摘要：针对轧钢生产过程中加热炉能耗占比超30%，且传统加热炉普遍存在排烟温度偏高、热效率低于60%的突出能源浪费问题，文章以某中型轧钢厂蓄热式加热炉改造项目为研究对象，通过为期3个月现场监测与数据采集，系统对比分析了改造前后加热炉的关键运行与环保指标。监测结果表明，加热炉热效率从58%提升至79%，单位钢坯天然气消耗量从120m3/t降至95m3/t，降幅20.8%，年减标煤820t；同时排烟温度稳定在140~150℃,NOX排放量较改造前下降27.8%，该改造方案为钢铁行业加热炉系统节能降碳转型提供了可复制、可推广的技术路径。

　　关键词：蓄热式加热炉；轧钢生产；节能效果；热效率；燃料消耗

　　轧钢是钢铁产业链核心环节，其能耗水平直接影响行业整体能源效率。《中国钢铁工业能源消耗报告（2024）》显示，轧钢工序能耗占钢铁企业总能耗25%~30%，而加热炉作为轧钢生产的关键耗能设备，其能耗占轧钢工序总能耗的比例超70%。传统加热炉普遍存在余热回收效率偏低的问题，排烟温度达350~500℃,热损失占比达30%~40%，热效率仅50%~60%，不仅造成严重能源浪费与生产成本增加，也不符合“双碳”战略目标。

　　近年来发展的蓄热式燃烧技术，可将加热炉排烟温度降至150℃以下，热效率提升至80%左右，但目前针对该技术在不同轧钢生产线、不同燃料类型下的节能效果差异研究尚显不足，对技术应用过程中关键问题的分析深度也有待加强。文章以中厚板轧钢厂蓄热式燃烧技术改造工程为案例，探究技术工作原理、节能效果及优化策略，为企业设备升级与行业节能降碳提供有力支撑。

　　1蓄热式加热炉的工作原理与技术特点

　　1.1蓄热燃烧技术的核心机制

　　蓄热燃烧技术核心机制围绕蓄热体热量循环与双蓄热室连续换热展开。蓄热体多采用蜂窝陶瓷、陶瓷球或金属骨架制作，拥有耐高温、高导热特性，热量存储与释放分两个阶段：一是蓄热阶段，800~1200℃高温烟气进入蓄热室，热量通过传导、对流、辐射传递给蓄热体，使其温度升至600~800℃,烟气则降温至120~150℃排出；二是放热阶段，控制系统切换气流方向，常温助燃空气或燃气进入蓄热室吸热，温度升至600~800℃后进入炉膛燃烧，蓄热体温度随之降低完成循环[1]。

　　蜂窝陶瓷蓄热体孔道规整、比表面积300~500m2/m3，换热效率高、阻力小，适用于大流量低含尘烟气；陶瓷球蓄热体抗压抗热震性好、比表面积100~200m2/m3，更适用于高含尘烟气。

　　加热炉采用“双蓄热室”结构实现连续换热，每个燃烧器对应A、B两蓄热室，通过换向阀交替完成“蓄热”与“放热”，如图1所示。第一周期（30~60s）烟气进A室、空气进B室，换向后续烟气进B室、空气进A室。周期过短或过长都会影响效率与设备寿命，实践中轧钢加热炉换向周期控制在40~50s，以此平衡换热效率与设备寿命。

　　1.2轧钢专用蓄热式加热炉的结构设计

　　轧钢专用蓄热式加热炉结构设计需兼顾炉膛分区控温与蓄热体材质适配。炉膛划分为预热、加热、均热三段，预热段配备低功率蓄热燃烧器，助燃空气加热至500~600℃,炉膛温度维持800~1000℃,缓慢加热冷钢坯至400~600℃以防止开裂；加热段装配高功率燃烧器，助燃空气温度达700~800℃,炉膛温度1200~1300℃,快速将钢坯加热至1100~1200℃；均热段采用小功率燃烧器微调助燃空气，控制温度在1150~1250℃且波动不超过±10℃,保障钢坯温度均匀[2]。某中厚板厂按2:5:3比例分配三段燃料，燃料利用率较传统炉提升12%。蓄热体选用蜂窝陶瓷或陶瓷球，前者适用于低含尘燃气炉，后者适用于高含尘燃煤/焦炉煤气炉，需根据燃料类型选择以防止堵塞。

　　1.3与传统加热炉的技术参数对比

　　为凸显蓄热式加热炉技术优势，选取某轧钢厂传统燃气加热炉与改造后蓄热式加热炉，从多关键参数对比分析。传统燃气加热炉的排烟温度为380~420℃,蓄热式加热炉降至140~150℃,降幅达63%~69%；传统燃气加热炉的热效率56%~58%，蓄热式加热炉提升至78%~80%，提升幅度38%~39%；传统燃气加热炉单位钢坯天然气消耗量为118~122m3/t，蓄热式炉为94~96m3/t，降低20%~21%；传统炉NOX排放量为175~185mg/m3，蓄热式炉为125~135mg/m3，降低27%~28%。自动化控制上，传统炉依赖手动调节，精度较低；蓄热式炉采用PLC自动控制，精度达±5℃,控制精度提升90%以上。蓄热式加热炉在能源利用效率与环保性能上均显著优于传统加热炉，排烟温度大幅降低有效减少余热损失，为轧钢生产节能降碳提供核心技术支撑。

