热管余热锅炉在炼钢电弧炉烟气余热回收系统中的应用.docx

热管余热锅炉在炼钢电弧炉烟气余热回收系统中的应用本文以电弧炉炼钢过程烟气余热的回收利用及烟气净化除尘为主线条以热管蒸发器为换热元件合理控制烟气流速解决高温烟尘的沉降和蒸发器热管灰堵以及烟气温度波动大的难题完成了50t电弧炉烟气余热回收净化系统设计与施工。对电弧炉炼钢过程当中所产生的高温烟气直接进行余热回收满足电弧炉炼钢过程当中VD真空处理对蒸汽的需求实现了高温烟气余热回收利用和环境净化为国内电弧炉节能降耗和清洁生产进行了有益的探索。进入21世纪后由于废钢资源的限制我国电弧炉开始普遍使用铁水装热技术这是中国在特定情况下的资源利用。对于电弧炉炼钢而言铁水提供了大量的物理热和化学热减少了装料次数改善了电弧燃烧条件尤其是避免了社会废钢中残余金属元素带来的污染是电弧炉炼钢高效、节能的首选条件。然而使用铁水后电弧炉排放烟气温度增加最高温度可达1400℃随烟气显热带走的热量占总投入热量的13%—20%所以回收电弧炉烟气余热是现阶段电弧炉高效低耗生产的必由之路。一、50t电弧炉概况1、电弧炉工艺参数50t电弧炉主要工艺技术参数见表12、电弧炉的烟气特点1）间歇性、波动性电弧炉在冶炼过程当中排放出的烟气流量、温度、含尘量在不断地变化呈现周期性波动氧化期的烟气温度最高流量最大含尘量最多在出钢期的烟气温度最低力量最小含尘量也最小。2）烟气中粉尘浓度大粒径小电弧炉在冶炼过程当中排放出的烟气中粉尘浓度大、粒径小属于微细尘。烟尘含量一般在8—15g/m3（标态）最大达到30g/m3（标态）；烟尘粒度小粒径分布在0—30μm范围以内吸附力大。电弧炉烟尘化学成分见表2.3电弧炉能量平衡50t电弧炉爱配加30%铁水冶炼时的能量平衡表如图1所示由图1可知在50t电弧炉的能量平衡中高温烟气带走的热量一般约占电弧炉总热量的11%冶炼强度增加单位时间内高温烟气带走的热量增加。实现电弧炉余热回收利用对节能降耗和清洁生产具备重要意义。4电弧炉烟气系统概况为了利用电弧炉烟气热能很多企业将高温烟气用来加热废钢其中典型的案例便是Consteel电路Fuchs竖炉。但是在烟气加热废钢的过程当中烟尘中对炼钢有害的元素（如Zn、Sn、Pb等元素）产生富集对冶炼的产品质量有不利影响同事在废钢预热的过程当中有毒物质二噁英的形成会对环境造成污染。鉴于对以上问题的考虑此电弧炉选择在炉盖第四孔回路上新增一套余热回收装置经余热回收后的低温烟气在进入单独的一套除尘器进行净化余热回收装置生产饱和蒸汽用以满足VD真空炉生产。改造后的系统示意图如图2所示。二、烟气余热回收系统设计1、余热回收系统工艺流程余热回收系统工艺流程如图3所示电弧炉产生的1200℃左右的高温烟气经过炉盖第四孔静茹移动烟道在进入燃烧沉降室CO等可燃物进一步燃烧同时大颗粒得以沉降通过调整燃烧沉降室出口混风阀将烟气出口温度控制在800℃以内在经过高温烟道进入热管蒸汽发生器进行热量回收热交换后的温度降到160℃左右进入除尘器净化热管蒸汽发生器生产的饱和蒸汽通过分气缸供生产和生活实用。2、余热回收系统设备组成1）移动烟道移动烟道两端分别连接炉盖第四孔和燃烧沉降室移动烟道要满足炉盖旋入或旋出时不与第四孔弯烟道发生干涉并且还要满足在吸入高温烟气的同时也要吸入足量的外界空气供后部沉降室内蓄积的CO的二次燃烧故设计为活动烟道其结构如图4所示。2）燃烧沉降室沉降室主要作用有两个第一个是从电弧炉内排出的大颗粒粉尘有足够的时间沉降避免大颗粒烟尘进入后部设备以防导致设备堵塞或损坏；第二个是烟气中未燃烧的CO在沉降室内可继续燃烧防止CO进入后续工艺设备导致安全事故的发生燃烧需要的氧气从第四孔烟道和移动烟道连接处混入空气中得到。沉降过程当中共受到三个力的作用重力、浮力和烟气对颗粒的曳力。重力和浮力之差是使烟尘发生沉降的动力曳力则是阻碍烟尘发生沉降的力。为了进一步保证烟气中大颗粒粉尘的沉降效果沉降室烟气的进、出口设置在顶部。沉降室外形轮廓如图5所示。3）高温烟道高温烟道是指连接沉降室与热管蒸汽发生器之间的管路为了避免热量散失从沉降室出口至热管蒸汽发生器入口管道均采用内保温形式内保温分两层分别为耐磨层和隔热层。4）热管蒸汽发生器为适应电弧炉炼钢烟气的特点要求余热锅炉必须具备启动速度快、负荷适应能力强、连续无故障运转时间长、单向传热强度大等特点故选用热管蒸汽发生器。（1）热管蒸汽发生器的原理热管蒸汽发生器由若干根热管元件组成工作原理如图6所示热管的受热段置于高温烟道内高温烟气横掠热管受热段热管元件的放热段因插在汽—水系统内则使该系统的受热及循环完全与热源分离而独立存在于高温烟道之外不受高温烟气的直接冲刷。高温烟气的热量由热管传给水套管内的饱和水使其汽化所产生的蒸汽经蒸汽上升管到达汽包经过汽水分离后再经主汽阀输出。这样热管不断将热量输入水套管通过外部汽—水管