电炉烟气热管余热回收的除尘系统设计.pdf

电炉烟气热管余热回收的除尘系统设计 詹茂华 中冶华天工程技术有限公司, 安徽 马鞍山 243005 摘要 电炉烟气余热回收是近几年最新发展的节能减排措施。 介绍目前应用的热管余热回收装置的基本结构、工作原 理及具有的优势, 该装置已经得到成功应用, 特别适合用于 VOD 冶炼特钢工艺中替代蒸汽锅炉。 关键词 电炉烟气;节能减排; 余热回收;热管; 除尘系统 DESIGN OF DEDUSTING SYSTEMS FOR RECOVERING SURPLUS HEAT FROM FLUE PIPE OF ELECTRIC ARC FURNACE EAF Zhan Maohua Zhongye Huatian Engineering Co. , Ltd. , Ma anshan 243005, China Abstract Surplus heat utilization for EAF hot fume is a new energy -saving and environment protection. The article introduced the basic structure and working principle of after heat recovery device, which had been successfully used. The technology is especially suitable for replacing steam boiler which provides steam for VOD. KeywordsEAF flue gas; energy -saving and emission reduction; surplus heat utilization; heat pipe; dedust system 随着能源价格日益高涨, 以及国家节能减排环保 政策的执行 ,企业在高耗能项目投资中 , 无论是政策 要求 ,还是企业经济效益上,都迫切需要一些节能 、 环 保新技术。近三年来, 应用在冶金、水泥生产中的一 些节能环保新技术得到了迅猛发展 ,如水泥窑尾烟气 余热发电,烧结烟气余热发电等 。钢铁冶金工程中, 一些节能环保新技术如高炉煤气布袋干法除尘、 转炉 煤气干法除尘等技术 ,使能源利用率得到更大提高, 同时 ,粉尘排放浓度大大降低 。而近两年发展的电炉 烟气余热回收技术, 使除尘系统不仅是环保措施也是 生产供汽设备, 在环保同时达到节能、 减排效果。 1 电炉烟气余热回收形式及应用 1. 1 回收装置形式 目前在工程上成功使用的电炉烟气余热回收的 基本都是蒸汽, 回收装置形式主要有两种 热管余热 回收装置和余热锅炉回收装置。两种回收装置的工 艺流程都相似, 回收的蒸汽参数也相近 。余热锅炉和 热管回收装置基本同时出现, 从目前推广情况看, 热 管余热回收装置更有优势 ,已经得到更多应用 。 与热管比较 ,烟道式余热锅炉占用位置庞大, 设 备钢材耗量多, 设备制造成本较高 。由于其采用单层 间壁换热, 因炼钢废气粉尘的磨损, 造成某根换热管 泄露将影响整个系统的运行。采用热管技术会因为 热管换热系数高 ,设备钢材耗量小, 投资低,设备出现 单根或几根损坏不影响系统的运行 ,没有必要紧急停 车处理,管理费用和难度都较低。 1. 2 回收能源应用 余热回收的蒸汽从目前的应用和技术条件看 ,基 本都用于机械铸造企业 VOD 冶炼特钢工艺中, 可以 替代以前设计中的蒸汽锅炉。这是由机械铸造企业 的工艺设备状况决定的, 铸造需要电炉炼钢 ,钢种一 般主要为特钢需要经 VOD 真空脱气 ,VOD 真空泵的 动力是高压蒸汽, 因此一般 VOD 炉都配套建设快装 锅炉提供蒸汽; 大型钢铁联合企业炼钢厂也建有 VOD 炉,但蒸汽可以从厂区蒸汽管网接入。 对于余热回收的蒸汽, 完全可以用于工厂、居民 区采暖热源 ,但存在季节性 ,炼钢产汽的波动必须考 虑设置蓄热器等消除 。 回收的蒸汽可以用于发电。低温余热发电在烧 结机 、 水泥厂等烟气上都已经成功应用, 烧结 、 水泥烟 气温度和烟气量都是连续稳定 ,而电炉烟气波动性限 制了其热能回收利用范围 。 