电炉烟气余热回收装置及应用.docx

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1、电炉烟气余热回收装置及应用目录摘要11 .前言12 .电炉烟气余热利用技术现状23 .电炉烟气余热利用系统组成及工艺流程33.1.系统组成33.2.工艺流程33.3.热管的传热原理及特点43.3.1.热管的传热原理43.3.2.热管的特点44 .电炉烟气余热回收装置的实际应用51. 1.电炉工艺原始数据54. 2.余热回收系统主要技术指标55 .结束语5摘要本文介绍了电炉烟气余热回收装置的发展现状、系统组成、工艺流程、热管的传热原理及特点等以及电炉烟气余热回收装置在国内某钢厂的实际应用情况。1 .前言随着经济社会发展，资源短缺与环境恶化问题益显现，资源与环境问题己成为全球共同关注的问题。专家指

2、出经济发展与资源、环境相协调，科技进步是最佳的解决方案。企业通过技术创新，走节约型企业发展新路，提高了企业的生命力，实现了资源节约与环境友好，促进了经济社会的和谐发展。在电炉冶炼过程中产生的含尘烟气最高温度可达1300,其携带的热量约为电炉输入总能量的10%,如这部分烟气的余热不予以回收，则造成热量的巨大浪费。目前国内多数钢厂均采用水冷烟道的方式冷却烟气。电炉烟气从炉盖第四孔抽出，经过水冷弯头、水冷滑套加上吸入大量空气，然后进入二次燃烧沉降室，进入水冷烟道后，再进入强制通风冷却器冷却后，烟气温度降至约300,最后和来自电炉狗屋、大屋顶罩温度约60C的二次烟气相混合，混合以后的烟气温度低于150

3、C,直接进入布袋第1页共5页除尘器除尘，达标后经风机、烟囱直接排空。电炉烟气的水冷烟道冷却方式，冷却水温度升高只有34,不但没有回收到烟气中的大量高温显热，需要大量循环，而且消耗了大量电能。2 .电炉烟气余热利用技术现状各国因废钢、电、铁矿石、煤炭、天然气等资源条件不同，电炉短流程的发展情况及烟气余热利用情况也不尽相同。欧美等发达国家废钢资源丰富，电炉钢占比在50%以上，多以全废钢冶炼为主，烟温较低，大部分钢厂没有对电炉内排烟进行余热回收。我国废钢资源紧缺，电炉冶炼普遍热装铁水作为废钢的补充，与全废钢冶炼排出的炉气相比，加铁水冶炼排出的炉气具有CO含量高、烟气量大、烟气热值较高的特点，具有较大

4、的回收潜力，国内已有不少钢厂对电炉烟气进行了余热回收改造。国外少部分钢厂对电炉烟气余热进行了回收利用，利用形式包括预热废钢、汽化冷却产生蒸汽+自用/ORC发电等。电炉烟气余热回收的主要技术为水冷烟道/汽化冷却烟道+热管式余热锅炉/水管余热锅炉。烟气冷却的主要方式见表Io表1电炉烟气冷却的主要方式序号烟气冷却方式烟气转换形式能源利用形式余热回收区间/1水冷烟道+机力风冷落-一无2水冷烟道+喷雾冷却器-无3度纲孩都喷寓冷却器烟气转化为废网显谿加型废网850-I64汽化碘烟气转化为蒸汽厂内自用8-I65汽化烟道+ORC烟气转化为热水显然ORC发电8-I66水冷燃道+熟管式余型锅炉烟气转化为蒸汽厂内自

5、用+并入蒸汽管网25087汽化烟道热管式余型锅炉烟气转化为蒸汽厂内自用+并入蒸汽管网250-I68汽化烟道+水管式余热锅炉烟气转化为蒸汽厂内自用+并入蒸汽管网250-I(1)水冷烟道+机力风冷器/喷雾冷却器技术具有一次投资少、技术可靠、运行稳定的特点，目前国内外仍在大量应用，但该技术存在烟气中大量显热无法回收利用的弊端，能源利用效率低、能耗大，还消耗大量的水和电。(2)废钢预热+喷雾冷却器技术也是国内外钢厂采用较多的技术，但存在低温段烟气余热未利用，喷入大量冷水增加除尘负荷等问题;同时该技术还存在二嗯英产生、废钢预热效果欠佳等问题。(3)汽化烟道技术:利用汽化冷却系统回收部分烟气显热产生的蒸汽

6、用于VD炉，但低温段烟气余热并未回收。(4)汽化烟道+ORC有机工质发电技术:汽化冷却回收的蒸汽用于ORC发电，但实施效果并不理想，实际发电量不足设计值的50%,且低温段烟气余热并未回收。(5)水冷烟道+热管式余热锅炉技术仅回收部分(约800250)的烟气余热，仍需建设庞大的水冷系统。同时，热管余热锅炉存在短时间内失效和传热效率大幅降低的弊端。（6）汽化烟道+热管式余热锅炉技术回收了电炉烟气绝大部分余热，但采用热管式余热锅炉仍存在换热效率随时间下降的问题。（7）汽化烟道+水管式余热锅炉技术在回收电炉各温度段烟气余热的同时，避免了热管式余热锅炉的弊端，但仍存在局部余热浪费，目前回收水平在2025