　　2蓄热式加热炉的节能效果实测分析

　　2.1实测方案设计与数据采集

　　2.1.1测试对象与测试周期

　　测试对象为某轧钢厂2#中厚板加热炉，改造前为传统天然气加热炉，改造后为双蓄热室燃气加热炉[3]。炉膛有效长度30m、宽度6m，设计产能150t/h，主要加热Q235普碳钢与Q345合金钢坯，钢坯规格为200mm×1200mm×6000mm。测试周期分改造前与改造后两阶段，每阶段连续监测30天以上，保障数据具备代表性。测试期间，保持轧钢日均产量1200t、钢坯加热温度（Q235钢1180℃、Q345钢1220℃)、燃料类型（天然气，热值35.5MJ/m3）等工况参数一致，排除外部因素对测试结果的干扰。

　　2.1.2关键指标采集方法

　　燃料消耗量采集采用智能燃气流量计（精度±1%），安装在加热炉燃气总管上，实时记录每小时燃气消耗量，通过工厂MES系统导出日累计消耗量；钢坯加热温度采集在加热炉出口处安装红外测温仪（精度±3℃),每5分钟记录一次钢坯表面温度，同时用K型热电偶（精度±5℃)插入钢坯内部100mm处，每日抽检10次获取钢坯内部温度；烟气参数采集在加热炉排烟管道上安装Testo 350型烟气分析仪（精度±2%），每10分钟记录一次排烟温度、O2含量、NOX含量。热效率计算采用反平衡法，如式（1）：

　　η=100%-（q2+q3+q4+q5+q6）（1）

　　式中：q2为排烟热损失；q3为气体不完全燃烧热损失；q4为固体不完全燃烧热损失；q5为散热损失；q6为其他热损失。

　　2.2节能效果量化分析

　　蓄热式加热炉节能效果量化分析中，单位钢坯燃料消耗降低幅度显著，适配不同燃料类型[4]。测试期间，传统加热炉单位钢坯天然气消耗量日均119.8m3/t，波动范围118.2~121.5m3/t，蓄热式加热炉降至95.2m3/t，波动范围94.1~96.3m3/t，单位燃料消耗减少24.6m3/t，降幅20.5%。天然气价格3.5元/m3计算，每吨钢坯节约燃料成本86.1元，工厂日均产量1200t测算，年节约燃料成本约3780万元。

　　使用焦炉煤气的轧钢厂改造项目，单位钢坯焦炉煤气消耗量从220m3/t降至175m3/t，降幅20.4%，与天然气节能幅度基本一致，从而验证了蓄热式加热炉对不同燃料的良好适应性。余热回收与热效率维度按《工业锅炉及火焰加热炉烟气余热资源量计算方法》GB/T 17719—2009标准计算显示，传统加热炉排烟温度平均402℃,排烟热损失4.08×106kJ/h，蓄热式加热炉排烟温度平均145℃,排烟热损失1.25×106kJ/h，每小时回收余热2.83×106kJ，折合标煤0.097t/h，年回收标煤约850t，热效率从传统炉57.2%提升至79.5%，提升22.3%，高效节能特性凸显，如图2所示。

　　不同钢种加热存在节能差异，Q235普碳钢在传统炉与蓄热炉中单位天然气消耗量分别为118.5m3/t、94.8m3/t，降幅20.0%；Q345合金钢分别为121.2m3/t、95.6m3/t，降幅21.1%。合金钢加热温度更高（1220℃vs 1180℃),传统炉高温热量损失更显著，蓄热炉余热回收优势在高温工况下更突出，节能降幅略高。

　　2.3间接节能与环保协同效益

　　2.3.1排烟热损失减少对车间散热负荷的影响

　　传统加热炉排烟温度高，大量热量经排烟管道及炉膛散热释放至车间环境，造成车间温度升高，夏季需投入更多空调或通风设备降温，产生额外能耗。改造为蓄热式加热炉后，排烟温度大幅降低，排烟热损失减少，炉膛保温性能也因设备升级有所提升，车间环境温度平均下降3~5℃。测算显示，车间空调系统夏季运行时间缩短15%，通风设备能耗降低12%，车间年均制冷与通风能耗120×104kW·h，年间接节约电能约16.2×104kW·h，折合标煤52t，间接节能效益显著。

