一、研究的背景与问题

2019年4月，生态环境部、国家发展和改革委员会、工业和信息化部、财政部和交通运输部出台了关于推进实施钢铁行业超低排放的意见即环大气〔2019〕35号文件，全国新建（含搬迁）钢铁项目要求达到超低排放水平，并对推动现有钢铁企业超低排放改造提出了明确时间表要求。实施钢铁企业超低排放是推动产业转型升级、改善大气环境质量、化解钢铁行业过剩产能的重要举措，也有利于扩大投资、推动技术创新、促进钢铁行业高质量发展。

辊底式热处理炉是对钢板进行热处理（淬火、正火和回火）的主要炉型，无论是采用明火加热还是辐射管加热（带保护气氛），目前都是利用燃料燃烧产生的热量进行直接或者间接加热，高温烟气中不可避免会产生大量的NOx,而且连续生产过程中NOx易超标，特别是在各地区出台了比国标更加严格的超低排放标准背景下，需要开发更加环保的辊底式钢板热处理炉，否则在环保连续在线监测情况下NOx排放难以100%达标，存在停产限产的可能，不仅影响生态环境质量，也直接涉及到钢铁企业的效益和未来发展前景。

另外，现有辊底式钢板热处理炉的余热利用还不充分，尤其是辐射管加热的辊底式热处理炉，需要采用自身预热式燃烧器，其排烟温度相对较高（一般超过600℃），不利于节能，且超低氮燃烧技术的应用也受到一定限制，NOx排放也比较高。2020年9月，我国在第七十五届联合国大会上向世界庄严宣布2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，在此“双碳”背景下，如何降低辊底式钢板热处理炉的碳排放，对于实现钢铁行业的高质量发展、促进冶金工业炉窑的低碳技术升级，也具有十分重要的意义。

二、解决问题的思路与技术方案

为了降低NOx及CO₂排放，本项目采用电作为能源，取代传统的燃气进行加热，采用电加热系统，具有以下优点：

1、电能作为清洁能源，不排放任何污染物及有害气体，所以可以实现NOx和CO₂的零排放；

2、采用电加热，不产生高温烟气，可大幅度减少由于高温烟气排放带走的热损失，提高了炉子的热效率，降低了能源消耗；

3、燃气加热存在局部火焰高温区，而电加热不存在高温区，所以炉温以及钢板温度控制更加精确，产品质量更高；

4、电加热响应速度快，可减少炉子升温或降温的时间，有利于快速进行工艺转换；

5、无需设置排烟系统，炉子结构简单且占地小。

采用电加热专用辐射管，辐射管布置在炉膛的上部和下部，为提高加热均匀性，辐射管前后左右交错布置，电加热元件布置在辐射管内。电加热控制设置三相周波过零调功器，采用可控硅，通过控制电压来实现温度的控制。

四、主要创新性成果

1、首次将电加热技术应用于辊底式钢板热处理炉，实现了NOx和CO₂的零排放，节能效果也非常显著；

2、首次开发了超大功率电加热辊底式热处理炉成套装备，电加热系统配置功率超过10000kW；

3、成功开发了电加热数字化脉冲控制技术，大幅度提高了炉温均匀性，炉温控制精度在±1℃以内；

4、首次应用超长电加热辐射管，辐射管长度达2500mm，有效解决了电热元件膨胀带来的寿命问题及短路问题。

四、应用情况与效果

与燃气炉的对比见下表：

图1黑匣子测试结果

图2电加热节能环保辊底炉外形照片