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1熔分竖炉余热利用1概述在工业生产中，使用着各种窑炉，如回转窑、加热炉、竖炉、转炉、反射炉、沸腾焙烧炉等。这些窑炉都耗用大量的燃料，它们的热效率都很低，一般只有40％左右，而被高温烟气、高温炉渣、高温产品等带走的热量却达到30％～50％，其中可利用的余热在冶金方面约占燃料消耗量的三分之一，机械、玻璃、造纸等方面占15％以上。节能减排是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是一项极为紧迫的任务。回收余热降低能耗对我国实现节能减排、环保发展战略具有重要的现实意义。同时，余热利用在对改善劳动条件、节约能源、增加生产、提高产品质量、降低生产成本等方面起着越来越大的作用，有的已成为工业生产中不可分割的组成部分。自上世纪六七十年代以来，世界各国余热利用技术发展很快。目前，我国的余热利用技术也得到了长足进步，但是与世界先进水平还有一定的差距，有一部分余热尚未被充分利用，有一部分余热在利用中还存在不少问题。1．余热利用概述余热属于二次能源，它是一次能源和可燃物料转换过程后的产物，是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺过程后所剩下的热量。一般分成：高温烟气余热、高温蒸汽余热、高温炉渣余热、高温产品余热(包括中间产品)、冷却介质余热、可燃废气余热、化学反应及残炭的余热、冷凝水余热等。常见的余热利用方法主要有：余热锅炉、热水法、预热空气、烟气一流体换热器、加工物料等。由于使用的生产方法、生2产工艺、生产设备以及原料、燃料条件的不同和工艺上千变万化的需要，从而给余热利用带来很多困难。一般说来余热热源往往有以下特点：(1)热负荷不稳定。不稳定是由工艺生产过程决定的。例如：有的生产是周期性的，有的高温产品和炉渣的排放是间断性的，有的工艺生产虽然连续稳定，但热源提供的热量也会随着生产的波动而波动。(2)烟气中含尘量大。如氧气顶吹转炉烟气中的含尘量达8()～150g／nl、沸腾焙烧炉150～350g／m。、闪速炉80～130g／m、烟气炉80～160g,／m，含尘数量大大超过一般的锅炉。同时烟尘的物理、化学性质也特别恶劣，尤其是炉烟温度高、含尘量大时，更容易粘结、积灰，从而对余热回收的设备有可能产生严重磨损和堵塞的后果。(3)热源有腐蚀性。余热烟气中常常含有二氧化硫等腐蚀性气体，在烟尘或炉渣中含有各种金属和非金属元素，这些物质都有可能对余热回收设备造成受热面的高温腐蚀或低温腐蚀。(4)受安装场所固有条件的限制。如有的对前后工艺设备的联接有一定的要求，有的对排烟温度要求保持在一定的范围内等。这些要求与余热回收设备常发生一定的矛盾，必须认真研究统筹解决。3冶金企业属于耗能型企业，其能耗占全国能耗的10％左右，占工业部门能耗的15％左右，能源费用占企业生产总成本20％～30％。由于能源生产的增长速度尚难以适应国民经济发展的要求，能源价格的上升和波动已经对冶金企业的生存和发展构成了挑战，节能降耗已经成为冶金企业长期的战略任务。冶金企业从原料、焦化、烧结到炼铁、炼钢、连铸以及轧钢的生产过程中产生大量含有可利用热量的废气、废水、废渣，同时在各工序之间存在着含有可利用能量的中间产品和半成品。充分回收和利用这些能量，是企业现代化程度的标志之一’。目前，冶金企业常用的余热利用方式有：安装换热器、余热锅炉、炉底管汽化冷却、冷热电联产等，回收后的热量主要用于预热助燃空气、预热煤气和生产蒸汽。国内冶金企业换热器的发展趋势是：换热器的型式由简单的低效型走向强化传热的高效型，热风温度一般在300℃以上(比过去提高了80～100℃)，出换热器的烟温由过去的400～500℃降低到250～400oC。以宝钢钢铁股份有限公司为例』，其主要的余热回收技术有：干熄焦(CDQ)发电技术、烧结余热回收技术、高炉余压发电技术、副产煤气回收技术、热送热装技术、加热炉汽化冷却技术、炉窑烟气余热回收技术等。