60 环 境 工 程 2009年 12 月第 27卷第 6 期 2 热管余热回收装置的基本结构及工作原理 2. 1 回收装置参数 考虑废气流量的间断性和温度的波动性 ,为保证 蒸汽射流泵能正常工作, 按经济、 合理的原则 ,设计余 热回收系统 ,确保余热回收系统提供 1. 10. 1 MPa 饱和蒸汽, 废气排放温度控制在 180℃以下 , 确保蒸 汽射流泵能连续 、 稳定工作。 饱和蒸汽的产汽量根据电炉烟气量计算确定 。 如工厂有蒸汽管网, 在设计时余热回收蒸汽与快 速锅炉并网工作 、 互为补充考虑; 但一般需要新建蓄 热站 ,配置蓄热罐。考虑到蒸汽一般使用于真空脱气 设备, 射流泵的工作压力和蒸汽量, 以及管道的阻力 损失 ,设计的余热回收装置按1. 6 MPa考虑。 2. 2 热管蒸汽发生器的基本结构 热管蒸汽发生器是由若干根特殊的热管元件组 合而成。热管的受热段置于热流体风道内,热风横掠 热管受热段 ,热管元件的放热段插在水 -汽系统内。 由于热管的存在使得该水 -汽系统的受热及循环完 全和热源分离而独立存在于热流体的风道之外,水 - 汽系统不受热流体的直接冲刷 。 热流体的热量由热管传给水套内的饱和水 饱和 水由下降管输入 ,并使其汽化 ,所产蒸汽 汽 、 水混合 物 经蒸汽上升管达到汽包 ,经集中分离后再经蒸汽 主控阀输出 汽包内的水由104 ℃除氧水经水预热器 加热至155 ℃ 后供给 。这样由于热管不断将热量输 入水套,通过外部汽 - 水管道的上升及下降完成基本 的汽-水循环, 达到将热流体降温, 并转化为蒸汽的 目的 。 2. 3 工艺流程 热管余热回收装置工艺流程如图 1所示。 图 1 工艺流程 3 热管余热回收工艺介绍 热管余热回收装置主要设备可以分为烟气侧和 汽水侧设备 。烟气侧余热回收装置的进口到出口设 备; 汽水侧与普通锅炉供软化水设备一样 ,包括单级 钠离子交换系统 、 软水箱 、 除氧器、 余热回收装置等 。 3. 1 热管余热回收装置主要设备 余热回收系统装置 蒸汽发生器 、 水预热器、锅 筒和蒸汽发生器之间的连接管路 包括激波吹灰系 统 。 水汽系统 软水箱、清水泵 2 台 、 除氧器、锅炉 给水泵 4 台 、锅筒、排污管、排污阀 、取样器及余热 回收自动控制系统。 3. 2 余热回收装置的条件和要求 3. 2. 1 烟气入口温度 根据经验 , 出燃烧沉降室烟气温度为 600 ～ 800 ℃,而燃烧沉降室至余热回收装置烟道长度约为 80 m ,按国家规定的经济性散热和保温要求, 一般保 温管道和设备的表面温度在 80 ～ 90 ℃, 人员接触的 地方一般在60 ℃,采用内外保温相结合的保温方式, 烟气热量损失为 1. 2 ～ 2. 0 ℃ m的温降 ,需要通过详 细的计算, 核定的烟气进余热回收装置温度 ,一般连 续加料带废钢预热的电炉烟气按650 ℃来设计 ,并按 确保最高烟气温度750 ℃时热管余热锅炉能够安全 运行 。 3. 2. 2 烟气最终排放温度 烟气最终排放温度根据除尘器滤袋性能的经济 性和 可 靠 性 , 确 定 余 热 回 收 装 置 烟 气 出 口 温 度≤ 180 ℃。 3. 2. 3 蒸汽使用点参数要求 蒸汽使用点参数首先需要根据使用条件确定。 一般用于 VOD 真空脱气 时, 使 用点压力 不低于 0. 6 MPa ,考虑管道损失等因素 ,一般供汽压力不低于 0. 8 MPa 。而为了便于储存 , 压力应高一些。根据目 前余热设备制造情况, 一般确定出汽压力 1. 1 0. 1 MPa ,温度 187 ℃。 流量 根据 VOD生产确定。 VOD 生产节奏按连续处理 3罐 ,一般每罐处理时 间约1 h,连续作业时间为3 h。 3. 2. 4 水质要求 给水按 GB1576 -2001工业锅炉水质标准执 行,给水压力 0. 2～ 0. 3 MPa, 给水温度为常温 。 3. 2. 5 余热回收装置的总烟气阻力损失 61 环 境 工 程 2009年 12 月第 27卷第 6 期 余热回收装置的总烟气阻力损失低 ,则除尘风机 全压就低 , 功耗就小 , 但余热回收装置的体积大, 造 价、 占地大, 应综合比较后确定合适的阻损 。