電爐煙氣余熱回收利用

翁玉水

福建冶金工業設計院有限公司

電爐煙氣余熱回收利用

翁玉水

福建冶金工業設計院有限公司

為滿足可持續發展的要求,福建三寶鋼鐵有限公司通過電爐除塵系統改造及煙氣余熱回收，不僅在滿足環境凈化要求的同時,對高溫煙氣進行余熱回收蒸汽，蒸汽并入企業發電系統蒸汽管網。為促進企業節能減排、發展循環經濟起著積極作用。

電爐；除塵改造；余熱回收

1 前言

在電爐冶煉過程中產生大量的高溫含塵煙氣,其攜帶的熱量約為電爐輸入總能量的11%,有的甚至高達20%。福建三寶鋼鐵有限公司(簡稱三寶鋼鐵)現有70t和90t超高功率電爐各1座，設計年產鋼約130萬噸。電爐一次高溫煙氣經爐蓋第四孔排煙—水冷煙道—燃燒沉降室—水冷煙道—布袋除塵器—煙囪排放。高溫煙氣中的大量顯熱不僅沒有回收利用，而且還需要大量的冷卻水冷卻降溫后才能進入布袋除塵器，浪費能源，增加生產成本。

隨著三寶鋼鐵對節能減排的日益重視,為解決電爐冶煉中產生大量的煙氣熱能得不到循環利用，因此，決定通過電爐除塵系統改造,采用“電爐第四孔排煙—水冷煙道—燃燒沉降室—余熱回收裝置—布袋除塵器—煙囪排放”的獨立一次除塵系統，不僅使除塵能力能滿足國家環保排放標準的要求，而且還能通過余熱鍋爐回收蒸汽，蒸汽并入企業發電系統蒸汽管網。電爐煙氣余熱回收的應用將對企業促進節能降耗、提高經濟效益有著積極的推動作用。

2 技術方案

2.1 方案選擇

目前國內電爐煙氣余熱回收主要采用廢鋼預熱技術和煙氣余熱鍋爐技術，廢鋼預熱技術主要應用于Consteel型電爐及豎爐型電爐廢鋼預熱；煙氣余熱鍋爐技術主要是通過余熱鍋爐的熱交換器和蓄熱器吸收高溫煙氣的熱量產生蒸汽，蒸汽用于余熱發電或其他生產、生活使用。電爐煙氣余熱回收技術的比較見表1[1]：

根據表1比較分析并根據三寶鋼鐵現有工藝布置、廠房結構及工藝條件，確定采用電爐余熱鍋爐(熱管式)技術回收電爐煙氣余熱，不僅投資省效益高，可根據目前條件因地制宜的進行工藝布置，而且安全性能高、能全部回收電爐煙氣余熱，產生的蒸汽并入企業余熱發電蒸汽管網。

2.2 電爐工藝條件

電爐平均出鋼量均按70t，兌鐵水比例按最大70%，吹氧強度～4800Nm3/h,電爐冶煉周期～65min，年工作天數340天；電爐第四孔的爐氣流量設計取值65000～70000m3/h，爐氣溫度設計取值1500～1600℃，燃燒沉降室出口處煙氣流量設計取值154000m3/h，煙氣溫度低于800℃。

2.3 煙氣余熱回收裝置設計

(1)余熱鍋爐選型

根據電爐冶煉工藝生產的實際工況，同時考慮電爐一次煙氣流量及溫度的波動，借鑒國內電爐廠煙氣余熱回收的實際經驗，采用一對一設2臺15t/h熱管式余熱鍋爐，余熱鍋爐選用列管式對流管束水管鍋爐，換熱管采用U型布置結構型式。余熱鍋爐技術參數見表2：

