何先志 周志東 張鵬

1.前言

鋼鐵工業每年消耗大量能源，冶煉過程中產生的高溫煙氣和設備散熱帶走了大量能量。由于電爐的煙氣溫度劇烈波動，含塵量大，普通水列管余熱鍋爐很難運用于電爐的煙氣余熱回收。目前熱管余熱回收系統已經成功運用到電爐的煙氣余熱回收中。熱管余熱回收系統可以有效克服煙氣溫度劇烈波動帶來的影響，長期穩定運行。由于熱管（碳鋼-水熱管）不耐高溫，煙氣溫度大于750℃時將影響熱管余熱系統的安全運行及壽命，須通過降低電爐內排煙氣溫度以滿足換熱器入口條件。降溫措施主要是水冷件冷卻以及混風冷卻，這兩種冷卻方式都是消極的，需要增加額外的成本，同時還浪費相應的熱量。如能進一步提高換熱器入口煙氣溫度,可以帶來以下明顯的好處:（1）減少內排混風量,可提高煙氣捕集效果；（2）降低循環冷卻水量和設備投入；（3）進一步提高蒸汽產量。

問題是，提高換熱器入口煙氣溫度,將對熱管壽命產生不利影響。所以，新的換熱設備要既能應對波動煙氣的熱振影響,又能在提高入口煙氣溫度的同時還不影響其使用壽命。其原理是將熱管換熱器前置一種蓄熱裝置，令劇烈波動的煙氣溫度得以削峰填谷，降低煙氣溫度的峰值，減小溫度波動幅度，從而徹底解決了超高溫煙氣對熱管壽命的影響。

2.蓄熱均溫技術簡介

蓄熱均溫技術是通過蓄熱體對溫度波動的煙氣吸收與釋放熱量，達到均勻煙氣溫度的目的。當高溫煙氣通過蓄熱體時，蓄熱體吸收高溫煙氣的熱量，降低煙氣溫度同時自身溫度升高；當低溫煙氣通過蓄熱體是，蓄熱體向煙氣放出熱量，低溫煙氣溫度升高，蓄熱體溫度降低。當溫度波動的煙氣經過蓄熱體后，將可以減緩煙氣溫度的波動。

圖1是某鋼鐵廠90噸電爐實測內排煙氣溫度曲線。

經過蓄熱均溫處理后，其溫度曲線見圖2：

如圖2所示，原始煙氣溫度在180℃—1130℃之間波動。經過蓄熱均溫處理后，煙氣溫度波動范圍為350℃—720℃，最高煙氣溫度從1130℃降低到720℃（此案例意味著蓄熱式熱管換熱器的入口煙溫可以提高到1130℃）。

3.蓄熱均溫技術應用分析

現將常規電爐除塵余熱利用方案與蓄熱均溫技術作一對比。常規電爐除塵余熱利用系統中，為保證熱管余熱系統安全穩定的運行，煙氣溫度需要保持在750℃以下，常規的冷卻方式為間接循環水冷卻或者是混風冷卻。然而間接循環水冷卻或者是混風冷卻，都是消極的解決辦法，都會導致額外的能源消耗與設備投資負擔。同時，由于冷卻水和混入的冷風會帶走大量煙氣熱量，這將直接導致余熱系統回收的熱能減少。表1為之前所述90噸電爐為例的綜合性能對比。

混風方案需要混入約10萬Nm3/h的冷風才能將風量為15萬Nm3/h，溫度為1130℃的煙氣冷卻到750℃。相比其他兩個方案，混風方案由于風量的增加，導致該方案需要更大的除塵器風機電機功率、更大的除塵器以及更大的熱管余熱系統，這直接導致設備費用增加以及運行能耗增大。

表1 常規電爐除塵余熱利用技術與蓄熱均溫技術綜合性能對比

水冷方案不會增加除塵風量，但卻需要約1500m3/h的循環冷卻水，循環冷卻水能耗約220KW。冷卻水同時會帶走煙氣熱量，導致余熱系統蒸汽產量降低。對比三個方案，該方案蒸汽產量最少，只有10～12t/h。

蓄熱均溫方案明顯優于另外兩個方案，在沒有增加煙氣風量，沒有降溫能耗的情況下，經過蓄熱均溫設備，將煙氣溫度降低到750℃以下。同時由于蓄熱均溫技術沒有熱量的浪費，可以確保原始煙氣熱量都能進入后續的熱管余熱系統，而排放的煙氣熱量可以降到最低，使得蒸汽產量得到大幅的增加。

綜上所述，蓄熱均溫技術在電爐內排煙氣余熱利用系統中實現了五大優化功能：1、降低煙氣溫度的峰值，減少除塵系統投資；2、緩解煙氣溫度的驟升驟降，緩解波動熱振影響，延長設備壽命；3、減少混入冷風量，提高煙氣捕集率；4、降低除塵能耗；5、增加蒸汽產量。

4.結束語

冶金行業一直被冠以高能耗高污染行業，電爐更是冶金行業里的高能耗代表。做好冶金爐節能減排，是企業提升競爭力的有力手段。上述90噸電爐的熱管余熱回收系統，使用蓄熱均溫技術后，可年產蒸汽17萬噸，相當于節約2萬噸標煤，減少二氧化碳排放5.7萬噸。顯然，蓄熱均溫技術可以改善和優化電爐除塵及熱管余熱回收系統，可以有效減少電爐內排系統初期建設費用，提高除塵效率、降低運行能耗、增加余熱系統蒸汽產量。