　　2.3.2 NOX排放量降低带来的环保成本节约

　　NOX是钢铁行业主要大气污染物，企业需投入资金治理以满足环保排放标准。传统加热炉NOX排放量平均180mg/m3，需采用SCR脱硝装置处理，处理成本约2.5元/kg；蓄热式加热炉NOX排放量降至130mg/m3，燃烧温度更均匀且采用低氮燃烧技术，无需额外增加脱硝装置投资，仅维持现有简易脱硝设施即可达标。

　　加热炉年均烟气排放量1.2×108m3计算，传统加热炉年NOX排放量约216t，处理成本约54万元；蓄热式加热炉年NOX排放量约156t，处理成本降至39万元，年节约环保成本15万元。NOX排放量降低还降低了企业因环保超标可能面临的罚款风险，提升企业环境信用评级，为企业参与绿色信贷、政策扶持等提供有利条件，环保协同效益突出。

　　3蓄热式加热炉节能效果优化策略

　　3.1现有问题与改进方向

　　蓄热式加热炉应用中需解决蓄热体堵塞寿命短及换向周期固定的问题[5]。采用焦炉煤气或燃煤的设备，烟气含尘高致蓄热体孔道易积灰堵塞，换热效率下降，高低温交替还将其寿命缩至2~3年，可通过增设金属纤维过滤器等除尘装置（控尘＜5g/m3）、优化蓄热体结构（异形孔道+防粘涂层）、定期反吹清灰（每3月高压氮气吹扫）与抽检更换（每年1次）解决，某厂应用后堵塞率从25%降至8%，寿命延至4.5年。

　　部分炉子固定60s换向周期，难适配工况波动，可建关联模型动态调整，排烟超150℃时，每高10℃缩5s，助燃空气低于600℃时，每低50℃延10s，某中厚板厂调整后热效率提升3~5%，单位钢坯燃料消耗降2~3m3/t。

　　3.2智能化技术融合的节能潜力

　　蓄热式加热炉融合智能化技术可大幅提升节能潜力。传统炉人工设定温度曲线，难适配钢坯温度、材质及环境变化，易引发能源浪费与质量问题，基于AI的加热温度自适应控制算法可解决此问题。炉膛内红外测温传感器每秒采集钢坯表面温度，BP神经网络算法预测内部温度（误差≤5℃),结合钢种、环境等数据优化各段温度，Q345钢温低10℃时增加8%燃气流量，并延长停留2min。

　　某厂应用后钢坯加热合格率升至99%，燃料消耗减3.5m3/t，烧损率降0.7%。烟气成分实时监测与燃料配比动态调整系统可精准控制燃烧，排烟管道激光分析仪测O2、CO含量，超目标值时自动调整空气或燃料流量，结合燃料热值10分钟一测调整配比系数，某厂应用后燃烧效率提7%，排烟热损失减4%，CO排放降40%。

　　3.3推广应用前景

　　蓄热式加热炉在轧钢行业推广应用前景广阔，具备良好适配性与协同增效潜力。针对不同规模轧钢厂，可定制技术方案。年产钢材1000万t以上的大型联合钢铁企业采用多炉膛连续式设备，配套智控与余热发电系统，某企业4座设备年节标煤3500t、发电200×104kW·t；年产钢材100~500万吨的中小型厂选单炉膛燃气蓄热技术，某厂投资800万元改造，年省燃料成本650万元，回收期1.2年；100万吨以下的小型厂改造燃烧器，某厂投资300万元改造2台炉，年节标煤280t。其与连铸坯热装热送等技术协同效果显著，某厂结合热装热送后，单位钢坯天然气消耗降17.9%；优化炉体保温使热效率提升2%，配套余热发电可满足加热炉15%用电需求。

　　4结论

　　蓄热式加热炉借蓄热体回收烟气余热，破解传统轧钢加热炉低效高耗问题。中厚板轧钢实测显示，单位钢坯天然气消耗降20.5%，热效率从57.2%升至79.5%，年减标煤约850t，排烟温度、NOX排放也大幅降低。增设除尘装置、优化换向周期可解蓄热体问题，融合AI控温等智控技术能提节能潜力，且适配各规模轧钢厂，与连铸坯热送等协同效果更佳，未来将成轧钢业“双碳”核心技术。

参考文献

　　［1］卢庆庆，吴雪玉，徐永杰，等.蓄热式与常规加热炉的热平衡分析及节能措施［J］.工业炉，2025，47（5）：45-50.

　　［2］张庆峰，王海燕，胡波，等.蓄热式加热炉超低排放操作技术研究［J］.包钢科技，2025，51（4）：95-98.

　　［3］辛海，杨勇，钱增福，等.蓄热式加热炉出口水封大坨改为热风阀技术研究［J］.化工管理，2025（7）：138-141.

　　［4］王帝杰，向永光，张欣茹，等.蓄热式加热炉瞬态熵产分布与燃烧参数影响分析［J］.中国科学：技术科学，2024，54（12）：2293-2305.

　　［5］魏娟.蓄热式加热炉智能控制系统仿真研究［J］.工业加热，2024，53（10）：20-23.