靳立山

山東鋼鐵股份有限公司濟(jì)南分公司

煉鋼轉(zhuǎn)爐煙氣余熱回收利用研究

靳立山

山東鋼鐵股份有限公司濟(jì)南分公司

鋼鐵生產(chǎn)流程中投入的大量能源，主要是為鋼鐵產(chǎn)品的生產(chǎn)創(chuàng)造和維持一個(gè)高溫反應(yīng)與變形的條件，大部分轉(zhuǎn)變?yōu)槎文茉幢淮罅糠派?。有效回收利用鋼鐵流程中的二次能源，是鋼鐵企業(yè)降低能耗的重要途徑。而多種冶金工業(yè)爐窯排放的大量高溫?zé)煔饩哂心茉椿厥绽玫木薮鬂摿?，其中煉鋼轉(zhuǎn)爐煙氣因其不穩(wěn)定性、工藝復(fù)雜性為實(shí)現(xiàn)其有效回收利用增加了難度，因此進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)其的研究非常有必要?；诖吮疚姆治隽藷掍撧D(zhuǎn)爐煙氣余熱回收利用。

煉鋼轉(zhuǎn)爐；煙氣余熱；回收利用

1 、概述

隨著工業(yè)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，余熱利用在對(duì)改善勞動(dòng)條件、節(jié)約能源、增加生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本等方面起著越來越大的作用，已經(jīng)成為生產(chǎn)中不可缺少的部分。鋼鐵廠的加熱爐是大型耗能設(shè)備，節(jié)能潛力很大，對(duì)于鋼鐵廠的節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本和提高經(jīng)濟(jì)效益具有事半功倍的功效，因此需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究。

2 、煙氣熱能利用的原則

2.1 燃料的燃燒盡可能在高溫下進(jìn)行

溫度越高，得到的煙氣所具有的火用值越大。燃料種類很多，不但它們的發(fā)熱量有很大差別，而且絕熱燃燒溫度也不同，因此，在利用燃燒產(chǎn)物的熱能時(shí)，從確的觀點(diǎn)，它的使用價(jià)值不僅要看熱能的數(shù)量，還要看它的火用值。而燃燒產(chǎn)物的火用值與絕熱燃燒溫度有關(guān)。

高熱值燃料由于理論燃燒溫度高，燃燒產(chǎn)物的火用值與低熱值燃料燃燒產(chǎn)物白如傭值相比，高出的倍數(shù)將大于熱值相差的倍數(shù)。因此，在評(píng)價(jià)燃料時(shí)，僅從熱值考慮是不夠全面的，應(yīng)考慮燃料在質(zhì)量的差異，并應(yīng)根據(jù)不同設(shè)備對(duì)燃料能質(zhì)要求的不同，合理地加以使用。在能源管理中，應(yīng)根據(jù)對(duì)實(shí)際利用的燃燒產(chǎn)物的能級(jí)要求，選擇所需的燃料。

2.2 盡量減小火用損失

由于少傭損失是由各種不可逆過程中造成的，因此在利用煙氣熱能的場(chǎng)合，應(yīng)設(shè)法減小各類不可逆損失，包括減小傳熱溫差，避免節(jié)流和摩擦等。

在煙氣熱能的利用過程中，不同的生產(chǎn)工藝以及生活消費(fèi)對(duì)熱能的質(zhì)量有不同的要求。要使熱能得到合理利用，就必須根據(jù)用戶需要，按質(zhì)提供熱能，不僅在數(shù)量上要滿足，而且在質(zhì)量上要相匹配，從而達(dá)到熱盡其用。如果把高質(zhì)量熱能用于只需低質(zhì)量熱能的場(chǎng)合，必然是大材小用，造成不必要的火用值的浪費(fèi)。

2.3 盡可能采用總能系統(tǒng)的概念

總能系統(tǒng)的主要含義為按照能量品位的高低進(jìn)行梯級(jí)利用，安排好功、熱冷與工質(zhì)內(nèi)能等多種能量之間的配合關(guān)系與轉(zhuǎn)換利用，不僅要著眼于提高單一的設(shè)備或工藝的能源利用率，而且要全面考慮熱力、動(dòng)態(tài)、控制、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等多因素、多目標(biāo)，以取得最佳的總效果。

能源動(dòng)力系統(tǒng)可分為三代。第一代基本上以熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)，追求有較高總能利用率第二代的特點(diǎn)是基于第二定律萬'注意到能量的品位差別與梯級(jí)利用，開始提出總能系統(tǒng)第三代則全面發(fā)展了總能系統(tǒng)，注意多學(xué)科的交叉結(jié)合。常用的總能系統(tǒng)已得到廣泛的應(yīng)用，且形式多種多樣，如聯(lián)合循環(huán)，電熱并供，先熱利用，余熱利用，多聯(lián)產(chǎn)，多重聯(lián)合循環(huán)以及總能工廠等。

