热管式余热锅炉在蒸汽管网中的应用

热管式余热锅炉在蒸汽管网中的应用

0余热回收及气调与除尘钢铁产业是我国的一项主要经济技术。它不仅是一个能源严重的家庭，也是一个污染严重的家庭。我国钢铁企业吨钢综合能耗比国际先进水平高出很多,其烧结、高炉及炼钢工序有相当数量的余热未能回收利用。因此,钢铁企业节能降耗对企业自身、环境保护和国民经济都有非常重要的意义。目前国内冶金行业中,电弧炉、转炉炼钢等冶炼过程的余热均未得到有效的利用,该部分的烟气降温均采用循环水激冷,不仅浪费了大量高品位的能源,而且消耗电力和水资源,造成极大的能源和资源的浪费及环境污染。对这部分能量的回收,其主要困难在于:烟气温度高(最高时可达1000℃以上);温度交变幅度大(每40～45分钟一个周期,温度在200～800℃之间变化);粉尘含量高,灰尘在降温降速过程中会存在沉积和腐蚀。传统的管式、板式换热器不但难以承受如此大幅度的热应力,同时对高含尘也束手无策。采用热管作为传热元件的余热锅炉,可以通过热管内部性能的改善以及灵活排列和冷热段长度的调整,控制一定的流速和管壁温度,减低和避免灰尘的沉淀,同时换热元件热管的两端处于自由状态,避免了热应力的问题,有利于实现高温、交变、高含尘的烟气余热的有效回收,并产生连续稳定的蒸汽供生产使用。1管道技术和工作原理(1)从汽态到液液热管是一种新型高效的传热元件,按较精确的定义应称之为“封闭的两相传热系统”,即在一个抽成真空的封闭的体系内,依赖装入内部的流体的相变(液态变为汽态和汽态变为液态)来传递热量。近几年来,热管技术得到了迅速发展,由于其具有传热速度快、热效率高、运行和维护费用低等优点,被广泛应用于余热回收的多种领域。(2)冷端/热端汽化将一根封闭的管壳抽成真空,内部充装一定比例的液体工作介质(工质),即构成了热管。热管放在热源部分的称之为蒸发段(热端),放在冷却部分的称之为冷凝段(冷端)。当蒸发段吸热把热量传递给工质后,工质吸热由液态变成气态,发生相变,吸收汽化潜热。在管内压差作用下,气体携带潜热由蒸发段流到冷凝段,把热量传递给管外的冷流体,放出凝结潜热,管内工质又由气态凝为液态,在重力作用下,回到蒸发段,继续吸热汽化。如此周而复始,将热量不断地由热流体传给冷流体。(3)热管及蒸汽温度①金属、非金属材料本身的导热速率取决于材料的导热系数、温度梯度,正交于温度梯度的截面面积。以金属银为例,其导热系数为415W/(m·K)左右,经测定,热管的导热系数是银的几百倍到上千倍,故热管有超导体之称。②由于热管内的传热过程是相变过程,而且工质的纯度很高,因此热管内蒸汽温度基本上保持恒温,经测定:热管两端的温差不超过5℃,与其它传热元件相比,热管具有良好的等温性能。③热管能适应的温度范围与热管的具体结构、采用的工作流体及热管的环境工作温度有关。目前,热管能适应的温度范围一般为-200～2000℃,这也是其它传热元件所难以达到的。④运行中即使有个别热管损坏,也不会造成两种换热介质相混,不必停车堵漏。因此,热管设备具有使用周期长、安全可靠的优点。⑤由于每一支热管都是一个独立的换热元件,因此不论其多大、多长,每一支热管均可任意拆换。2单根热管受到破坏热管式余热锅炉与常规余热锅炉相比具有明显的优越性,其体积紧凑,结构简单,传热效率高,每支热管都是一个独立的传热元件,可根据不同的温度水平而设计,热管彻底隔离了热源和冷源,因而单根热管受到破坏不影响整个设备的运行,提高了设备长期运行的可靠性。为了节约能源,减少环境污染,我公司为某钢厂110t电弧炉烟气余热系统设计了一台热管式余热锅炉,余热锅炉为一个独立的汽水自然循环系统,由汽包、蒸发器、省煤器、上升管、下降管等设备和元件组成,配套设备有清水泵、给水泵、除氧器等,回收电弧炉烟气余热产生饱和蒸汽供生产使用。(1)圆弧炉和空气参数电弧炉及烟气参数见表1。(2)余热锅炉入口烟气温度蒸汽压力2.3MPa蒸汽温度222℃蒸发量22t/h给水温度104℃烟气流量190000m3/h(标态)余热锅炉入口烟气温度≤800℃余热锅炉出口烟气温度<200℃3剩余锅炉的工作性能(1)余热锅炉入口烟道电弧炉出来的烟气温度为200～800℃,瞬间高温达1000℃,通过内衬砖墙的烟气通道从上端进入余热锅炉入口烟道,然后依次流经四级蒸发器、省煤器。烟温降到200℃以下后,沿水平方向从省煤器下方烟道引出。(2)蒸发汽蒸系统余热锅炉给水进入省煤器,在省煤器中给水被加热后进入汽包和汽包中已有的水混合成炉水。余热锅炉为自然循环方式,锅筒中的水从下降管中流出,进入蒸发器。在蒸发器中受热蒸发形成汽水混合物回到锅筒。在锅筒内汽水被分离,分离出来的水从锅筒底部出来流向热交换面,热交换面和锅筒之间形成一个封闭的回路,而分离出来的蒸汽在锅筒上部空间(汽空间)引出。在锅筒内,水和蒸汽相位界限的划分靠水位线来实现。相位界限内的水始终处于沸腾状态,蒸汽压力(分压力)的任何变化都会引起蒸汽产量的变化,随之也必然引起水位线的波动,蒸汽在离开锅筒前,要通过汽水分离,以滤出蒸汽中剩余的水分。4减少烟气排放量余热锅炉投入运行以后,年产2.3MPa饱和蒸汽158400t,可节约标煤17914t/a。由于减少了锅炉房相应的供汽量,故可减少烟