电炉烟气余热回收装置的研发与工程实践.doc

HYPERLINK"http://www.ccc68.com/chuanmei/html/?67577.html"\t"_blank"《冶金能源》2009年第一期
电炉烟气余热回收装置的研发与工程实践
李国盛黄伟杨明华吴仕明(中冶京诚工程技术有限公司)摘要：利用电炉烟气余热回收装置,通过前置辐射换热面和后置对流换热面进行余热回收,可节能减排,提高经济效益。此项技术的关键在于汽化冷却循环方式与循环流量的设计,清灰装置、对流换热面形式的设计与流通截面及烟气流速的设计。电炉炼钢产生的高温烟气中含有大量的显热和化学能。但传统内排烟烟气处理设施多采用水冷却方式:冶炼所产生的一次烟气从其炉顶抽出,经水冷弯头、水冷滑套、燃烧沉降室、水冷烟道冷却后,再经空冷机或喷雾冷却塔降到约350℃,最后与来自大密闭罩及大屋顶罩温度为60℃的二次烟气相混合,混合后的烟气温度低于130℃,接进除尘器净化,并经风机排往大气。电炉烟气采用水冷却方式,不仅高温烟气的热量没有得到回收,冷却水温升小、流量大消耗了大量电能,同时循环过程中的冷却水的损耗及其对环境造成的污染也较大。为了充分利用余热,节电、节水,对电炉烟气处理设施的革新势在必行。1国内外相关技术现状与发展趋势国内外电炉炉内排烟处理设施以水冷为主然而多年来针对电炉烟气余热回收的研发却从未停止,目前投入工程应用的有废钢预热和余热回收生产蒸汽两种方式。1·1废钢预热废钢预热分为水平通道预热(Consteel)、竖炉预热(Fuchs)两种。近年来国内成套引进了多台Consteel炉,如石横、通化、韶钢等钢厂投运后虽废钢有一定温升,但存在预热温度低温升不均匀、预热通道漏风量大、风机电耗较高、车间内占地面积大、料跨吊车作业率高等问题。且该项技术至今未能国产化,初投资较大同时废钢预热也只能部分利用烟气的显热,排烟温度仍较高。1·2余热回收生产蒸汽在上个世纪80年代,德国的OSCHATZ公司为欧洲钢铁厂的4座电炉设计和制造了汽化冷却系统,在120~140t超功率电炉的炉体、炉盖和内排烟上都实现了汽化冷却。其中德国克虏伯150t超高功率电炉的炉壳和内排烟采用的汽化冷却装置,蒸汽压力1·0~2·5MPa,蒸汽产量1~13t/h。而在前苏联,汽化冷却也被普遍采用不论是炼钢电炉还是铁合金电炉,不论是开放式的还是闭式,都采用汽化冷却。国内电炉炼钢一直采用传统水冷烟气处理设施,在余热回收生产蒸汽方面尚无成熟的产品近年来,高温辐射型转炉汽化冷却、加热炉汽化冷却等余热利用取得了显著的经济和社会效益证明了高温辐射型汽化冷却技术上成熟、可靠从而得到广泛采用。同一期间,随着对炼钢炉烟尘特性的深入了解及高效除灰设施的成功研制低温对流换热器的设计、制造在国内也取得了较大的进展。此外,余热回收的中、低参数蒸汽作为炼钢车间RH、VD等真空精炼装置及全厂低压饱和蒸汽发电用汽汽源的技术也渐渐成熟,这些都为充分利用炼钢炉烟气余热回收提供了前提条件。因此电炉烟气余热回收生产蒸汽的方式得到了前所未有的关注。2电炉汽化冷却烟气余热回收装置2005年起,公司针对国内电弧炉烟气余热回收技术进行专题研究,考察了国内众多电炉炼钢厂,收集了大量资料。经过三年多的基础研究工作,初步建立了的电炉烟气参数理论模型,并明确了电炉烟气汽化冷却余热回收技术需要解决的关键问题。根据电炉烟气的特点,提出了电炉烟气余热回收装置设计方案应重点解决的三项内容:(1)电炉烟气烟温波动大,瞬间温度高因此首先需要设计合理的烟气流量及汽化冷却循环方式和强制循环的最佳循环倍率;(2)烟气携带粉尘多,并具有一定粘性因此清灰装置及对流换热器的设计必须高效、可靠,以确保烟道流畅,对流换热器换热效果良好,确保电炉长期、稳定生产;(3)汽化冷却装置流通截面的设计及烟气流速的选择,必需兼顾设备磨损和积灰的妥善解决。烟气流速过高设备磨损大,而烟气流速过低设备积灰则会恶化。经三年多的研发,2008年公司成功研制了一套前置辐射换热面及后置对流面的电炉烟气余热回收装置,并依托营口中试基地100t电炉炼钢车间进行工程实践。同一期间,经申请国家知识产权局审核,2008年4月23日获得电炉烟气余热回收装置实用新型专利的授权。2·1系统的组成电炉烟气余热回收装置换热面,根据烟温的高低分为辐射换热型汽化冷却烟道和对流换热型热管换热器,系统设置一台汽包。辐射换热型汽化冷却烟道采用膜式水冷壁结构,控制烟气保持一定流速以减少积灰。同时对烟道进行合理分段,各段烟道采取自然/强制的复合循环方式。强制循环烟道的每根进水管均设有节流装置,另在热强度高或受热不均的水冷壁管内增设扰流板。对流换热型热管换热器采用重力式热管,进行交换的两种换热介质,中间由管板隔开,运行中个别热管的失效不会造成两种换热介质相混,因而不必停车堵漏。换热器可根据厂房布置条