(2)余熱回收裝置布置

燃燒沉降室出口與余熱鍋爐之間采用絕熱管道連接，燃燒沉降室布置在電爐操作平臺下，余熱鍋爐布置在電爐西側，露天布置。

(3)設備特點

余熱鍋爐系統的核心部件是熱管，熱管具有傳熱能力大，傳熱效率高的特點。采用熱管式余熱鍋爐的特點[2]：

采用熱管作為傳熱元件,整個汽—水系統的受熱及循環完全與熱流體隔離而獨立存在于熱流體煙道以外,使本系統有別于一般余熱鍋爐。

設備中熱管元件間相互獨立,熱流體與蒸汽發生區雙重隔離互不影響,即使單根或數根熱管損壞,也不會影響系統正常運行,同時水、汽也不會因熱管的破損而進入熱流體。

熱管兩端的傳熱面積可有效調節和控制壁溫,防止低溫酸露點腐蝕。

表1電爐煙氣余熱回收技術的比較

表2 余熱鍋爐技術參數

表3 主要設備配置表

操作簡單、維修方便、工作可靠,整個系統的熱量輸送過程不需任何外界動力,故障率低,效率高。

綜上所述,熱管換熱器在余熱回收方面具有裝置體積小、結構簡單、運行穩定、安全可靠等特點。

3 系統組成及工藝流程

3.1 系統組成

電爐煙氣余熱回收裝置由余熱鍋爐、鍋爐給水泵、除氧器、蓄熱器等設備及工藝管道組成。余熱回收系統主要設備配置見表3：

3.2 工藝流程

(1)煙氣系統流程

高溫煙氣從電爐爐頂(第四孔)抽出、經水冷煙道(兼做余熱鍋爐預熱器)、燃燒沉降室充分燃燒并將煙溫降至低于800℃、余熱鍋爐熱管換熱器吸收煙氣熱量產生蒸汽并使煙氣溫度降低后，進入布袋除塵器凈化達標后排放。燃燒沉降室出口與余熱鍋爐之間采用絕熱管道連接。

(2)汽水系統流程

汽水輔助系統包括給水系統、排污系統、蒸汽系統、疏水系統、鍋爐給水泵、循環熱泵、除氧器、蓄熱器等。

鍋爐用水采用除鹽水，除鹽水來自企業發電制水系統經變頻水泵送至除氧器，除鹽水再經鍋爐給水泵供給熱管換熱器，在熱管交換器內吸收煙氣中的熱量并產生蒸汽，蒸汽送往蓄熱器。蒸汽采用過熱，蓄熱器出口蒸汽進入鍋爐過熱器過熱后再并入蒸汽管網，過熱器出口溫度為＞250℃，過熱蒸汽通過管道并入企業發電系統的蒸汽管網。

為了排除鍋爐內各下部聯箱的水垢，各下聯箱的排污支管接入鍋爐的環形排污母管，然后經定排母管接至定期排污擴容器，擴容后的二次蒸汽排大氣、污水排入污水溝。

(3)清灰輸灰系統流程

熱管換熱器為雙煙箱立式結構，煙氣從上至下橫向沖刷管排，管排積灰情況較煙道內更為嚴重。因此在每個蒸發器模塊及省煤器模塊均設有激波清灰裝置，利用激波清灰裝置進行清灰。熱管換熱器底部設有灰斗，用于收集煙氣中及被激波清灰器清除下來的灰塵。在非冶煉期間，定期開啟灰斗下的卸灰閥，通過設在卸灰閥下的埋刮板輸灰機送至統一存灰處，定期由車輛運輸送至燒結系統返回利用[3]。

4 技術經濟分析

(1)運行費用估算

軟水：排污損耗按8%計算，補充水量約為10t/h，年工作時間按8000h計算，年耗水量為8萬t，折合水費為-8萬t×4元/t=-32萬元。

電耗：設備工作裝機容量約為220kW，年工作時間按8000h計算，年耗電量為176萬kWh，折合電費為-176萬kWh×0.5元/kWh=-88萬元。

蒸汽收益：經測算，年回收2.45MPa、250℃的蒸汽約16.9萬t，蒸汽收益折合16.9萬t×100元/t=1690萬元。

系統效益：余熱回收系統年可創造經濟效益約1570萬元。

(2)降低工序能耗

電爐煙氣采用余熱回收系統后，全年可回收2.45MPa、250℃的蒸汽約16.9萬t，電爐平均噸鋼可回收蒸汽130kg，降低電爐冶煉工序能耗15.6kgce/t。

5結論

(1)福建三寶鋼鐵有限公司通過電爐除塵系統改造和煙氣余熱回收蒸汽，不僅使得電爐除塵系統更高效、經濟、環保，也降低了電爐冶煉工序能耗。

(2)電爐煙氣余熱回收系統是將電爐煙氣的顯熱充分回收，變“廢”為寶，使之轉化為可以利用的蒸汽。從而降低了電爐煉鋼運行成本和企業的生產成本，經濟效益顯著。

[1]槽先常，電爐煙氣余熱回收利用技術進展及其應用[J].第四屆中國金屬學會青年學術年會論文集.2008

[2]莊駿，熱管技術及其工程應用[M].北京：化學工業出版社，2004.

[3]周細建，李國盛，楊明華等.電爐煙氣余熱回收裝置的工程應用[J].冶金能源.2012,31.

及聯系方式：

翁玉水,1967年7月出生、男、漢族、工程師、從事于鋼鐵冶金設計及技術咨詢；通訊地址：福建省福州市晉安區珠寶路8號福建省冶金工業設計院有限公司；郵編：350011；郵箱：wyshui7581@sina.com；聯系電話：13809508749