熱管余熱鍋爐在冶金電爐煙氣余熱回收中應(yīng)用

摘要：本文介紹在煉鋼電爐煙氣布袋除塵系統(tǒng)中，降低煙氣溫度來(lái)滿(mǎn)足布袋除塵器的許用溫度的一項(xiàng)技術(shù)。該技術(shù)采用熱管做傳熱元件，并用水做降溫介質(zhì)，利用熱管內(nèi)工質(zhì)相變吸收煙氣的熱量，并產(chǎn)生飽和蒸汽供用戶(hù)使用。

1.前言

隨著改革開(kāi)放的深入進(jìn)行我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，發(fā)展與環(huán)保問(wèn)題的是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重中之重，冶金領(lǐng)域的環(huán)保治理與余熱回收是其重要內(nèi)容。冶金電爐煙氣含塵粒度較小，其直徑為40~300目，這一粒度的灰塵一般采用布袋除塵器收集灰塵。但是電爐尾氣溫度為500℃至800℃，這一溫度超出了布袋除塵器的許用工作溫度。如果不進(jìn)行降溫處理，布袋很快燒穿，無(wú)法運(yùn)行。這樣電爐煙氣在進(jìn)入除塵器的前的降溫顯得十分必要。因此開(kāi)發(fā)了熱管余熱回收系統(tǒng)回收煙氣余熱，既可將高溫?zé)煔饽芰哭D(zhuǎn)化為高溫高壓蒸汽，滿(mǎn)足日常生活和生產(chǎn)的需求，又可將煙氣溫度降至200℃左右（布袋許用溫度），保證了布袋除塵器的可靠運(yùn)行。本文通過(guò)新疆八一鋼廠(chǎng)70t電爐余熱回收系統(tǒng)的實(shí)例，介紹一種余熱回收裝置，它成功解決了電爐煙氣溫度高、灰塵多且細(xì)的技術(shù)難題。

2. 新疆八一鋼廠(chǎng)70t電爐余熱回收技術(shù)

該余熱利用系統(tǒng)主要由熱管蒸汽發(fā)生器、熱管軟水預(yù)熱器和蒸汽聚集器、沖擊波吹灰系統(tǒng)組成。熱管蒸汽發(fā)生器、熱管軟水預(yù)熱器主要采用高效傳熱元件—熱管，較一般余熱回收裝置有許多明顯優(yōu)點(diǎn)。
2.1工藝流程
根據(jù)70t電爐余熱的工藝參數(shù)和使用要求，電爐余熱回收裝置流程見(jiàn)圖1（軟水流程）、圖2（煙氣流程）。工業(yè)自來(lái)水經(jīng)水處理軟化后進(jìn)除氧器，再經(jīng)加壓水泵加壓進(jìn)入熱管水預(yù)熱器，經(jīng)過(guò)預(yù)熱后進(jìn)入蒸汽聚集器，通過(guò)下降管和上升管與熱管蒸汽發(fā)生器進(jìn)行自然循環(huán)，除氧水吸收熱量后，氣化形成1.6 MPa的飽和蒸汽，進(jìn)入蒸汽總管供用戶(hù)使用。                                                

2.2工藝條件

   （1）平均出鋼量：70t/爐

   （2）zui大煙氣量：160000Nm³/h

   （3）煙氣zui高入口溫度：800℃

   （4）煙氣出口溫度180 ℃

   （5）飽和蒸汽壓力：1.25MPa

   （6）回收熱量：38500KW

   （7）zui大蒸汽流量：16t/h

2.3熱管余熱回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

此熱管余熱回收系統(tǒng)主要由熱管蒸發(fā)器、熱管軟水預(yù)熱器、和蒸汽聚集器、沖擊波吹灰系統(tǒng)組成。 煙氣先經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器，后經(jīng)過(guò)水預(yù)熱器。
換熱設(shè)備（蒸發(fā)器和水預(yù)熱器）之間有過(guò)渡段連接，過(guò)渡段上設(shè)有不銹鋼膨脹節(jié)（以滿(mǎn)足設(shè)備的熱膨脹）和人孔（供設(shè)備安裝和停爐檢修時(shí)使用）以及沖擊波吹灰器（吹灰用）。另外，每臺(tái)蒸發(fā)器和每臺(tái)水預(yù)熱器上都設(shè)有吹掃管，可根據(jù)積灰的情況輔助吹灰。在蒸發(fā)器和水預(yù)熱器底部設(shè)有灰斗，用于儲(chǔ)灰和排灰。

  2．4系統(tǒng)工作原理
（1）熱管蒸發(fā)器是由若干根熱管元件組合而成。其基本結(jié)構(gòu)及工作原理如圖2所示。熱管的受熱段置于熱流體風(fēng)道內(nèi)，熱風(fēng)橫掠熱管受熱段，熱管元件的放熱段插在汽一水系統(tǒng)內(nèi)。由于熱管的存在使得該汽一水系統(tǒng)的受熱及循環(huán)*和熱源分離而獨(dú)立存在于熱流體的風(fēng)道之外，汽一水系統(tǒng)不受熱流體的直接沖刷。熱流體的熱量由熱管傳給水套管內(nèi)的飽和水（飽和水由下降管輸入），并使其汽化，所產(chǎn)蒸汽（汽、水混合物）經(jīng)蒸汽上升管到達(dá)汽包，經(jīng)汽水分離以后再經(jīng)主汽閥輸出。這樣熱管不斷將熱量輸入水套管，通過(guò)外部汽一水管道的上升及下降完成基本的汽一水循環(huán)，達(dá)到將熱煙氣降溫，并轉(zhuǎn)化為蒸汽的目的。

