一、研究的背景與問題

2019年4月，生態(tài)環(huán)境部、國家發(fā)展和改革委員會、工業(yè)和信息化部、財政部和交通運輸部出臺了關(guān)于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見即環(huán)大氣〔2019〕35號文件，全國新建（含搬遷）鋼鐵項目要求達到超低排放水平，并對推動現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)超低排放改造提出了明確時間表要求。實施鋼鐵企業(yè)超低排放是推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、改善大氣環(huán)境質(zhì)量、化解鋼鐵行業(yè)過剩產(chǎn)能的重要舉措，也有利于擴大投資、推動技術(shù)創(chuàng)新、促進鋼鐵行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

輥底式熱處理爐是對鋼板進行熱處理（淬火、正火和回火）的主要爐型，無論是采用明火加熱還是輻射管加熱（帶保護氣氛），目前都是利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱量進行直接或者間接加熱，高溫煙氣中不可避免會產(chǎn)生大量的NOx,而且連續(xù)生產(chǎn)過程中NOx易超標，特別是在各地區(qū)出臺了比國標更加嚴格的超低排放標準背景下，需要開發(fā)更加環(huán)保的輥底式鋼板熱處理爐，否則在環(huán)保連續(xù)在線監(jiān)測情況下NOx排放難以100%達標，存在停產(chǎn)限產(chǎn)的可能，不僅影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，也直接涉及到鋼鐵企業(yè)的效益和未來發(fā)展前景。

另外，現(xiàn)有輥底式鋼板熱處理爐的余熱利用還不充分，尤其是輻射管加熱的輥底式熱處理爐，需要采用自身預熱式燃燒器，其排煙溫度相對較高（一般超過600℃），不利于節(jié)能，且超低氮燃燒技術(shù)的應用也受到一定限制，NOx排放也比較高。2020年9月，我國在第七十五屆聯(lián)合國大會上向世界莊嚴宣布2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和，在此“雙碳”背景下，如何降低輥底式鋼板熱處理爐的碳排放，對于實現(xiàn)鋼鐵行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展、促進冶金工業(yè)爐窯的低碳技術(shù)升級，也具有十分重要的意義。

二、解決問題的思路與技術(shù)方案

為了降低NOx及CO₂排放，本項目采用電作為能源，取代傳統(tǒng)的燃氣進行加熱，采用電加熱系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點：

1、電能作為清潔能源，不排放任何污染物及有害氣體，所以可以實現(xiàn)NOx和CO₂的零排放；

2、采用電加熱，不產(chǎn)生高溫煙氣，可大幅度減少由于高溫煙氣排放帶走的熱損失，提高了爐子的熱效率，降低了能源消耗；

3、燃氣加熱存在局部火焰高溫區(qū)，而電加熱不存在高溫區(qū)，所以爐溫以及鋼板溫度控制更加精確，產(chǎn)品質(zhì)量更高；

4、電加熱響應速度快，可減少爐子升溫或降溫的時間，有利于快速進行工藝轉(zhuǎn)換；

5、無需設置排煙系統(tǒng)，爐子結(jié)構(gòu)簡單且占地小。

采用電加熱專用輻射管，輻射管布置在爐膛的上部和下部，為提高加熱均勻性，輻射管前后左右交錯布置，電加熱元件布置在輻射管內(nèi)。電加熱控制設置三相周波過零調(diào)功器，采用可控硅，通過控制電壓來實現(xiàn)溫度的控制。

四、主要創(chuàng)新性成果

1、首次將電加熱技術(shù)應用于輥底式鋼板熱處理爐，實現(xiàn)了NOx和CO₂的零排放，節(jié)能效果也非常顯著；

2、首次開發(fā)了超大功率電加熱輥底式熱處理爐成套裝備，電加熱系統(tǒng)配置功率超過10000kW；

3、成功開發(fā)了電加熱數(shù)字化脈沖控制技術(shù)，大幅度提高了爐溫均勻性，爐溫控制精度在±1℃以內(nèi)；

4、首次應用超長電加熱輻射管，輻射管長度達2500mm，有效解決了電熱元件膨脹帶來的壽命問題及短路問題。

四、應用情況與效果

與燃氣爐的對比見下表：

圖1黑匣子測試結(jié)果

圖2電加熱節(jié)能環(huán)保輥底爐外形照片