炼钢电炉烟气余热回收热管余热锅炉

热管余热锅炉在冶金电炉烟气余热回收中应用

 摘要：本文介绍在炼钢电炉烟气布袋除尘系统中，降低烟气温度来满足布袋除尘器的许用温度的一项技术。该技术采用热管做传热元件，并用水做降温介质，利用热管内工质相变吸收烟气的热量，并产生饱和蒸汽供用户使用。

关键词：热管蒸发器     电炉烟气    相变降温

1.前言

随着改革开放的深入进行我国国民经济迅猛发展，发展与环保问题的是我国经济发展的重中之重，冶金领域的环保治理与余热回收是其重要内容。冶金电炉烟气含尘粒度较小，其直径为40~300目，这一粒度的灰尘一般采用布袋除尘器收集灰尘。但是电炉尾气温度为500℃至800℃，这一温度超出了布袋除尘器的许用工作温度。如果不进行降温处理，布袋很快烧穿，无法运行。这样电炉烟气在进入除尘器的前的降温显得十分必要。因此开发了热管余热回收系统回收烟气余热，既可将高温烟气能量转化为高温高压蒸汽，满足日常生活和生产的需求，又可将烟气温度降至200℃左右（布袋许用温度），保证了布袋除尘器的可靠运行。本文通过新疆八一钢厂70t电炉余热回收系统的实例，介绍一种余热回收装置，它成功解决了电炉烟气温度高、灰尘多且细的技术难题。

2. 新疆八一钢厂70t电炉余热回收技术

该余热利用系统主要由热管蒸汽发生器、热管软水预热器和蒸汽聚集器、冲击波吹灰系统组成。热管蒸汽发生器、热管软水预热器主要采用高效传热元件—热管，较一般余热回收装置有许多明显优点。
2.1工艺流程
    根据70t电炉余热的工艺参数和使用要求，电炉余热回收装置流程见图1（软水流程）、图2（烟气流程）。工业自来水经水处理软化后进除氧器，再经加压水泵加压进入热管水预热器，经过预热后进入蒸汽聚集器，通过下降管和上升管与热管蒸汽发生器进行自然循环，除氧水吸收热量后，气化形成1.6 MPa的饱和蒸汽，进入蒸汽总管供用户使用。                                                 

2.2工艺条件

   （1）平均出钢量：70t/炉

   （2）最大烟气量：160000Nm³/h

   （3）烟气最高入口温度：800℃

   （4）烟气出口温度180 ℃

   （5）饱和蒸汽压力：1.25MPa

(6) 回收热量：38500KW

（7）最大蒸汽流量：16t/h

2.3热管余热回收系统结构

此热管余热回收系统主要由热管蒸发器、热管软水预热器、和蒸汽聚集器、冲击波吹灰系统组成。 烟气先经过蒸发器，后经过水预热器。
   换热设备（蒸发器和水预热器）之间有过渡段连接，过渡段上设有不锈钢膨胀节（以满足设备的热膨胀）和人孔（供设备安装和停炉检修时使用）以及冲击波吹灰器（吹灰用）。另外，每台蒸发器和每台水预热器上都设有吹扫管，可根据积灰的情况辅助吹灰。在蒸发器和水预热器底部设有灰斗，用于储灰和排灰。

  2．4系统工作原理
       （1）热管蒸发器是由若干根热管元件组合而成。其基本结构及工作原理如图2所示。热管的受热段置于热流体风道内，热风横掠热管受热段，热管元件的放热段插在汽一水系统内。由于热管的存在使得该汽一水系统的受热及循环完全和热源分离而独立存在于热流体的风道之外，汽一水系统不受热流体的直接冲刷。热流体的热量由热管传给水套管内的饱和水（饱和水由下降管输入），并使其汽化，所产蒸汽（汽、水混合物）经蒸汽上升管到达汽包，经汽水分离以后再经主汽阀输出。这样热管不断将热量输入水套管，通过外部汽一水管道的上升及下降完成基本的汽一水循环，达到将热烟气降温，并转化为蒸汽的目的。

（2）热管水预热器（省煤器）也是由若干根特殊的热管元件组合而成，热管的受热段置于烟气风道内，热管受热，将热量传至夹套管中从除氧器进来的除氧水，加热到180℃以上，送至蒸汽聚集器。

 2.5系统特点
 2.5.1采用热管作为传热元件，具有极高的传热性能；气——液换热，一侧是具有一定流速的烟气另一侧是软水相变为蒸汽，换热时对流换热系数为40—60W/m².℃。700—800℃的烟气经过热管蒸发器，温度降至180 ℃左右。同时产生1.6MPa的饱和蒸汽，供用户使用。

2.5.2整个汽水系统的受热及循环完全和热流体隔离而独立存在于热流体烟道以外，这就使本系统有别于一般余热锅炉。
 2.5.3设备中热管元件间相互独立，热流体与蒸汽发生区双重隔离互不影响，即使单根或数根热管损坏，也不影响系统正常运行，同时水、汽也不会由于热管破损而进入热流体。
  2.5.4设计时调节热管两端的传热面积可有效地调节和控制壁温，防止低温酸露点腐蚀。
   2.5.5操作简单、维修方便、工作可靠，整个系统的热量输送过程不需要任何外界动力，故障率低，效率高。

2.8换热器的积灰问题

电炉烟气含尘量是8—15g/m³，也就是说每小时500Kg左右的灰尘通过换热器。电炉烟尘粒度较小0—10μm的灰占灰尘总量的70%以上，该种灰有较强的吸附力，换热器的除灰是该换热器的设计的核心内容

2.6.1在换热器结构的设计上采用以下措施

（1）换热管间距较其他工况设备增大。

（2）烟气在设备中流速设计一般为8米左右。

（3）换热器的布置形式必须考虑便于除尘，换热器布置上采用立式。

2.6.2采用冲击波吹灰系统

冲击波吹灰系统是我国引进前苏联军工技术，我国消化研制开发的在线吹灰产品。其工作原理是将空气和可燃气按一定比例混合，经高能点火后在冲击波发生器内形成可控强度的冲击波，冲击动能吹扫受热面的同时伴有高声强声波震荡和热清洗作用，以达到吹除积灰保证受热面清洁，提高传热效率，恢复锅炉出力的目的。

2.7 设备运行及使用寿命分析

应用于该工段的换热设备在设计上需考虑三个方面的问题。一是高温烟气的换热问题；二是设备冲刷问题；三是热应力造成设备损坏问题；四是积灰问题。

热管换热器工作时烟气通过热管换热器的流速为8m/s，流速较低；烟气侧热管镍基钎焊有纵翅片，镍基合金厚度≥0.05mm，硬度HRC≥56。因此合理的解决烟气对设备的冲刷问题。

热管换热器的热管单支点焊接在联箱壁上，其热涨冷缩变形不受约束，避免了应力破坏。因此热管换热器不存在热应力造成设备损坏问题。

热管具有单管作业性能，有一根热管（即使部分热管）损坏不会造成换热的烟气和水混淆，对换热的影响也不大。因此可保证设备长周期稳定运行。
 3.结论

余热利用系统投入运行后，不仅确保了粉尘浓度符合环保要求，达到了利用高温烟气的热量产生蒸汽供VD真空炉生产和其他生活用汽使用的目标，而且采用烟气余热利用新技术后原VD真空炉使用进口柴油锅炉作为备用，每年节标煤1.8万吨。