十年来，该公司余能回收量大幅提高了86％。2)针对排烟温度高和换热器能力小。目前已经开发出了各种高效经济的换热器和能使用全热风的燃烧装置，回收后烟温可下降到180～250℃，不再需要安装价格昂贵而利用率不高的余热锅炉，使炉气余热4从炉外回收转到炉内回收的方向来，并提出了“余热全自回收”的新概念，即设法降低排出的烟温和烟量，并使余热回收过程中的各项热损失减少，然后通过高效换热器将余热最大限度地回收并全部送人炉内。苏州苏信特钢有限公司目前电炉厂100吨电炉冶炼烟气采用“水冷烟道+自然冷却”方式进行冷却，烟气中含有的大量热能在冷却过程中被释放到冷却水和空气中，没有得到有效的回收利用。如果将这部分余热有效利用转换成蒸汽，直接用于电炉厂VD炉生产，不仅回收了废气中的热量，而且减少热污染排放，是当前一种行之有效的节能降耗途径，也是一项国家积极鼓励，大力推广的节能技术，并完全符合国家现行的节能减排的能源和环保政策。1.1设计原则（1）按照循环经济的思路，做到高的水循环率，废气排放浓度小于国家一类地区标准，总粉尘、有害物质排放量降低，收集的粉尘返回生产；蒸汽供电炉厂VD炉使用；（2）设备、电气均采用节能产品，降低单位产品电耗；5（3）充分利用热管在热传导中的超导特性，来进一步降低废气排放温度，从而回收更多的热量，以满足该系统的长周期稳定运行要求，并达到降温、除尘、余热利用的目的。；（4）采用成熟、可靠、实用、先进的工艺流程和技术装备；（5）各系统配置合理、充分发挥设备能力；1.2设计范围本次设计利用苏钢集团100吨电炉废气余热，采用热管式余热锅炉产生0.9MPa，179.9℃饱和蒸汽，供VD炉使用，这样不仅回收了热量，并且减少了热污染，达到了节能减排的目的。1）工厂设计范围（1）本项目的工艺布置设计及相关改造设计；（2）与主体设备相关的土建专业设计及改造设计；（3）与主体设备相关的给排水专业设计及改造设计；（4）与主体设备相关的热力暖通专业设计及改造设计；（5）与主体设备相关的电气自动化专业设计及改造设计。2）主体设备部分（由承包方完成）（1）余热回收系统工艺（方案）设计；（2）提供设备、辅房土建、钢构基础及能源介质接入点设计资料；（3）电炉厂现有相关设备与系统的衔接改造；（4）热管换热系统的设计、供货、安装及调试和特种设备的取证工作（含蒸汽发生系统、烟道系统）；给排水系统；高、低压电力系统；仪6表、自控系统；设备保温措施等；2余热回收工艺2.1设计条件电炉公称容量：100t电炉冶炼周期：40min电炉产废气量：200000Nm3/h废气进口温度：700℃（最高1000℃）废气出口温度：～200℃废气粉尘含量：8～30g/Nm3蓄热器出口蒸汽压力（表压）：0.9MPa余热装置用水：软化水用水压力：0.3MPa（软水箱入口处）电源等级：380V2.2技术要求1）余热锅炉（1）中压锅筒产汽压力：2.0MPa（表）温度：214.7℃平均产汽量：～18t/h去向：蓄热器7（2）低压锅筒产汽压力：0.3MPa（表）温度：143.4℃平均产汽量：～3t/h去向：热力除氧器2）蓄热器蓄热器出口饱和蒸汽压力：0.9MPa（表）温度：179.9℃去向：外送，外送蒸汽流量：～18t/h3）余热回收装置烟气侧参数烟气进口温度：700℃（最高1000℃）烟气出口温度：~200℃阻力降：1050Pa2.3公用工程1)软化水温度：20℃压力：0.3MPa（自软水箱入口处）耗量：平均~18.9t/h（最大瞬时~95t/h，对应烟气1000℃）2)工业水（取样冷却用）温度：~20℃压力：0.5MPa8耗量：～1t/h3)压缩空气（激波吹灰器用）温度：常温压力：0.5～0.6MPa耗量：～80m3/h（间断使用）4)瓶装乙炔（激波吹灰器用）规格：50L瓶装耗量：3-5瓶/24小时5)用电电压等级：380V总容积：424kW6）对外供饱和蒸汽温度：179.9℃压力：0.9MPa（表）供汽量：～18t/h7）余热回收系统排污量（1）排污水（经扩容器后）温度：~143℃压力：~0.3MPa平均排污量：1.1t/h9最大排污量：4.5t/h（2）排灰排灰量：~1.6~6t/h2.4工艺系统流程电炉产生的废气通过余热回收装置产生饱和蒸汽，因电炉烟气温度波动范围大，余热锅炉产汽负荷波动大，本设计设蓄热器两台，可保证提供连续稳定的蒸汽至VD炉。