对于确 定的余热回收装置的总阻损一般通过计算确定,也可 提出要求 ,由热管设备提供商非标设计 。一般工程设 计中 ,余热回收装置的总阻损按700～ 1 000 Pa设计 。 3. 3 余热回收系统设计 3. 3. 1 烟气系统 650 ℃的烟气依次通过余热回收系统的热管蒸 汽发生器、热管给水预热器, 低于 180℃排放后进除 尘装置排放。 3. 3. 2 水汽系统 水系统的供水量根据产汽量计算确定,软水系统 的设计和锅炉给水一样, 可以参照锅炉软水设计。 3. 4 蒸汽蓄热器的并网 余热锅炉产生的1. 6 MPa的饱和蒸汽供到蓄热 器,蓄热器再释放压力后按1. 2MPa供到分汽缸; 快速 锅炉提供的蒸汽也供到分汽缸 ; 在余热锅炉工作时蒸 汽射流泵的汽源由蓄热罐经分汽缸供汽 ; 当电炉停止 生产时,由常规锅炉向分汽缸供汽 。 3. 5 热力计算 热管余热回收装置的热力计算是个复杂的过程, 一般热力工程设计手册和教材都有介绍 。由于电炉 烟气温度会出现波动 在电炉排渣时废气温度降到 500～ 550 ℃,考虑烟道温度损失此时烟气进余热回 收装置烟气温度约为450 ℃; 在出钢时废气温度降到 200～ 250 ℃,此时余热锅炉基本没有蒸汽产生。 预期产汽量 排渣时间 排渣温度产汽量冶 炼时间冶炼温度产汽量 冶炼周期 余热锅炉产汽在满足蒸汽射流泵的工作 ,且还能 提供部分蒸汽外供。 4 设计注意事项 4. 1 设计余量 由于电炉工作的特殊性, 废气的流量和温度波动 较大 ,设计需要有一定的设计余量 。 4. 2 防止积灰 目前对于热管余热回收系统而言, 最大的问题是 积灰问题 ,因此如何防止积灰和清灰是至关重要的 。 4. 3 减少磨损 考虑到冶炼废气中粉尘的磨损 ,在考虑换热效果 和换热管自清灰能力的前提下 ,控制冶炼废气通过换 热器的流速在9 m s以下 ,尽可能减少对管壁和翅片 的磨损,还有采用厚管壁基管 3. 5 mm , 常规为2. 5 ～ 3. 0 mm 和厚翅片 1. 2 mm, 常规为1 mm , 有效的延 长热管的使用寿命。 4. 4 延长寿命 为确保换热元件的 6年以上使用寿命 ,热管元件 的制造应按目前最新 第 4 代 水碳钢热管处理技术 制造 ,避免第 3代热管的电化学腐蚀及第 2 代热管的 除氢不彻底等缺点, 确保了热管的换热效果和寿命 。 4. 5 防止爆管 设计过程中, 将管内工质温度控制在280 ℃以 下。制造热管元件 ,全部选用 GB3087-1999低中压 锅炉用无缝钢管 , 要求其出厂 100水压试验 ,试验 压力达10MPa 。 4. 6 设备热膨胀的解决 由于烟气温度的波动很大 , 为解决设备的热膨 胀,每台热管蒸汽发生器之间需要设置膨胀节 。 5 除尘系统设计 对于采用热管余热回收装置的除尘系统设置形 式主要有两种 一是余热回收后的电炉炉内烟气与屋 顶烟气分别单独设置一套除尘系统 ; 另一种就是余热 回收后的电炉炉内烟气与屋顶烟气合并设置一套除 尘系统 。通过技术 、 经济比较, 单独设置除尘系统的 更加可靠性 ,调节性强; 并且总装机功率低,运行电费 少,投资增加不大, 并为进一步提高环保要求预留下 了必要条件 。因此, 对于采用余热回收后的电炉炉内 烟气应单独设置除尘系统 。 6 结束语 电炉烟气排出的热量占电炉冶炼能耗的 15左 右,一台大型电炉每年排出的余热非常可观 ,不仅浪 费了大量能源而且造成环境热污染 。如何节能、 减排 成为工程设计人员和工厂管理者迫切需要研究的课 题。从目前的应用和技术条件看,热管余热回收装置 有较大优势, 并已经得到成功应用, 特别适合用于 VOD 冶炼特钢工艺中替代蒸汽锅炉 。 参考文献 [ 1] 张红. 热管节能技术[ M] . 北京 化学工业出版社, 2009. 作者通信处 詹茂华 243005 安徽省马鞍山市 中冶华天工程技 术有限公司 电话 0555 2629669 E -mail maszmh 163. com 2008- 12-11 收稿 62 环 境 工 程 2009年 12 月第 27卷第 6 期