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热管余热锅炉在烧结机余热回收及发电中的应用

晨怡热管 2009-11-3 1:19:08
钢铁冶金企业是国家支柱产业,在现代化建设中起着重要作用,同时这些企业也是耗能大户,能耗占产品成本比例较大。因此企业的节能降耗显得尤其重要。烧结工序是高炉矿料入炉以前的准备工序。有块状烧结和球团状烧结两种工艺。块状烧结是将不能直接加入炉的炼铁原料,如精矿粉、高炉炉尘、硫酸渣等配加一定的燃料和溶剂,加热到1300~1500℃,使粉料烧结成块状。球团烧结则是将细磨物料,如精矿粉配加一定的黏结剂,在造球设备上滚成球,然后在烧结设备上高温烧结。两种烧结过程都要消耗大量的能源。据统计,烧结工序的能耗约占冶金总能耗的12%。而其排放的余热约占总能耗热能的49%。回收和利用这些余热,显然极为重要,余热回收主要在烧结矿成品显热及冷却机的排气显热两个方面。目前热管技术主要应用在冷却机的排气显热回收上。烧结机生产时,热烧结矿从烧结机的尾部落下经破碎后,通过振动筛分经溜槽落到冷却机传送带上,在溜槽部分热矿料温度可达700~800℃,此时以辐射形式向外散热为主,落到冷却带上后料温仍在600℃以上。一般在烧结冷却机下布置有数台冷却风机,通过轴流风机或鼓风机,使冷却风强制穿过料矿层,经料矿加热后,在第一风罩内冷却风温提高到350~400℃,在第二风罩内冷却风温提高到250~300℃,这两个风罩内的冷却风都可以利用其余热。
一、烧结冷却机余热回收系统的设计
    虽然各个冶金企业的烧结冷却机(带冷机或环冷机)的型号、规格、工艺参数以及余热资源都不完全相同,但余热回收系统的原理基本都是一致的。
    现以某钢厂2×105m2烧结冷却机(环冷机)为例,简介余热回收系统的设计。该系统由两套完全相同的装置组成,每套都由热管蒸气发生器、一级省煤器、二级省煤器、汽包、外连管路和控制仪表等组成,并且互相独立。
1、系统主要功能
    工业自来水经水处理软化后进热力除氧器除氧(水质指标按照一般锅炉水质标准),由除氧水泵输入热管一级省煤器;经过预热后进入热管二级省煤器再预热后进入汽包,水通过下降管进入热管蒸汽发生器,水吸收热量变成蒸汽,蒸汽再经上升管进入汽包,在汽包里进行水汽分离,形成1.5MPa的饱和蒸汽,饱和蒸汽经过过热器过热,温度达到200℃以上,最后再送至蒸汽总管或用户。
2、主要热管设备的性能
1)蒸汽发生器的性能参数(表1)
    蒸汽发生器的原理为:热流体的热量由热管传给水套管内的水(水由下降管输入),并使其汽化,所产汽、水混合物经蒸汽上升管到达汽包,经集中分离以后再经蒸汽主控阀输出。这样由于热管不断将热量输入水套管内的水,并通过外部汽———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。
表1蒸汽发生器的性能参数(单套)
    设计工况
              热侧     冷侧
    介质     废气     水、水蒸气
流量(Nm3/h)      99600     11000
进口温度/℃        370     198.3
出口温度/℃        215    198.3
设计压力MPa      常压    2.4
工作压力MPa      常压    2.2
换热面积M2         2800    320
2)热管一级省煤器的性能参数(表2)
原理为:热流体的热量由翅片热管传给管内的水,水吸收热量,使热流体降温,达到预期的效果。表2一级省煤器的性能参数(单套)
    设计工况
    热侧           冷侧
介质            废气      水
流量(Nm3/h)     99600    11000
进口温度/℃        215    45
出口温度/℃        190    105
设计压力MPa     常压    2.4
工作压力MPa     常压    2.2
换热面积M2        260    36
3)热管二级省煤器的性能参数(表2)
原理为:热流体的热量由翅片热管传给管内的水,水吸收热量,使热流体降温,达到预期的效果。表3二级省煤器性能参数(单套)
    设计工况
    热侧     冷侧
介质              废气     水
流量(Nm3/h)     72800    11000
进口温度/℃        225    105
出口温度/℃        175    210
设计压力MPa     常压    2.4
工作压力MPa     常压    2.2
换热面积M2        1250    120
二、热管设备结构的设计
     热管蒸气发生器主要结构参数如下:热管管径38mm,管长3700mm,翅片高度15mm,管束布置成叉排,管子横向间距110mm,管子纵向间距95mm,单管换热面积1.5m2,热管束倾斜布置。
省煤器主要结构参数如下:热管管径38mm,管长3700mm,翅片高度15mm,管束布置成叉排,管子横向间距100mm,管子纵向间距95mm,热管束倾斜布置。
三、热管设备的主要特点
    (1)传热系数高。废气和水及水蒸气的换热均在热管的外表面进行,而且废气热管外侧为翅片,这样换热面积增大,传热得到强化,因而使换热系数得到了很大的提高;
    (2)防积灰、堵灰、抗腐蚀能力强。通过调节热管冷热段受热表面的比例,可以调节管壁温度,使之高于烟气露点温度或最大腐蚀区。由于管壁温度始终高于烟气露点温度,附着热管外表面的积灰呈干燥疏松状态,积灰就容易脱落,一般烟气的流速设为8~12m/s,既可以避免堵灰,又能使热管磨损大大降低;
    (3)冷热流体完全隔开,有效防止水汽系统的泄漏。在运行时,由于废气的大量冲刷,即使管子受到一定的损坏,也不会造成冷侧的气水泄漏到热侧,确保了系统的安全运行,这也是该设备有别于一般烟道中设备的最大特点;
    (4)阻力损失小,可以适用于老机组的改造。一般情况下,增加了余热回收设备,热废气的阻力增加在250Pa左右,这样低的阻力损失,可以不对原热风系统做多大调整,仅需在风罩处布置余热设备即可,有利于冶金企业已有烧结机组的改造;
    (5)单根或多根热管的损坏不影响设备整体使用。由于露点腐蚀或其他原因造成热管损坏,但这不影响整个设备的运行和系统的安全,只是随着热管的损坏,换热器的换热面积减少,余热回收的效率降低。
利用余热锅炉所产1.5MPa的饱和蒸汽,饱和蒸汽经过过热器过热,温度达到200℃以上,最后送到7000KW发电机实现发电。
    通过多年的设计和冶金企业的实际运行,证明采用热管技术回收烧结冷却机的余热是确实可行的,且回收的效果很明显。这不仅节省了能源,也为企业增加了经济效益,这种技术不仅在冶金企业得到了应用,而且在化工、石化等行业中具有广阔的应用前景。
责任编辑: banye 参与评论
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