蓄熱均溫技術(shù)在電爐煙氣治理及余熱利用中的應(yīng)用分析

何先志 周志東 張鵬

1.前言

鋼鐵工業(yè)每年消耗大量能源，冶煉過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔夂驮O(shè)備散熱帶走了大量能量。由于電爐的煙氣溫度劇烈波動(dòng)，含塵量大，普通水列管余熱鍋爐很難運(yùn)用于電爐的煙氣余熱回收。目前熱管余熱回收系統(tǒng)已經(jīng)成功運(yùn)用到電爐的煙氣余熱回收中。熱管余熱回收系統(tǒng)可以有效克服煙氣溫度劇烈波動(dòng)帶來的影響，長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。由于熱管（碳鋼-水熱管）不耐高溫，煙氣溫度大于750℃時(shí)將影響熱管余熱系統(tǒng)的安全運(yùn)行及壽命，須通過降低電爐內(nèi)排煙氣溫度以滿足換熱器入口條件。降溫措施主要是水冷件冷卻以及混風(fēng)冷卻，這兩種冷卻方式都是消極的，需要增加額外的成本，同時(shí)還浪費(fèi)相應(yīng)的熱量。如能進(jìn)一步提高換熱器入口煙氣溫度,可以帶來以下明顯的好處:（1）減少內(nèi)排混風(fēng)量,可提高煙氣捕集效果；（2）降低循環(huán)冷卻水量和設(shè)備投入；（3）進(jìn)一步提高蒸汽產(chǎn)量。

問題是，提高換熱器入口煙氣溫度,將對(duì)熱管壽命產(chǎn)生不利影響。所以，新的換熱設(shè)備要既能應(yīng)對(duì)波動(dòng)煙氣的熱振影響,又能在提高入口煙氣溫度的同時(shí)還不影響其使用壽命。其原理是將熱管換熱器前置一種蓄熱裝置，令劇烈波動(dòng)的煙氣溫度得以削峰填谷，降低煙氣溫度的峰值，減小溫度波動(dòng)幅度，從而徹底解決了超高溫?zé)煔鈱?duì)熱管壽命的影響。

2.蓄熱均溫技術(shù)簡(jiǎn)介

蓄熱均溫技術(shù)是通過蓄熱體對(duì)溫度波動(dòng)的煙氣吸收與釋放熱量，達(dá)到均勻煙氣溫度的目的。當(dāng)高溫?zé)煔馔ㄟ^蓄熱體時(shí)，蓄熱體吸收高溫?zé)煔獾臒崃浚档蜔煔鉁囟韧瑫r(shí)自身溫度升高；當(dāng)?shù)蜏責(zé)煔馔ㄟ^蓄熱體是，蓄熱體向煙氣放出熱量，低溫?zé)煔鉁囟壬撸顭狍w溫度降低。當(dāng)溫度波動(dòng)的煙氣經(jīng)過蓄熱體后，將可以減緩煙氣溫度的波動(dòng)。

圖1是某鋼鐵廠90噸電爐實(shí)測(cè)內(nèi)排煙氣溫度曲線。

經(jīng)過蓄熱均溫處理后，其溫度曲線見圖2：

如圖2所示，原始煙氣溫度在180℃—1130℃之間波動(dòng)。經(jīng)過蓄熱均溫處理后，煙氣溫度波動(dòng)范圍為350℃—720℃，最高煙氣溫度從1130℃降低到720℃（此案例意味著蓄熱式熱管換熱器的入口煙溫可以提高到1130℃）。

3.蓄熱均溫技術(shù)應(yīng)用分析

現(xiàn)將常規(guī)電爐除塵余熱利用方案與蓄熱均溫技術(shù)作一對(duì)比。常規(guī)電爐除塵余熱利用系統(tǒng)中，為保證熱管余熱系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，煙氣溫度需要保持在750℃以下，常規(guī)的冷卻方式為間接循環(huán)水冷卻或者是混風(fēng)冷卻。然而間接循環(huán)水冷卻或者是混風(fēng)冷卻，都是消極的解決辦法，都會(huì)導(dǎo)致額外的能源消耗與設(shè)備投資負(fù)擔(dān)。同時(shí)，由于冷卻水和混入的冷風(fēng)會(huì)帶走大量煙氣熱量，這將直接導(dǎo)致余熱系統(tǒng)回收的熱能減少。表1為之前所述90噸電爐為例的綜合性能對(duì)比。

混風(fēng)方案需要混入約10萬Nm3/h的冷風(fēng)才能將風(fēng)量為15萬Nm3/h，溫度為1130℃的煙氣冷卻到750℃。相比其他兩個(gè)方案，混風(fēng)方案由于風(fēng)量的增加，導(dǎo)致該方案需要更大的除塵器風(fēng)機(jī)電機(jī)功率、更大的除塵器以及更大的熱管余熱系統(tǒng)，這直接導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)用增加以及運(yùn)行能耗增大。

表1 常規(guī)電爐除塵余熱利用技術(shù)與蓄熱均溫技術(shù)綜合性能對(duì)比

水冷方案不會(huì)增加除塵風(fēng)量，但卻需要約1500m3/h的循環(huán)冷卻水，循環(huán)冷卻水能耗約220KW。冷卻水同時(shí)會(huì)帶走煙氣熱量，導(dǎo)致余熱系統(tǒng)蒸汽產(chǎn)量降低。對(duì)比三個(gè)方案，該方案蒸汽產(chǎn)量最少，只有10～12t/h。

蓄熱均溫方案明顯優(yōu)于另外兩個(gè)方案，在沒有增加煙氣風(fēng)量，沒有降溫能耗的情況下，經(jīng)過蓄熱均溫設(shè)備，將煙氣溫度降低到750℃以下。同時(shí)由于蓄熱均溫技術(shù)沒有熱量的浪費(fèi)，可以確保原始煙氣熱量都能進(jìn)入后續(xù)的熱管余熱系統(tǒng)，而排放的煙氣熱量可以降到最低，使得蒸汽產(chǎn)量得到大幅的增加。

綜上所述，蓄熱均溫技術(shù)在電爐內(nèi)排煙氣余熱利用系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了五大優(yōu)化功能：1、降低煙氣溫度的峰值，減少除塵系統(tǒng)投資；2、緩解煙氣溫度的驟升驟降，緩解波動(dòng)熱振影響，延長(zhǎng)設(shè)備壽命；3、減少混入冷風(fēng)量，提高煙氣捕集率；4、降低除塵能耗；5、增加蒸汽產(chǎn)量。

4.結(jié)束語

冶金行業(yè)一直被冠以高能耗高污染行業(yè)，電爐更是冶金行業(yè)里的高能耗代表。做好冶金爐節(jié)能減排，是企業(yè)提升競(jìng)爭(zhēng)力的有力手段。上述90噸電爐的熱管余熱回收系統(tǒng)，使用蓄熱均溫技術(shù)后，可年產(chǎn)蒸汽17萬噸，相當(dāng)于節(jié)約2萬噸標(biāo)煤，減少二氧化碳排放5.7萬噸。顯然，蓄熱均溫技術(shù)可以改善和優(yōu)化電爐除塵及熱管余熱回收系統(tǒng)，可以有效減少電爐內(nèi)排系統(tǒng)初期建設(shè)費(fèi)用，提高除塵效率、降低運(yùn)行能耗、增加余熱系統(tǒng)蒸汽產(chǎn)量。