7、th,利用效率不高。3 .电炉烟气余热利用系统组成及工艺流程3.1.系统组成整个余热回收系统设备包括余热回收本体、汽包、自动控制系统、除氧器、蓄热器、取样器（给水、炉水、蒸汽）、软水箱、加药器、输灰系统、清灰系统、汽水管路及阀门管件、支撑钢结构及平台爬梯等。其中余热回收本体包括：中压蒸发器、中压省煤器、低压蒸发器共三组受热面以及中压汽包、低压汽包、蓄热器。余热回收设备采取立式布置，分成受热部分和公用部分。热管换热器分成热管联箱、热管支架、和灰斗等组件。灰斗位于换热管正下方。公用部分分成三层设置，均为钢结构。一层布置出灰装置；二层布置中压蒸发器（共4组）、中压省煤器、低压蒸发器（共2组）；三层布

8、置中压汽包、低压汽包。水处理间布置中压给水泵、软水泵，软水箱、汽水取样分析装置和锅内磷酸盐加药装置。3.2.工艺流程本文所述电炉烟气深度余热回收技术，在汽化烟道+水管式余热锅炉技术的基础上，采取了第四孔烟气出口改造、从水冷滑套到余热锅炉的烟道全覆盖汽化冷却、燃烧沉降室顶部改为汽化冷却壁、水管锅炉采用快速蒸发冷却缩短二嗯英适宜生成温度区间、配备全自动振打清灰系统等优化措施，以最大限度地回收电炉内排烟（2001600C）余热资源，确保除尘、降温、排污的同时，有效提升电炉高温烟气利用率，降低水、电消耗，达到节能减排、降本增效、环保达标的目的。高温烟气从电炉炉顶（第四孔）抽出，经水冷烟道，在绝热燃烧沉

9、降室（烟气在燃烧沉降室一方面充分燃烧，同时大颗粒灰尘沉积在沉降室底部）充分燃烧，然后烟气继续流经高温烟道，混风后温度降至约850,再经过热管蒸汽发生器和热管省煤器后混风烟气温度降至约150,与二次烟气混合送至除尘系统净化达标后排入大气（见图1）。KHI.rS审一力加漱冕：GnO3=4=枷sor1_J1_J图1电炉烟气余热回收工艺流程图3.3.热管的传热原理及特点3.3.1.热管的传热原理将一根封闭的管壳抽成真空，内部充装一定比例的液体工作介质(工质)，即构成了热管。热管放在热源部分的称之为蒸发段(热端)，放在冷却部分的称之为冷凝段(冷端)。在管内压差作用下，汽体携带潜热由蒸发段流到冷凝段，把热

10、量传递给管外的冷流体，放出凝结潜热，管内工质又由汽体凝为液体，在重力作用下，又回到蒸发段，继续吸热汽化。如此周而复始，将热量不断地由热流体传给冷流体。3.3.2.热管的特点(1)极高的导热性：金属、非金属材料本身的导热速率取决于材料的导热系数、温度梯度。以金属银为例，其值为429WmK经测定，随管内工质的不同，热管的传热系数可以达到106wmK,是银的数千倍。故热管又有超导体之称。(2)优良的等温性：由于热管内的传热过程是相变过程，而且工质的纯度很高，因此热管内蒸汽温度基本上保持恒温，经测定：热管两端的温差不超过5,与其它传热元件相比，热管具有良好的等温性能。一根直径12.7mm,长IooOm

11、m的紫铜棒，两端温差IOOe时传输30W的热量；而一根同样直径和长度的热管传输IOOW的热量，两端温差只需几度。(3)适应温度范围广：热管能适应的温度范围与热管的具体结构、采用的工作流体及热管的环境工作温度有关。按照热管管内工作温度区分，热管可分为低温热管(2730)、常温热管(0250)、中温热管(250450C高温热管(4501000C)等。4.电炉烟气余热回收装置的实际应用国内某钢厂一期新建1座IOOt电炉炼钢连铸车间，年产钢水72514t,连铸坯63x1043铸锭7x103为节能降耗，减少吨钢能耗指标，提高全厂循环经济效益，与之配套新建1套电炉汽化冷却烟气余热回收装置。4.1.电炉工艺

12、原始数据电炉公称容量IoO3平均出钢量IOO3最大出钢量120t,铁水兑入率35%,冶炼周期56min,年作业时间300天。电炉第四孔炉气参数：炉气设计流量87000m3h,炉气设计温度：max1600oCo4.2.余热回收系统主要技术指标余热回收系统参数：额定烟气量348000m3h,烟道入口额定烟气温度1300。氧化初期烟气最高温度为850,热管余热回收设备出口烟气温度150C,设备进出口烟气压损1.21.5kPa,除氧器工作压力0.03MPa,汽包工作压力1.6MPa,外送蒸汽压力0.81.2MPa,冶炼周期余热回收平均蒸汽流量12tho5.结束语电炉烟气余热回收装置的回收，完全符合国家规划关于“节能减排、余热回收”的指导方针。其在钢铁厂的成功应用，能降低国内电炉炼钢的吨钢能耗指标，为企业及社会带来切实的利益，为国内电炉炼钢进一步开展综合利用，提高企业的经济效益，开拓了一条新途径。