電爐余熱鍋爐的熱管換熱原理研究和工藝改進

吳明輝（舞陽鋼鐵有限責任公司，河南省　舞鋼市 462500）

電爐余熱鍋爐的熱管換熱原理研究和工藝改進

吳明輝（舞陽鋼鐵有限責任公司，河南省舞鋼市 462500）

本文介紹熱管及熱管換熱器的特點，和熱管余熱鍋爐在低溫煙氣余熱回收中的應用，以及在舞鋼公司使用過程中出現(xiàn)的問題和改進方法。

熱管余熱鍋爐；熱管換熱器；蓄熱器

因環(huán)保及循環(huán)經(jīng)濟、節(jié)能等需要，舞鋼公司從2009年以來陸續(xù)建成了四座電爐余熱鍋爐，即在電爐排除塵系統(tǒng)中配置余熱回收系統(tǒng)，利用電爐產(chǎn)生的煙氣余熱，生產(chǎn)飽和蒸汽，供煉鋼精煉抽真空使用，改變了原來單一使用燃氣蒸汽抽真空的歷史，取得了經(jīng)濟效益與環(huán)境效益的雙豐收。本文以1#電爐余熱鍋爐為例，介紹了電爐余熱鍋爐在舞鋼公司的使用情況和取得的經(jīng)濟效益，重點闡述了電爐余熱鍋爐的生產(chǎn)工藝流程和熱管換熱原理，以及在使用過程中出現(xiàn)的問題分析和解決方案。

1　余熱鍋爐的組成與生產(chǎn)工藝

余熱鍋爐系統(tǒng)包括了軟化水除氧、給水加熱、熱管蒸汽發(fā)生器、蓄熱器、激波吹灰、汽水輔機和刮板除灰等六部分構(gòu)成。

熱管蒸汽發(fā)生器部分由高壓汽包、低壓汽包、高溫蒸發(fā)器、低溫蒸發(fā)器組成，主要功能是高溫蒸發(fā)器產(chǎn)生飽和蒸汽外供，低溫蒸發(fā)器產(chǎn)生蒸汽供除氧器自用，當?shù)蛪浩舭l(fā)量較小時，由高壓汽包通過調(diào)節(jié)閥供給低壓汽包部分蒸汽。每組蒸發(fā)器和汽包有低點排污口。

為了更有效地降低排煙溫度，本余熱系統(tǒng)采用雙壓系統(tǒng)，高壓部分設計最大工作壓力1.8 MPa，該部分產(chǎn)生的飽和蒸汽溫度可達到201℃，是鍋爐的主要產(chǎn)汽部分，設計參數(shù)如下：

煙氣入口溫度：500℃，煙氣出口溫度170℃，煙氣阻力損失800Pa，換熱面積5100㎡。給水溫度170℃，飽和蒸汽溫度201℃，蒸汽壓力1.8MPa，翅片類型：環(huán)。

低壓部分設計最大工作壓力0.5 MPa，該部分產(chǎn)生的蒸汽供除氧器加熱使用，在產(chǎn)汽量高需要不斷放散時，可送入外網(wǎng)蒸汽管道，該部分設計參數(shù)如下：

煙氣入口溫度：220℃，煙氣出口溫度220℃，煙氣阻力損失800Pa，換熱面積900㎡。給水溫度104℃，飽和蒸汽溫度151℃，蒸汽壓力0.5MPa，翅片類型：環(huán)。

高、低壓部分之間有一組中溫換熱器即省煤器，該部分主要是給高壓汽包給水預熱，預熱后的水溫可達到170℃，為防止蒸汽溫度過高并設有回水裝置，

2　熱管換熱原理

熱管換熱器是由高校傳熱元件熱管組成的一種新型換熱器，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、傳熱效率高、無運動部件、維護簡單、運行可靠等優(yōu)點，特別適合于中、低溫余熱回收。熱管換熱器與普通的熱交換器有著本質(zhì)的不同，熱管余熱回收裝置的換熱效率可達98%，這是普通熱交換器無法比擬的。

熱管是在一個密閉結(jié)構(gòu)中，有若干工作液體，借助于液體的吸熱蒸發(fā)、蒸汽的運輸和放熱冷凝，然后靠重力，使冷凝液從冷凝段返回到蒸發(fā)段，從而實現(xiàn)把熱量從結(jié)構(gòu)的一部分告訴傳遞到另一部分的目的。

3　電爐余熱鍋爐在舞鋼公司的應用

1#電爐余熱鍋爐于2010年2月投產(chǎn)，該鍋爐是根據(jù)熱管換熱原理，回收1號超高功率電爐在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生高溫煙氣的熱量，生產(chǎn)出飽和蒸汽，蒸汽儲存在兩臺100m3的蓄熱器內(nèi)，最后供給一煉鋼VD、VOD爐抽真空使用。改變了原來由燃氣鍋爐供煉鋼抽真空的單一方式，更有力得確保了蒸汽供應。

對電爐余熱鍋爐在實際生產(chǎn)中的應用情況總結(jié)如下：

優(yōu)點：

（1）安全可靠性高

熱管余熱回收器則是二次間壁換熱，即熱流要通過熱管的蒸發(fā)段管壁和冷凝段管壁才能傳到冷流體。

（2）熱管余熱鍋爐具有傳熱效率高，節(jié)能效果顯著。

（3）熱管余熱鍋爐具有良好的防腐能力，同時熱管在導熱時會產(chǎn)生自振動，使灰不易沾附在關(guān)閉和翅片上，因而不會堵灰。

（4）使用壽命長，單根熱管可拆卸更換，維護簡單成本低。

缺點：

（1）電爐余熱鍋爐的產(chǎn)汽量受煉鋼電爐生產(chǎn)節(jié)奏影響很大，在電爐避峰生產(chǎn)時，由于余熱鍋爐停產(chǎn)時間長，啟動后數(shù)小時沒有產(chǎn)汽量，如果單純依靠余熱鍋爐無法滿足目前生產(chǎn)需要。

（2）熱管換熱的余熱鍋爐只能產(chǎn)生飽和蒸汽，蒸汽含水率高，蓄熱器內(nèi)的液位會不斷升高，這一現(xiàn)象在電爐間斷生產(chǎn)時更加明顯。

4　結(jié)語

在電爐余熱鍋爐建成后，在煉鋼電爐連續(xù)生產(chǎn)時，余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽可以滿足精煉使用，大幅度降低生產(chǎn)成本。余熱鍋爐配備的蓄熱器，較好地彌補了余熱鍋爐產(chǎn)汽不連續(xù)的缺點。電爐余熱鍋爐在舞鋼公司取得了經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的雙豐收。

［1］朱駕；《單壓余熱鍋爐的熱力學性能研究》［D］；重慶大學；2010年

［2］曹家甡；《余熱鍋爐技術(shù)進展》［A］；中國動力工程學會成立四十周年文集［C］；2002年

吳明輝（1986-），男，漢族，籍貫：河南省衛(wèi)輝市，工作單位：舞陽鋼鐵有限責任公司河南省舞鋼市462500，熱力專業(yè)責任工程師，學士學位，工業(yè)余熱利用。