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1、炼钢电炉热管型烟气余热回收锅炉 概述：一、工艺方案1.烟气系统来自电弧炉的烟气温度高达1600，高温烟气从滑套管流入沉降室（燃烧室），在此进行预除尘和除去CO，烟气进入水冷烟道，经过进一步冷却到850，进入热管软水器，在此将20软水加热到104进热力除氧器，烟气进一步被冷却后，进入热管余热锅炉中，产生高压饱和蒸汽。烟气再进入热管省煤器，将除氧软水由104加热到200进入汽液分离器（汽包），烟气降到200进入布袋系统，经引风机排入大气。高压饱和蒸汽送到蓄热器变成低压蒸汽连续供生产、生活或低压发电使用。2.水汽系统外来20水经过软化水处理系统，到软化水箱，由软化水箱经水泵进入除氧器；除氧后，一部分
2、除氧水由补水泵补入省煤器，将软水预热，然后进入蒸发器，蒸发器和汽包进行自然循环；在汽包内蒸汽与水分离产生1.6MPa饱和蒸汽，饱和蒸汽进入蓄热器，用于VD炉抽真空；另一部分进入低压蒸发器，产生0.2MPa的饱和蒸汽供除氧器使用。3.工艺参数额定烟尘流量：80000Nm3/h烟尘进口温度：750-200烟尘出口温度：-200烟尘含尘浓度：-8g/m3设计蒸汽产能：5-8t/h蒸汽输出压力：-1.2MPa锅炉出口蒸汽压力：1.6MPa二、设计要求1.考虑设备占地与安装方便，热管余热锅炉紧凑的安装在出口烟道上。余热锅炉本体长16米宽8米。2.为了保证蒸汽余热锅炉耐压性能好，热管与水接触处采用套管式连
3、接，在蒸汽侧产生很小单元，这样增加了水的流速，提高了热换效率，又增加了整体的受压效果，保证蒸汽锅炉的正常使用，每根热管又是一个独立的整体，即使有几根热管损坏也不会影响整个锅炉的使用。3.因列管式换热器是两头焊接，存在应力、易损坏和单根列管损坏后，电弧炉烟气与水串通，生产过程中需紧急停车等问题造成的经济损失较大，因此此设备不能采用。而热管型设备克服了以上多种弊端。热管是一种新型高效的传热元件，按较精确的定义应称之为“封闭的两相传热系统”，即在一个抽成真空的封闭的体系内，依赖装入内部的流体的相态变化（液态变为汽态和汽态变为液态）来传递热量的装置。近几年来，热管技术得到了迅速发展，由于其具有传热速快
4、、热效率高、运行和维护费用低等优点，被广泛应用于余热回收的多种领域。将一根封闭的管壳制成真空，内部充装一定比例的液体工作介质（工质），即构成了热管。热管放在热源部分的称之为蒸发段（热端），放在冷却部分的称之为冷凝段（冷端）。当蒸发段吸热把热量传递给工质后，工质吸热由液体变成汽体，发生相变，吸收汽化潜热。在管内压差作用下，汽体携带潜热由蒸发段流到冷凝段，把热量传递给管外的冷流体，放出凝结潜热，管内工质又由汽体凝为液体，在重力作用下，又回到蒸发段，继续吸热汽化。如此周而复始，将热量不断地由热流体传给冷流体。由于热管内的传热过程是相谈过程，而且工质的纯度很高，因此热管内蒸汽温度基本上保持恒温，经测定
5、：热管两端的温差不超过5，与其它传热元件相比，热管具有良好的等温性能。热管能适应的温度范围与热管的具体结构、采用的工作流体及热管的环境工作温度有关。目前，热管能适应的温度范围一般为-2002000，这也是其它传热元件所难以达到的。运行中即使有个别热管损坏，也不会造成两种换热介质相混，不必停车堵漏。因此，热管设备具有使用周期长、安全可靠的优点。由于每一支热管都是一个独立的换热元件，因此不论其多大、多长，每一支热管均可任意拆换、更换性能强。我公司的热管采用美国引进的钎焊炉进行镍基钎焊，翅片管焊着力均在100%，该设备是从美国引进的第二代镍基钎焊设备，其优点如下：a.焊缝抗拉强度大，第二代镍基钎焊翅
