管式空气预热器参数项目设计参数正常工况烟气流量/(m3/h)98 60075 387空气流量/(m3/h)72 08046 917烟气入口温度/℃620603空气入口温度/℃2020烟气出口温度/℃420421空气出口温度/℃550390管式空气预热器在生产应用中存在以下几个问题：（1）换热效率低。在正常生产中平均空气预热温度仅为390 ℃，远低于设计的550 ℃。一是因为换热面积偏小，列管有一半的管壁为背风面，使得其有效的换热面积仅为一半左右。二是因为受结构形式限制，预热管束阻挡了烟气流动，烟气中的灰尘容易富集在列管表面，导致其表面积灰严重。炉修期间打开烟道检修门检查空气预热器时，发现其外形结构有局部弯曲变形，管道外壁积灰严重。（2）管式空气预热器构件中未安装辅助清灰装置，人工清灰效果一般，且保持时间短。（3）管式空气预热器预热效率低。在开启稀释风机仍无法降温的情况下，只能通过减少后部段热负荷来降温，既增加稀释风机的开启频率，增加电耗，又不能充分利用烟气余热，直接影响加热炉的热效率和安全运行；而且由于减少了后部段的热负荷，还影响了加热炉产能的发挥，制约高温出炉品种的拓展。2高效板式空气预热器结构及技术特点2.1高效板式空气预热器结构高效板式空气预热器应用波纹补偿器防止高温变形，低温侧管道特殊设计防止低温腐蚀等技术，在实际生产中具有良好的效果，设计参数如表2所示。根据实际运行工况设计了2个换热段。高温换热段采用了310S不锈钢材质，低温换热段采用了321不锈钢材质，结构示意图如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.014.T002表2高效板式空气预热器技术参数项目设计参数烟气流量/(m3/h)98 600空气流量/(m3/h)72 080烟气入口温度/℃720空气入口温度/℃30烟气出口温度/℃340空气出口温度/℃56010.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.014.F002图2板式空气预热器结构示意图1——空气预热器下风箱；2——纤维棉；3——空气预热器板片（单位：mm）2.2高效板式空气预热器技术特点（1）采用宽流道波纹板式换热结构，流道通畅，烟气流动方向与换热板平行无阻挡，且波纹结构增大换热面积，传热效率比热管式提高近1倍。（2）使用不锈钢材质，且采用不同波纹形式的板片调节烟气侧和空气侧的换热系数，调控各段的金属壁温，使空气预热器金属壁面温度高于烟气的露点温度，避免形成腐蚀酸液，具有很好的抗氧化性、耐腐蚀性，使用温度可达700 ℃，甚至更高。（3）传热板片之间采用全焊接方式连接，且制成品出厂前均须验证密封性，避免人工焊接时焊缝不均匀导致的泄露失效；可根据烟气温降，逐级分段安装，结构更加紧凑，传热效率更高,使用寿命更长。各换热段均以模块化形式组装，提高空气预热器安装效率，维护简便，维修成本低。（4）空气预期器配置了吹灰器。吹灰器采用“连续振荡”吹灰技术，应用超声波原理对传热板片进行连续振动，附着在传热板片表面的灰尘在连续振动下自动脱落，从而达到清灰的目的。3高效板式空气预热器在生产中的应用高效板式空气预热器各参数数据如表3所示，经空气预热器换热后的烟气出口温度稳定在200 ℃~300 ℃，空气出口温度达到400 ℃~560 ℃，均在允许温度范围内，保证了工艺生产的正常运行。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.014.T003表3高效板式空气预热器各参数数据项目高负荷工况低负荷工况烟气流量/(m3/h)104 23246 542空气流量/(m3/h)65 31628 518烟气进口温度/℃672551空气进口温度/℃2020烟气出口温度/℃284226空气出口温度/℃5514103.1空气预热器温度超高高效板式空气预热器应用初期，其换热效果比设计基准值略好，在满负荷生产时会出现空气预热温度超高报警的情况。