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电炉烟气余热回收技术与节能改造效果分析

余热余能技术是一项重要资源综合利用技术,其对于节约资源、改善环境状况、提高经济效益,实现资源的循环优化配置和可持续发展具有重要的意义,其中钢铁企业电炉余热回收技术研究近年来备受行业关注。2011 年贵阳钢厂康斯迪电炉成功进行了烟气余热回收系统的改造。

某钢厂电炉2000 年建成投产,2005 年经过工艺改造,入炉铁水比例由过去的15%提高到90%左右,电炉产能由每年60 万t 扩大到110万t。电炉在冶炼钢水的同时,产生约200000m3 /h 电炉高温烟气,携带大量余热资源。除少量烟气余热通过预热废钢的方式得到利用外,仍有350 ~800℃的烟气经过燃烧沉降室后,通过直接水冷方式进行冷却,将烟气温度降至300℃以下;降温后的烟气与来自屋顶大罩的低温烟气混合,使烟气温度继续降到180℃以下;同时在进高温布袋除尘器前段的烟气总管上设有事故混风阀,在烟气超温时及时开启继续降低烟气温度,以保护布袋除尘器的运行安全。满足温度要求的烟气最后进入布袋式除尘器中净化后经引风机送入烟囱排放。现有电炉烟气冷却方式不仅导致大量电炉烟气余热资源浪费,同时冷却系统新增电力消耗,导致能源浪费。

另外,国内钢铁企业为进一步降低电炉炼钢成本,电炉工序普遍出现铁水兑废钢冶炼模式,且铁水比例可高达70%左右,呈现电炉设备“转炉化”的趋势。随着电炉入炉铁水比例增加,所产生的烟气温度、流量及含尘量相对原来设计负荷有很大变化,原有除尘系统基本满负荷甚至超负荷运行,增加了环保达标排放的难题。

1、技术改造方案分析

1.1 存在问题分析

电炉生产工艺的特点决定了烟气温度和流量均具有较大的周期波动性,同时电炉烟气含尘特点对后续余热回收设备的布置和结构形式的要求很高。一方面吹氧冶炼期间烟气流量大、温度最高,此时烟气对余热锅炉的换热管束的热冲击和磨损冲刷最大,锅炉的结构形式要适应由于烟气的波动所带来的热应力的影响。另一方面出钢期间烟气温度低、流量最小,烟气流速降低,锅炉受热面积灰趋势越来越严重,影响了下一个炼钢周期锅炉传热效率,排烟温度就会逐渐上升,继而影响了后续除尘设备的运行。因此锅炉的选型和针对性的设计尤为重要。

同时,由于电炉冶炼条件与最初设计条件已发生很大变化,因此烟气量、含尘量及烟气温度与设计参数已大为不同,此方面需要对相关参数进行理论分析和测试验证分析。

1.2 主要技术方案内容

根据电炉的工艺特点、现场空间场地的摆放、烟气系统阻力以及灰分等的综合考量,经过反复设计比较,最终选择采用辐射水冷沉降除尘与对流换热相结合的技术方案,主要设备包括水冷沉降室、高温蒸发器、过热器、中低温蒸发器、省煤器、加热器及相关系统。

1.2.1 烟气余热回收系统设置

首先在现有的二燃室出口前方设计一组辐射水壁沉降段,后续经过90°转角后在原有烟气管线下方设计一组对流换热段。在第一组受热面中采用辐射水冷壁组件可将通过二燃室出来的高温烟气的温度进行初步整合,同时降低烟气流速来完成烟气中大的粉尘颗粒的初步沉降,以减轻后续锅炉和除尘装置的负荷,同时将烟气中未充分燃烧的煤气在沉降室继续反应燃烧彻底,以避免给后续设备或装置带来爆炸破坏影响,起到对高温烟气削峰的作用。

烟气经水冷沉降室后进入余热锅炉,余热锅炉本体根据现场实际情况,采用卧式布置,高温烟气依次经过高温蒸发器、过热器、中低温蒸发器、省煤器、换热器(耐低温露点腐蚀),最后排出的烟气再经除尘器净化后排往大气。

1.2.2带蓄热器的蒸汽回收系统

由于电炉为周期性间断吹炼,因此在蒸汽系统中增设了2 台蓄热器,其作用是将余热锅炉产生的周期性波动的蒸汽,通过蓄热器的调节,能连续而稳定地向外供汽,使蒸汽得到最大限度的回收和利用。

通过余热锅炉可产生1畅6 MPa 饱和蒸汽,经蓄热器后,供给出1畅1MPa 饱和蒸汽回至锅炉本体的过热器实现基本稳定输出,蒸汽经过热后可达到260 ~350 ℃并入主蒸汽管网。

2、改造节能效果分析

2.1余热回收效益分析

电炉烟气按200000m3 /h、500℃来计算校核,通过余热锅炉,可平均回收产生1畅0MPa、250℃的蒸汽约25t/h,年回收约20 万t,节约能250℃的蒸汽约25t/h,年回收约20 万t,节约能源2 万tce,可为企业创造可观的经济效益。

2.2 降低原有冷却系统能耗

增设一套余热回收装置回收烟气余热,可以停用原有水冷方式,使烟气温度降至合理的烟温后再进行排空,降低了冷却水的消耗。

2.3 降低烟气除尘系统

烟气处理量余热锅炉后烟气的温度可降低到200℃以下,使得后续从屋顶大罩中引入的混风量也减少,除尘系统需要处理的烟气量相应减少。

3、结论

(1)该余热回收改造方案技术可行,系统设计布置合理。

(2)改造后可大大降低炼钢的运行成本,降低能耗指标,经计算改造后电炉的吨钢单位能耗可下降18.32 kgce,改造完成后每年可节约2万tce。

(3)通过改造可彻底解决电炉存在的除尘问题,满足国家环保要求。

(4)回收利用废气中的余热产生蒸汽回用于生产,代替部分燃气锅炉生产蒸汽,降低钢厂CO2 、SO2 、NOx 排放量,达到了节能减排目的。

 
 
         
 
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