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熱管余熱鍋爐在冶金電爐煙氣余熱回收中應(yīng)用

 摘要：本文介紹在煉鋼電爐煙氣布袋除塵系統(tǒng)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(shù)。該技術(shù)采用熱管做傳熱元件，并用水做降溫介質(zhì)，利用熱管內(nèi)工質(zhì)相變吸收煙氣的熱量，并產(chǎn)生飽和蒸汽供用戶使用。

關(guān)鍵詞：熱管蒸發(fā)器     電爐煙氣    相變降溫

1.前言

隨著改革開放的深入進(jìn)行我國國民經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，發(fā)展與環(huán)保問題的是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重中之重，冶金領(lǐng)域的環(huán)保治理與余熱回收是其重要內(nèi)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(jìn)行降溫處理，布袋很快燒穿，無法運行。這樣電爐煙氣在進(jìn)入除塵器的前的降溫顯得十分必要。因此開發(fā)了熱管余熱回收系統(tǒng)回收煙氣余熱，既可將高溫?zé)煔饽芰哭D(zhuǎn)化為高溫高壓蒸汽，滿足日常生活和生產(chǎn)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(tǒng)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(xì)的技術(shù)難題。

2. 新疆八一鋼廠70t電爐余熱回收技術(shù)

該余熱利用系統(tǒng)主要由熱管蒸汽發(fā)生器、熱管軟水預(yù)熱器和蒸汽聚集器、沖擊波吹灰系統(tǒng)組成。熱管蒸汽發(fā)生器、熱管軟水預(yù)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(yōu)點。
2.1工藝流程
    根據(jù)70t電爐余熱的工藝參數(shù)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(yè)自來水經(jīng)水處理軟化后進(jìn)除氧器，再經(jīng)加壓水泵加壓進(jìn)入熱管水預(yù)熱器，經(jīng)過預(yù)熱后進(jìn)入蒸汽聚集器，通過下降管和上升管與熱管蒸汽發(fā)生器進(jìn)行自然循環(huán)，除氧水吸收熱量后，氣化形成1.6 MPa的飽和蒸汽，進(jìn)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）最大煙氣量：160000Nm³/h

   （3）煙氣最高入口溫度：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）最大蒸汽流量：16t/h

2.3熱管余熱回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

此熱管余熱回收系統(tǒng)主要由熱管蒸發(fā)器、熱管軟水預(yù)熱器、和蒸汽聚集器、沖擊波吹灰系統(tǒng)組成。 煙氣先經(jīng)過蒸發(fā)器，后經(jīng)過水預(yù)熱器。
   換熱設(shè)備（蒸發(fā)器和水預(yù)熱器）之間有過渡段連接，過渡段上設(shè)有不銹鋼膨脹節(jié)（以滿足設(shè)備的熱膨脹）和人孔（供設(shè)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(fā)器和每臺水預(yù)熱器上都設(shè)有吹掃管，可根據(jù)積灰的情況輔助吹灰。在蒸發(fā)器和水預(yù)熱器底部設(shè)有灰斗，用于儲灰和排灰。

  2．4系統(tǒng)工作原理
       （1）熱管蒸發(fā)器是由若干根熱管元件組合而成。其基本結(jié)構(gòu)及工作原理如圖2所示。熱管的受熱段置于熱流體風(fēng)道內(nèi)，熱風(fēng)橫掠熱管受熱段，熱管元件的放熱段插在汽一水系統(tǒng)內(nèi)。由于熱管的存在使得該汽一水系統(tǒng)的受熱及循環(huán)完全和熱源分離而獨立存在于熱流體的風(fēng)道之外，汽一水系統(tǒng)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(nèi)的飽和水（飽和水由下降管輸入），并使其汽化，所產(chǎn)蒸汽（汽、水混合物）經(jīng)蒸汽上升管到達(dá)汽包，經(jīng)汽水分離以后再經(jīng)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(huán)，達(dá)到將熱煙氣降溫，并轉(zhuǎn)化為蒸汽的目的。

（2）熱管水預(yù)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(fēng)道內(nèi)，熱管受熱，將熱量傳至夾套管中從除氧器進(jìn)來的除氧水，加熱到180℃以上，送至蒸汽聚集器。

 2.5系統(tǒng)特點
 2.5.1采用熱管作為傳熱元件，具有極高的傳熱性能；氣——液換熱，一側(cè)是具有一定流速的煙氣另一側(cè)是軟水相變?yōu)檎羝?，換熱時對流換熱系數(shù)為40—60W/m².℃。700—800℃的煙氣經(jīng)過熱管蒸發(fā)器，溫度降至180 ℃左右。同時產(chǎn)生1.6MPa的飽和蒸汽，供用戶使用。

2.5.2整個汽水系統(tǒng)的受熱及循環(huán)完全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(tǒng)有別于一般余熱鍋爐。
 2.5.3設(shè)備中熱管元件間相互獨立，熱流體與蒸汽發(fā)生區(qū)雙重隔離互不影響，即使單根或數(shù)根熱管損壞，也不影響系統(tǒng)正常運行，同時水、汽也不會由于熱管破損而進(jìn)入熱流體。
  2.5.4設(shè)計時調(diào)節(jié)熱管兩端的傳熱面積可有效地調(diào)節(jié)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(tǒng)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(qiáng)的吸附力，換熱器的除灰是該換熱器的設(shè)計的核心內(nèi)容

2.6.1在換熱器結(jié)構(gòu)的設(shè)計上采用以下措施

（1）換熱管間距較其他工況設(shè)備增大。

（2）煙氣在設(shè)備中流速設(shè)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(tǒng)

沖擊波吹灰系統(tǒng)是我國引進(jìn)前蘇聯(lián)軍工技術(shù)，我國消化研制開發(fā)的在線吹灰產(chǎn)品。其工作原理是將空氣和可燃?xì)獍匆欢ū壤旌希?jīng)高能點火后在沖擊波發(fā)生器內(nèi)形成可控強(qiáng)度的沖擊波，沖擊動能吹掃受熱面的同時伴有高聲強(qiáng)聲波震蕩和熱清洗作用，以達(dá)到吹除積灰保證受熱面清潔，提高傳熱效率，恢復(fù)鍋爐出力的目的。

2.7 設(shè)備運行及使用壽命分析

應(yīng)用于該工段的換熱設(shè)備在設(shè)計上需考慮三個方面的問題。一是高溫?zé)煔獾膿Q熱問題；二是設(shè)備沖刷問題；三是熱應(yīng)力造成設(shè)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(cè)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(shè)備的沖刷問題。

熱管換熱器的熱管單支點焊接在聯(lián)箱壁上，其熱漲冷縮變形不受約束，避免了應(yīng)力破壞。因此熱管換熱器不存在熱應(yīng)力造成設(shè)備損壞問題。

熱管具有單管作業(yè)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(shè)備長周期穩(wěn)定運行。
 3.結(jié)論

余熱利用系統(tǒng)投入運行后，不僅確保了粉塵濃度符合環(huán)保要求，達(dá)到了利用高溫?zé)煔獾臒崃慨a(chǎn)生蒸汽供VD真空爐生產(chǎn)和其他生活用汽使用的目標(biāo)，而且采用煙氣余熱利用新技術(shù)后原VD真空爐使用進(jìn)口柴油鍋爐作為備用，每年節(jié)標(biāo)煤1.8萬噸。