3 、煉鋼轉(zhuǎn)爐煙氣余熱回收利用

3.1 汽化冷卻原理

汽化冷卻系統(tǒng)用水作為介質(zhì)，利用轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)釋放的高溫?zé)煔庥酂嶙鳛闊嵩串a(chǎn)生蒸汽。煙道式余熱鍋爐設(shè)置在轉(zhuǎn)爐爐頂，起到冷卻煙氣以便于除塵的作用。煙道式余熱鍋爐中的主要設(shè)備包括汽化冷卻裝置、活動(dòng)煙罩、爐口可移動(dòng)煙道、固定煙道、金屬軟管、汽包。

汽化冷卻是采用軟化水以汽化的方式(充分利用了水汽化潛熱大的優(yōu)點(diǎn))冷卻鋼鐵冶金設(shè)備并吸收大量的熱量從而產(chǎn)生蒸汽的裝置。其工作過程是：高溫?zé)煔馔ㄟ^汽化器(汽化冷卻煙道壁面)，因煙氣與壁面溫差較大，發(fā)生熱量傳遞，將熱量傳遞給受熱面的的同時(shí)自身溫度降低；受熱面另一側(cè)管道中的水吸收煙氣熱量后部分蒸發(fā)，并在蒸發(fā)管內(nèi)形成了汽水混合物。由于水蒸汽的密度相對(duì)于水較小，在壓力作用下，蒸汽在蒸發(fā)管內(nèi)上升，通過上升管最終進(jìn)入汽包，經(jīng)汽水分離后，水蒸汽從汽包引出進(jìn)入蓄熱器儲(chǔ)存，最終送入蒸汽管網(wǎng)供生產(chǎn)生活使用。同時(shí)水下降到蒸發(fā)管底部重新進(jìn)入汽化器的下聯(lián)箱內(nèi)，補(bǔ)充的水供給蒸發(fā)管內(nèi)繼續(xù)蒸發(fā)使用。如此反復(fù)循環(huán)，不斷冷卻高溫?zé)煔?，產(chǎn)生蒸汽[5]。氧氣轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐工作原理示意圖如圖1所示。

圖1 煉鋼生產(chǎn)工藝流程圖

3.2 煙氣回收技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)外轉(zhuǎn)爐煉鋼煙氣處理采用的主要方法分為兩種方式：濕法除塵工藝即OG法和干法除塵工藝即LT法。

(1)OG法的流程為經(jīng)汽化冷卻煙道的煙氣首先進(jìn)入一級(jí)水溢流固定文氏管，下設(shè)脫水器，再進(jìn)入二級(jí)可調(diào)文氏管，煙氣中的灰塵主要在這里除去，然后經(jīng)90°彎頭脫水器和塔式脫水器進(jìn)入風(fēng)機(jī)系統(tǒng)送至用戶或放散塔。該流程核心是二級(jí)可調(diào)文氏管喉I=1，外觀稱米形的翻板(Rice-Damper，簡(jiǎn)稱RD)。其作用是控制轉(zhuǎn)爐爐口的微壓差和二文的喉口阻損，進(jìn)而在煙氣量不斷變化的情況下，不斷調(diào)整系統(tǒng)的阻力分配，從而達(dá)到最佳的凈化效果。這種流程和設(shè)備配置在國(guó)內(nèi)比較普遍，技術(shù)上也相對(duì)成熟。

(2)LT法處理技術(shù)源于德國(guó)，20世紀(jì)60年代末開發(fā)成功，目前世界上已建成十幾套LT系統(tǒng)。1994年，在寶鋼三期工程250t轉(zhuǎn)爐項(xiàng)目中，我國(guó)首次引進(jìn)奧鋼聯(lián)LT轉(zhuǎn)爐煤氣凈化回收技術(shù)。其基本原理是對(duì)經(jīng)汽化煙道后的高溫煤氣進(jìn)行噴水冷卻，將煤氣溫度由900～1000℃降低到180℃左右，采用電除塵法進(jìn)行爐氣除塵處理。

總之，煉鋼轉(zhuǎn)爐煙氣余熱回收具有非常重要的意義，可有效降低濟(jì)鋼煉鋼工序能耗，為企業(yè)降低成本增加效益發(fā)揮積極作用，具有很大推廣價(jià)值，將推動(dòng)我國(guó)鋼鐵工業(yè)在余熱利用領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，因此進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)其的研究非常有必要。

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