6、片管抗拉强度是第一代镍基钎焊翅片管抗拉强度的三倍以上。b.焊着率高，一般为100%，热阻小，翅片管传热效率是普通碳钢的8倍左右。c.由于表面均匀进行渗镍，使得换热管件耐高温耐冲刷的性能是普通碳钢的3倍左右。是第一代镍基钎焊的一倍以上。4.换热器的积灰由于电炉的烟气中含有大量的粉尘，例如生产1吨钢就会产生6-8kg粉尘，因此设备运行一段时间，就会出现积灰现象，影响整个系统的正常运行，针对设备的具体特点为，我们采用了冲击波在线清灰装置。该装置制造与常用的吹灰器相比，该型吹灰器具有以下特点：a.整套装置无转动机械，运行中不存在机械卡涩和轴承故障，因此结构简单，维护方便、运行可靠；b.采用压缩空气作介
7、质，用风量小，对炉内烟气气动场无大影响，与蒸汽吹灰相比，不增加烟气湿度；c.冲击波能量强度易于调整，喷口方向和形状适用于不同形状的工作面，有效作用范围广，清扫彻底，不留死角；d.运行操作实现自动化，能随机在线连续吹灰，吹灰速度快、时间短，效果好，经吹扫后的工作面清洁率可达95%以上；。由于进口段烟温最高，因此流速设计在3238m/s，后续的二至四段烟速设计为按2232m/s。燃烧沉降室因需要除尘和除去烟气中剩余CO，因此流速的选取不宜太高，按1015m/s进行设计。热管换热器内布置有对流换热面，流速从高温区的12m/s到低温区的8m/s。5.特点本设备热管选用低中压锅炉管，对热管进行镍基钎焊，
8、表面增加了硬度，而且光滑，大大减少了积灰、磨损和腐蚀，延长了设备的使用寿命，安全可靠。在设计通过调整热管冷却段和蒸汽段的换热长度，可控制热管的壁温，使热管换热器避开露点、不易积灰，热管余热锅炉从设计上更科学合理，使其本身就具有一定的吹灰能力。三、水处理电控根据实际参数进行设计。东方所承接了国内首台电炉烟气余热回收项目电弧炉冶炼过程中的节能降耗一直是人们研究的主要课题。在电炉冶炼生产过程中产生大量的高温含尘烟气，其烟气温度高达1300左右，含尘量达10g/m3左右，炉内排烟量为5001200m3/ht，高温烟气的显热占总能耗的20左右。显然回收烟气的显热将会产生巨大的经济效益。在冶炼过程中，烟气
9、的流量、温度、含尘量在不断的变化中。其中以氧化期的烟气温度最高，流量最大，含尘量最多；在出钢期的烟气温度最低，流量最小，含尘量也最小。烟气参数的周期变化给烟气的余热利用带来了一定的困难。一、烟气温度高达1000左右，在实际生产中，这部分烟气的余热资源一直未被利用，白白浪费掉了，造成巨大的能源浪费。在充分论证的基础上，无锡东方环境研制开发了全国首例电弧炉热管余热锅炉装置于2006年11月21日在山东莱钢集团机械厂30吨电弧炉顺利投产，试车一次成功，至今运转正常，取得了显著的经济效益。二、电弧炉炉内排烟系统 山东莱钢集团机械厂30t电弧炉的排烟系统，烟气从电弧炉出来流经滑套管进入沉降室，在此进行预
10、除尘后进入水冷烟道和喷水冷却器，使废气温度降至250以下，进入布袋除尘器中进行高效除尘后，由引风机经烟囱排人大气。炉内排烟系统存在以下不足：(1)从炉内出来的高达l300的高温烟气余热未被利用，浪费严重。 (2)烟气温度偏高，烧毁布袋。(3)除尘效率不高，排尘超标。三、无锡市东方环境工程设计研究所有限公司根据现行的除尘工艺，通过研究排烟中灰尘的特性，结合热管技术设计出不易积灰的热管式余热锅炉代替传统除尘系统中的机力冷却或喷水降温，将烟气温度降低到200，充分回收烟气中的余热产生饱和蒸汽，用于企业生产和生活，同时给出较好除灰方案，在回收余热的同时，保证烟气排出温度满足布袋除尘器的许用工作温度。并
11、且长周期稳定运行。五、电弧炉余热回收工艺流程l300高温烟气从滑套管流入沉降室（燃烧室），在此进行预除尘和除去co，1200烟气进入水冷烟道，经过进一步冷却到850，进入热管软水器，在此将20软水加热到104进热力除氧器，烟气进一步被冷却后，进入热管余热锅炉中，产生高压饱和蒸汽。烟气在进入热管省煤器，将除氧软水由104加热到200进入汽液分离器（汽包），烟气降到200进入布袋除尘系统。高压饱和蒸汽送到蓄热器变成低压蒸汽连续供生产、生活或低压发电使用。生产实践表明，热管余热回收系统技术先进、设计合理，具有运行平稳、操作方便、安全可靠、节能显著、炼钢顺行、投资回收期短等特点。热管余热回收系统开发成功为电弧炉的余热利用闯出了一条新路，为冶金行业的技术进步做出了新的贡献。
