余熱回收技術(shù)是一項重要資源綜合利用技術(shù)，其對于節(jié)約資源、改善環(huán)境狀況、提高經(jīng)濟效益，實現(xiàn)資源的循環(huán)優(yōu)化配置和可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義，其中鋼鐵企業(yè)電爐余熱回收技術(shù)研究近年來備受行業(yè)關(guān)注。
電爐在冶煉鋼水的同時，產(chǎn)生電爐高溫?zé)煔?，攜帶大量余熱資源。除少量煙氣余熱通過預(yù)熱廢鋼的方式得到利用外，仍有大量的煙氣經(jīng)過燃燒沉降室后，通過直接水冷方式進行冷卻，將煙氣溫度下降;降溫后的煙氣與來自屋頂大罩的低溫?zé)煔饣旌希篃煔鉁囟壤^續(xù)下降;同時在進高溫布袋除塵器前段的煙氣總管上設(shè)有事故混風(fēng)閥，在煙氣超溫時及時開啟繼續(xù)降低煙氣溫度，以保護布袋除塵器的運行安全。滿足溫度要求的煙氣最后進入布袋式除塵器中凈化后經(jīng)引風(fēng)機送入煙囪排放。現(xiàn)有電爐煙氣冷卻方式不僅導(dǎo)致大量電爐煙氣余熱資源浪費，同時冷卻系統(tǒng)新增電力消耗，導(dǎo)致能源浪費。
另外，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)為進一步降低電爐煉鋼成本，電爐工序普遍出現(xiàn)鐵水兌廢鋼冶煉模式，且鐵水比例可高達70%左右，呈現(xiàn)電爐設(shè)備“轉(zhuǎn)爐化”的趨勢。隨著電爐入爐鐵水比例增加，所產(chǎn)生的煙氣溫度、流量及含塵量相對原來設(shè)計負荷有很大變化，原有除塵系統(tǒng)基本滿負荷甚至超負荷運行，增加了環(huán)保達標(biāo)排放的難題。
1、技術(shù)改造方案分析
1.1存在問題分析
電爐生產(chǎn)工藝的特點決定了煙氣溫度和流量均具有較大的周期波動性，同時電爐煙氣含塵特點對后續(xù)余熱回收設(shè)備的布置和結(jié)構(gòu)形式的要求很高。一方面吹氧冶煉期間煙氣流量大、溫度高，此時煙氣對余熱鍋爐的換熱管束的熱沖擊和磨損沖刷大，鍋爐的結(jié)構(gòu)形式要適應(yīng)由于煙氣的波動所帶來的熱應(yīng)力的影響。另一方面出鋼期間煙氣溫度低、流量小，煙氣流速降低，鍋爐受熱面積灰趨勢越來越嚴重，影響了下一個煉鋼周期鍋爐傳熱效率，排煙溫度就會逐漸上升，繼而影響了后續(xù)除塵設(shè)備的運行。因此鍋爐的選型和針對性的設(shè)計尤為重要。
同時，由于電爐冶煉條件與最初設(shè)計條件已發(fā)生很大變化，因此煙氣量、含塵量及煙氣溫度與設(shè)計參數(shù)已大為不同，此方面需要對相關(guān)參數(shù)進行理論分析和測試驗證分析。
1.2主要技術(shù)方案內(nèi)容
根據(jù)電爐的工藝特點、現(xiàn)場空間場地的擺放、煙氣系統(tǒng)阻力以及灰分等的綜合考量，經(jīng)過反復(fù)設(shè)計比較，最終選擇采用輻射水冷沉降除塵與對流換熱相結(jié)合的技術(shù)方案，主要設(shè)備包括水冷沉降室、高溫蒸發(fā)器、過熱器、中低溫蒸發(fā)器、省煤器、加熱器及相關(guān)系統(tǒng)。
1.2.1煙氣余熱回收系統(tǒng)設(shè)置
首先在現(xiàn)有的二燃室出口前方設(shè)計一組水壁沉降段，后續(xù)經(jīng)過90°轉(zhuǎn)角后在原有煙氣管線下方設(shè)計一組對流換熱段。在第一組受熱面中采用水冷壁組件可將通過二燃室出來的高溫?zé)煔獾臏囟冗M行初步整合，同時降低煙氣流速來完成煙氣中大的粉塵顆粒的初步沉降，以減輕后續(xù)鍋爐和除塵裝置的負荷，同時將煙氣中未充分燃燒的煤氣在沉降室繼續(xù)反應(yīng)燃燒徹底，以避免給后續(xù)設(shè)備或裝置帶來破壞影響，起到對高溫?zé)煔庀鞣宓淖饔谩?
煙氣經(jīng)水冷沉降室后進入余熱鍋爐，余熱鍋爐本體根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采用臥式布置，高溫?zé)煔庖来谓?jīng)過高溫蒸發(fā)器、過熱器、中低溫蒸發(fā)器、省煤器、換熱器(耐低溫腐蝕)，最后排出的煙氣再經(jīng)除塵器凈化后排往大氣。
1.2.2帶蓄熱器的蒸汽回收系統(tǒng)
由于電爐為周期性間斷吹煉，因此在蒸汽系統(tǒng)中增設(shè)了2臺蓄熱器，其作用是將余熱鍋爐產(chǎn)生的周期性波動的蒸汽，通過蓄熱器的調(diào)節(jié)，能連續(xù)而穩(wěn)定地向外供汽，使蒸汽得到大限度的回收和利用。
通過余熱鍋爐可產(chǎn)生1暢6MPa飽和蒸汽，經(jīng)蓄熱器后，供給出1暢1MPa飽和蒸汽回至鍋爐本體的過熱器實現(xiàn)基本穩(wěn)定輸出，蒸汽經(jīng)過熱后可達到260～350℃并入主蒸汽管網(wǎng)。
2、改造節(jié)能效果分析
2.1余熱回收效益分析
電爐煙氣按200000m3/h、500℃來計算校核，通過余熱鍋爐，可平均回收產(chǎn)生1暢0MPa、250℃的蒸汽約25t/h，年回收約20萬t，節(jié)約能250℃的蒸汽約25t/h，年回收約20萬t，節(jié)約能源2萬tce，可為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益。
2.2降低原有冷卻系統(tǒng)能耗
增設(shè)一套余熱回收裝置回收煙氣余熱，可以停用原有水冷方式，使煙氣溫度降至合理的煙溫后再進行排空，降低了冷卻水的消耗。
2.3降低煙氣除塵系統(tǒng)
煙氣處理量余熱鍋爐后煙氣的溫度可降低到200℃以下，使得后續(xù)從屋頂大罩中引入的混風(fēng)量也減少，除塵系統(tǒng)需要處理的煙氣量相應(yīng)減少。
3、結(jié)論
(1)該余熱回收改造方案技術(shù)可行，系統(tǒng)設(shè)計布置合理。
(2)改造后可大大降低煉鋼的運行成本，降低能耗指標(biāo)，經(jīng)計算改造后電爐的噸鋼單位能耗可下降18.32kgce，改造完成后每年可節(jié)約2萬tce。
(3)通過改造可徹底解決電爐存在的除塵問題，滿足國家環(huán)保要求。
(4)回收利用廢氣中的余熱產(chǎn)生蒸汽回用于生產(chǎn)，代替部分燃氣鍋爐生產(chǎn)蒸汽，降低鋼廠CO2、SO2、NOx排放量，達到了節(jié)能減排目的。
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