詳細介紹
熱管余熱鍋爐在冶金電爐煙氣余熱回收中應用
摘要:本文介紹在煉鋼電爐煙氣布袋除塵系統中,降低煙氣溫度來滿足布袋除塵器的許用溫度的一項技術。該技術采用熱管做傳熱元件,并用水做降溫介質,利用熱管內工質相變吸收煙氣的熱量,并產生飽和蒸汽供用戶使用。
1.前言
隨著改革開放的深入進行我國國民經濟迅猛發展,發展與環保問題的是我國經濟發展的重中之重,冶金領域的環保治理與余熱回收是其重要內容。冶金電爐煙氣含塵粒度較小,其直徑為40~300目,這一粒度的灰塵一般采用布袋除塵器收集灰塵。但是電爐尾氣溫度為500℃至800℃,這一溫度超出了布袋除塵器的許用工作溫度。如果不進行降溫處理,布袋很快燒穿,無法運行。這樣電爐煙氣在進入除塵器的前的降溫顯得十分必要。因此開發了熱管余熱回收系統回收煙氣余熱,既可將高溫煙氣能量轉化為高溫高壓蒸汽,滿足日常生活和生產的需求,又可將煙氣溫度降至200℃左右(布袋許用溫度),保證了布袋除塵器的可靠運行。本文通過新疆八一鋼廠70t電爐余熱回收系統的實例,介紹一種余熱回收裝置,它成功解決了電爐煙氣溫度高、灰塵多且細的技術難題。
2. 新疆八一鋼廠70t電爐余熱回收技術
該余熱利用系統主要由熱管蒸汽發生器、熱管軟水預熱器和蒸汽聚集器、沖擊波吹灰系統組成。熱管蒸汽發生器、熱管軟水預熱器主要采用高效傳熱元件—熱管,較一般余熱回收裝置有許多明顯優點。
2.1工藝流程
根據70t電爐余熱的工藝參數和使用要求,電爐余熱回收裝置流程見圖1(軟水流程)、圖2(煙氣流程)。工業自來水經水處理軟化后進除氧器,再經加壓水泵加壓進入熱管水預熱器,經過預熱后進入蒸汽聚集器,通過下降管和上升管與熱管蒸汽發生器進行自然循環,除氧水吸收熱量后,氣化形成1.6 MPa的飽和蒸汽,進入蒸汽總管供用戶使用。
2.2工藝條件
(1)平均出鋼量:70t/爐
(2)zui大煙氣量:160000Nm3/h
(3)煙氣zui高入口溫度:800℃
(4)煙氣出口溫度180 ℃
(5)飽和蒸汽壓力:1.25MPa
(6)回收熱量:38500KW
(7)zui大蒸汽流量:16t/h
2.3熱管余熱回收系統結構
此熱管余熱回收系統主要由熱管蒸發器、熱管軟水預熱器、和蒸汽聚集器、沖擊波吹灰系統組成。 煙氣先經過蒸發器,后經過水預熱器。
換熱設備(蒸發器和水預熱器)之間有過渡段連接,過渡段上設有不銹鋼膨脹節(以滿足設備的熱膨脹)和人孔(供設備安裝和停爐檢修時使用)以及沖擊波吹灰器(吹灰用)。另外,每臺蒸發器和每臺水預熱器上都設有吹掃管,可根據積灰的情況輔助吹灰。在蒸發器和水預熱器底部設有灰斗,用于儲灰和排灰。
2.4系統工作原理
(1)熱管蒸發器是由若干根熱管元件組合而成。其基本結構及工作原理如圖2所示。熱管的受熱段置于熱流體風道內,熱風橫掠熱管受熱段,熱管元件的放熱段插在汽一水系統內。由于熱管的存在使得該汽一水系統的受熱及循環*和熱源分離而獨立存在于熱流體的風道之外,汽一水系統不受熱流體的直接沖刷。熱流體的熱量由熱管傳給水套管內的飽和水(飽和水由下降管輸入),并使其汽化,所產蒸汽(汽、水混合物)經蒸汽上升管到達汽包,經汽水分離以后再經主汽閥輸出。這樣熱管不斷將熱量輸入水套管,通過外部汽一水管道的上升及下降完成基本的汽一水循環,達到將熱煙氣降溫,并轉化為蒸汽的目的。