为保护空气管道耐材、空气阀门、流量孔板等空气系统设备，使其安全稳定运行，必须控制空气预热温度在允许范围内，不能超过上限值。原管式空气预热器换热效率低，空气预热器后的烟气温度偏高，导致煤气预热温度超高报警，因此稀释风机的启停是通过判断煤气预热超温与否来实现。这与改造后出现的空气预热温度超高现象是不一样的，需要对稀释风机的启停条件进行优化，将判断条件由煤气预热温度超温与否改为空气预热温度超温与否。当空气预热温度超温，稀释风机自动启动，当空气预热温度降到安全值，稀释风机自动关闭。同时，燃烧控制系统将炉尾烟气温度与空气预热器前烟气温度的偏差值是否超限，作为稀释风机启停的连锁条件。通过同时判断空气预热温度、炉尾烟气温度与空气预热器前烟气温度的偏差值，控制稀释风机的自动启停，充分发挥空气预热器换的效果，保证空气系统设备的安全稳定运行，优化前、后稀释风机启停流程如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.014.F003图3稀释风机启停流程图在燃烧控制系统增加空气预热温度超温与预热段煤气用量自动调节的连锁条件。当空气预热温度超温时，燃烧控制系统读取当前预热段的实际煤气用量，通过判断预热段实际煤气用量是否超上限来决定是否调整预热段煤气用量。此外，在燃烧控制系统增加炉尾烟气温度与空气预热器前烟气温度的偏差值，和预热段空燃比自动调整的连锁条件。当炉尾烟气温度与空气预热器前烟气温度的偏差值超限时，通过判断预热段空燃比是否在正常范围，实现预热段空燃比自动调整。预热段煤气用量及空燃比自动调节流程如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.014.F004图4预热段煤气用量及空燃比自动调节流程3.2煤气预热器低温侧烟气温度偏低高效板式空气预热器更换之后，换热效果超出预期，导致煤气预热器前的烟气温度大幅度降低，当煤气预热器后的烟气温度低于烟气露点温度时，煤气预热器低温侧有可能发生管材的露点腐蚀。优化烟道闸板的控制策略，可以实现不同负荷下设置不同烟道闸板开度的控制逻辑，保证煤气预热器低温侧烟气温度高于露点腐蚀温度，在解决改造前出现的煤气预热温度频繁超高温问题的同时，仍能够较好地发挥出煤气预热器的换热效果。4实际应用效果某轧钢加热炉应用高效板式空气预热器，并对燃烧控制系统做适应性优化后，运行稳定，炉尾排烟温度显著下降，空气预热温度明显提升。炉修期间，打开烟道检修门对空气预热器进行检查，其外壁光洁，挂灰少，外形结构无变形。（1）与改造之前相比，炉尾排烟温度大幅度降低，约降低100 ℃，极少出现超过300 ℃的情况，基本控制在200 ℃左右，与同产线其他加热炉相比也低约100 ℃。空气预热温度从原来的390 ℃提升至545 ℃。烟气温度在650 ℃时，空气预热温度高于500 ℃。由于空气预热温度大幅度提高，煤气预热器前的烟气温度也有较大幅度的降低，导致煤气预热温度由290 ℃下降至220 ℃，煤气预热温度均控制在250 ℃以下，如图6所示，没有发生煤气预热温度超高限报警的情况。（2）与改造之前相比，燃耗下降了1.19 kg标煤/t，节能量达到2.88%，节气率达到6.95%。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.014.F005图6改造前后温度比对5结语高效板式空气预热器换热效率更高，使用寿命更长，可实现自动吹灰，很好地解决了改造前空气预热温度过低、煤气预热超高温频繁报警的问题。在实际应用中，通过对燃烧控制系统进行适应性优化，增加空气预热温度和稀释风机、预热段煤气自动调整、预热段空燃比自动调整等连锁条件，解决了应用初期出现的空气预热温度过高、煤气预热器低温侧烟气温度偏低等问题，排烟温度得到显著降低，烟气余热得以高效地回收，轧钢加热炉的吨钢燃耗也有明显下降，节能效果好。