（2）熱管水預(yù)熱器（省煤器）也是由若干根特殊的熱管元件組合而成，熱管的受熱段置于煙氣風(fēng)道內(nèi)，熱管受熱，將熱量傳至夾套管中從除氧器進(jìn)來(lái)的除氧水，加熱到180℃以上，送至蒸汽聚集器。

 2.5系統(tǒng)特點(diǎn)
2.5.1采用熱管作為傳熱元件，具有*的傳熱性能；氣——液換熱，一側(cè)是具有一定流速的煙氣另一側(cè)是軟水相變?yōu)檎羝瑩Q熱時(shí)對(duì)流換熱系數(shù)為40—60W/m².℃。700—800℃的煙氣經(jīng)過(guò)熱管蒸發(fā)器，溫度降至180 ℃左右。同時(shí)產(chǎn)生1.6MPa的飽和蒸汽，供用戶(hù)使用。

2.5.2整個(gè)汽水系統(tǒng)的受熱及循環(huán)*和熱流體隔離而獨(dú)立存在于熱流體煙道以外，這就使本系統(tǒng)有別于一般余熱鍋爐。
2.5.3設(shè)備中熱管元件間相互獨(dú)立，熱流體與蒸汽發(fā)生區(qū)雙重隔離互不影響，即使單根或數(shù)根熱管損壞，也不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，同時(shí)水、汽也不會(huì)由于熱管破損而進(jìn)入熱流體。
2.5.4設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)節(jié)熱管兩端的傳熱面積可有效地調(diào)節(jié)和控制壁溫，防止低溫酸露點(diǎn)腐蝕。
2.5.5操作簡(jiǎn)單、維修方便、工作可靠，整個(gè)系統(tǒng)的熱量輸送過(guò)程不需要任何外界動(dòng)力，故障率低，效率高。

2.8換熱器的積灰問(wèn)題

電爐煙氣含塵量是8—15g/m³，也就是說(shuō)每小時(shí)500Kg左右的灰塵通過(guò)換熱器。電爐煙塵粒度較小0—10μm的灰占灰塵總量的70%以上，該種灰有較強(qiáng)的吸附力，換熱器的除灰是該換熱器的設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容

2.6.1在換熱器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上采用以下措施

（1）換熱管間距較其他工況設(shè)備增大。

（2）煙氣在設(shè)備中流速設(shè)計(jì)一般為8米左右。

（3）換熱器的布置形式必須考慮便于除塵，換熱器布置上采用立式。

2.6.2采用沖擊波吹灰系統(tǒng)

沖擊波吹灰系統(tǒng)是我國(guó)引進(jìn)前蘇聯(lián)*技術(shù)，我國(guó)消化研制開(kāi)發(fā)的在線(xiàn)吹灰產(chǎn)品。其工作原理是將空氣和可燃?xì)獍匆欢ū壤旌希?jīng)高能點(diǎn)火后在沖擊波發(fā)生器內(nèi)形成可控強(qiáng)度的沖擊波，沖擊動(dòng)能吹掃受熱面的同時(shí)伴有高聲強(qiáng)聲波震蕩和熱清洗作用，以達(dá)到吹除積灰保證受熱面清潔，提高傳熱效率，恢復(fù)鍋爐出力的目的。

2.7 設(shè)備運(yùn)行及使用壽命分析

應(yīng)用于該工段的換熱設(shè)備在設(shè)計(jì)上需考慮三個(gè)方面的問(wèn)題。一是高溫?zé)煔獾膿Q熱問(wèn)題；二是設(shè)備沖刷問(wèn)題；三是熱應(yīng)力造成設(shè)備損壞問(wèn)題；四是積灰問(wèn)題。

熱管換熱器工作時(shí)煙氣通過(guò)熱管換熱器的流速為8m/s，流速較低；煙氣側(cè)熱管鎳基釬焊有縱翅片，鎳基合金厚度≥0.05mm，硬度HRC≥56。因此合理的解決煙氣對(duì)設(shè)備的沖刷問(wèn)題。

熱管換熱器的熱管單支點(diǎn)焊接在聯(lián)箱壁上，其熱漲冷縮變形不受約束，避免了應(yīng)力破壞。因此熱管換熱器不存在熱應(yīng)力造成設(shè)備損壞問(wèn)題。

熱管具有單管作業(yè)性能，有一根熱管（即使部分熱管）損壞不會(huì)造成換熱的煙氣和水混淆，對(duì)換熱的影響也不大。因此可保證設(shè)備長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。
 3.結(jié)論

余熱利用系統(tǒng)投入運(yùn)行后，不僅確保了粉塵濃度符合環(huán)保要求，達(dá)到了利用高溫?zé)煔獾臒崃慨a(chǎn)生蒸汽供VD真空爐生產(chǎn)和其他生活用汽使用的目標(biāo)，而且采用煙氣余熱利用新技術(shù)后原VD真空爐使用進(jìn)口柴油鍋爐作為備用，每年節(jié)標(biāo)煤1.8萬(wàn)噸。

典型用戶(hù)：
新疆八一鋼鐵有限公司
江陰興澄特鋼有限公司
江蘇淮安鋼鐵有限公司