(2)熱管水預熱器(省煤器)也是由若干根特殊的熱管元件組合而成,熱管的受熱段置于煙氣風道內,熱管受熱,將熱量傳至夾套管中從除氧器進來的除氧水,加熱到180℃以上,送至蒸汽聚集器。
2.5系統特點
2.5.1采用熱管作為傳熱元件,具有*的傳熱性能;氣——液換熱,一側是具有一定流速的煙氣另一側是軟水相變為蒸汽,換熱時對流換熱系數為40—60W/m2.℃。700—800℃的煙氣經過熱管蒸發器,溫度降至180 ℃左右。同時產生1.6MPa的飽和蒸汽,供用戶使用。
2.5.2整個汽水系統的受熱及循環*和熱流體隔離而獨立存在于熱流體煙道以外,這就使本系統有別于一般余熱鍋爐。
2.5.3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,也不影響系統正常運行,同時水、汽也不會由于熱管破損而進入熱流體。
2.5.4設計時調節熱管兩端的傳熱面積可有效地調節和控制壁溫,防止低溫酸露點腐蝕。
2.5.5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要任何外界動力,故障率低,效率高。
2.8換熱器的積灰問題
電爐煙氣含塵量是8—15g/m3,也就是說每小時500Kg左右的灰塵通過換熱器。電爐煙塵粒度較小0—10μm的灰占灰塵總量的70%以上,該種灰有較強的吸附力,換熱器的除灰是該換熱器的設計的核心內容
2.6.1在換熱器結構的設計上采用以下措施
(1)換熱管間距較其他工況設備增大。
(2)煙氣在設備中流速設計一般為8米左右。
(3)換熱器的布置形式必須考慮便于除塵,換熱器布置上采用立式。
2.6.2采用沖擊波吹灰系統
沖擊波吹灰系統是我國引進前蘇聯*技術,我國消化研制開發的在線吹灰產品。其工作原理是將空氣和可燃氣按一定比例混合,經高能點火后在沖擊波發生器內形成可控強度的沖擊波,沖擊動能吹掃受熱面的同時伴有高聲強聲波震蕩和熱清洗作用,以達到吹除積灰保證受熱面清潔,提高傳熱效率,恢復鍋爐出力的目的。
2.7 設備運行及使用壽命分析
應用于該工段的換熱設備在設計上需考慮三個方面的問題。一是高溫煙氣的換熱問題;二是設備沖刷問題;三是熱應力造成設備損壞問題;四是積灰問題。
熱管換熱器工作時煙氣通過熱管換熱器的流速為8m/s,流速較低;煙氣側熱管鎳基釬焊有縱翅片,鎳基合金厚度≥0.05mm,硬度HRC≥56。因此合理的解決煙氣對設備的沖刷問題。
熱管換熱器的熱管單支點焊接在聯箱壁上,其熱漲冷縮變形不受約束,避免了應力破壞。因此熱管換熱器不存在熱應力造成設備損壞問題。
熱管具有單管作業性能,有一根熱管(即使部分熱管)損壞不會造成換熱的煙氣和水混淆,對換熱的影響也不大。因此可保證設備長周期穩定運行。
3.結論
余熱利用系統投入運行后,不僅確保了粉塵濃度符合環保要求,達到了利用高溫煙氣的熱量產生蒸汽供VD真空爐生產和其他生活用汽使用的目標,而且采用煙氣余熱利用新技術后原VD真空爐使用進口柴油鍋爐作為備用,每年節標煤1.8萬噸。
典型用戶:
新疆八一鋼鐵有限公司
江陰興澄特鋼有限公司
江蘇淮安鋼鐵有限公司