余热回收系统布置采用立式布置，依次为5级中压蒸发器、1级水预热器和1级低压蒸发器，在低压蒸发器底部设置灰斗及插板阀,有利于排灰，减少积灰。本装置余热回收系统流程如下：1）废气系统余热回收设备为立式布置，烟气从顶部进设备由上而下依次经过5级中压蒸发器，1级水预热器和1级低压蒸发器，底部出来后汇总，烟气温度降至200℃左右。2）汽水系统自界区外来的0.3MPa软化水进入软水箱，经软水泵进热力除氧器除氧。经除氧后，中压给水泵将部分除氧水一路送至水预热器预热至~154℃后，送入中压锅筒；另一路接至蓄热器，供开车时将除氧水送至蓄热器，低压给水泵将部分除氧水直接送至低压锅筒。蒸发器与锅筒分别通过上升、下降管实现汽水循环，中压锅筒产生10的2.0MPa饱和蒸汽，送入蓄热器。蓄热器出口管设调节阀，保证蓄热器出口产生连续稳定的饱和蒸汽。低压锅筒产生的低压蒸汽全部送至热力除氧器的除氧头，同时自低压蒸汽管线引出2根管线，分别送至除氧器水箱，作为二次蒸汽及辅助加热蒸汽。在低压蒸汽不足的情况下，自蓄热器后分气缸引出一路蒸汽，经减压后送入除氧器除氧头。3）排污系统系统配置有连排扩容器、定排扩容器各一台。锅筒设有连续排污和定期排污口，水预热器、蒸汽发生器都设有定期排污出水口，可定期清除内部残留污物及水垢。锅筒连续排污管接至连续排污扩容器，经定排扩容器降温后就近排入地沟。锅筒定期排污管接至定期排污扩容器。锅筒设置事故放水，当锅筒水位高于紧急水位时，打开事故电动放水阀，防止锅筒满水。事故电动放水阀的位置便于运行操作，排至地沟后接入界区排污管网。热力除氧器底部排水管就近接至地沟。蓄热器底部排水管接至地沟。4）取样系统本余热回收系统设给水、中压蒸汽、中压炉水、低压炉水取样，共4只。5）放空、放散、放净等系统11（1）放空系统在系统的最高点，设置放气点，当上水和启动时，排去锅炉内空气和不凝结气体。放气阀位置设于便于运行操作处。（2）蒸汽放散为保证系统安全，锅筒、除氧器、水预热器、连续排污扩容器均设有安全阀，供事故状态减压。（3）放净系统锅炉本体范围内的各设备、管道的最低点设置疏、放水点，确保疏、放水的畅通。疏水阀位置应便于运行操作。（4）充氮系统本设计在锅筒上预留充氮口，供锅炉长期停运时对汽水系统进行充氮保护。6）除灰系统由于废气中含尘量较大，余热回收设备设有激波吹灰器，可实现在线清灰。设备底部设有灰斗，由螺旋出灰机送至灰仓，可定期除灰。2.5主要设备本项目核心设备为余热锅炉及余热回收系统配备的除氧、给水设备、蓄热、排污设备、取样设备等。1）热管式余热锅炉热管式余热锅炉能有效回收高含尘、高温变、高温差急变的电炉余12热。考虑到余热回收系统的操作稳定，控制方便，延长锅炉使用周期以及降低系统运行能源消耗和维护费用等多种因数，本余热锅炉系统采用自然循环水循环模式，加强了烟气波动适应性。热管换热器具有对温度变化大的适应性和在换热过程中对热流密度的可调性，大幅度提高了工程的可靠性。热管式蒸汽发生器充分利用热管在热传导中的超导特性，来进一步降低废气排放温度，从而回收更多的热量，以满足该系统的长周期稳定运行要求，并达到降温、除尘、余热利用的目的。本设计采用双压锅炉，由10台中压热管蒸汽发生器、2台热管水预热器和2台低压热管蒸汽发生器组成，立式布置，设低压锅筒、中压锅筒各1台。（1）余热锅炉技术特性烟气流量：200000Nm3/h给水流量：平均：～18.9t/h废气入口温度：700℃（最高1000℃）给水入口温度：20℃废气出口温度：~200℃锅炉产蒸汽压力：0.9MPa（表）废气阻力损失：1050Pa中压蒸汽流量：平均：~18t/h，最大：90.6t/h（瞬时）13低压蒸汽流量：平均：~3t/h，最大：5.3t/h换热量：~16278kW（2）锅筒锅筒满足