莱钢50锅炉余热锅炉升级改造

莱钢50锅炉余热锅炉升级改造

1电弧炉钢板的节能潜力21世纪以来，由于缺乏铁资源的限制，中国的电拱炉开始广泛使用铁水热安装技术，这是中国特定情况下资源的使用方式。对于电弧炉炼钢而言,热铁水提供了大量的物理热和化学热,减少了装料次数,改善了电弧燃烧条件,特别是避免了社会废钢中其他残余金属元素带来的污染,是电弧炉炼钢高效、节能的首选条件。然而使用热铁水后,电炉排放烟气温度增加,最高可达1400℃,随烟气显热带走的热量占总投入热量的13%～20%,所以回收电炉烟气余热是现阶段电炉高效低耗生产的必由之路。250吨莱钢锅炉总结2.1第4孔炉壁氧枪莱钢50t电炉公称容量50t,平均出钢量55t;变压器容量35MVA;炉壳直径Φ4700/4600mm;铁水兑入比例为50%～60%;炉壁氧枪4支,每支供氧流量800m3/h;炉门氧枪1支,供氧量1800m3/h;吹氧压力1.0～1.2MPa;第4孔烟气温度400～1400℃;烟气流量65000m3/h;冶炼周期40min;除尘方式为天车通过式+第4孔除尘。2.2出钢期154.1尘器1)间歇性、波动性。电弧炉在冶炼过程中排放出的烟气流量、温度、含尘量在不断地变化,呈现周期性波动。氧化期的烟气温度最高,流量最大,含尘量最多;在出钢期的烟气温度最低,流量最小,含尘量最小。2)烟气中粉尘浓度大、粒径小,属于微细尘。烟尘含量一般在8～15g/m3(标态),最大达到30g/m3(标态);烟尘粒度小,粒径分布在0～30μm范围内,吸附力大。电弧炉烟尘化学成分:水分4.38%,挥发物6.96%,CaO13.20%,MgO6.25%,Fe2O352.80%,FeO0.60%,Fe37.39%,Al2O35.87%,SiO29.39%。2.3烟气1h50t电炉在配加30%铁水冶炼时的能量平衡中输入总能量为556.67kW·h,而烟气烟尘带走的物理热为61.02kW·h,约占电弧炉总热量的11%。随着冶炼强度增加,单位时间内高温烟气带走的热量增加。2.4余热回收装置为了利用电炉烟气热能,很多企业用高温烟气加热废钢,其中典型的案例便是Consteel电弧炉和Fuchs竖炉。但是,在烟气加热废钢的过程中,烟尘中对炼钢有害的元素(Zn、Sn、Pb等)产生富集,对冶炼的产品质量有不利影响,同时在废钢余热过程中形成的有毒物质二恶英,对环境造成污染。鉴于此,在电弧炉的4孔回路上新增一套余热回收装置,经余热回收后的低温烟气再进入单独的一套除尘器进行净化,余热回收装置生产饱和蒸汽,用以满足VD真空炉生产。改造后的系统见图1。3设计气体残渣回收系统3.1余热锅炉余热回收工艺流程电弧炉产生的1200℃左右高温烟气,经炉盖第4孔进入移动烟道,再进入燃烧沉降室,CO等可燃物进一步燃烧,同时大颗粒得以沉降,通过调整燃烧沉降室出口混风阀将烟气出口温度控制在800℃以内,再经高温烟道进入热管式余热锅炉进行热量回收,热交换后的烟气温度降到160℃左右再进入除尘器净化,热管锅炉生产的饱和蒸汽蓄积在蓄热器中,供生产和生活使用,其工艺流程如图2所示。3.2活动烟道的设计移动烟道两端分别连接炉盖第4孔和燃烧沉降室,移动烟道要满足炉盖旋入或旋出时不与第4孔弯烟道发生干涉,并且还要满足在吸入高温烟气的同时,也要吸入足量的外界空气,供后部沉降室内蓄积的CO的二次燃烧,故将其设计为活动烟道,结构如图3所示。3.3降低结构限制沉降室主要作用,一是从电炉内排出的大颗粒粉尘有足够时间充分沉降,避免大颗粒烟尘进入后部设备,导致设备堵塞或损坏;二是烟气中未燃烧的CO在沉降室内可继续燃烧,防止CO进入后续工艺设备,导致安全事故发生,燃烧需要的氧气从第4孔烟道和移动烟道连接处混入的空气中所得。沉降过程受到重力、浮力和烟气对颗粒的曳力3个力的作用,重力和浮力之差是使烟尘发生沉降的动力,曳力则是阻碍烟尘发生沉降的力。为保证烟气中大颗粒粉尘的沉降效果,沉降室烟气的进、出口均设置在顶部。3.4内保温形式.基于沉降室出口至余热锅炉入口管道,高温管道是指连接沉降室与一级蒸发器之间的管路,为避免热量损失,从沉降室出口至余热锅炉入口管道均采用内保温形式,内保温分为2层,分别为耐磨层和隔热层。3.5系统的热性能好为适应电炉炼钢烟气的特点,要求余热锅炉必须具有启动速度快、负荷适应能力强、连续无故障运行时间长、单向传热强度大等特点,故设计选用热管式余热锅炉。1)蒸发器设备的基本特点。采用热管作为传热元件,整个汽—水系统的受热及循环完全与热流体隔离,独立存在于热流体烟道以外,使本系统有别于一般余热锅炉。设备中热管元件间相互独立,热流体与蒸汽发生区双重隔离互不影响,即使单根或数根热管损坏,也不会影响系统正常运行,同时水、汽也不会因热管的破损而进入热流体。设计时通过调节热管两端的传热面积可有效调节和控制壁温,防止低温酸露点腐蚀。操作简单、维修方便、工作可靠,整个系统的热量输送过程不需任何外界动力,故障率低,效率高。2)热管式余热锅炉的空间布置采取垂直方式布置,设备安装紧凑,占地面积小,高温烟气自上而下,温度逐级降低,经过冲击波振动后,灰尘自上而下靠重力即可散落在最下方,容易清理积灰,整个热交换过程温度均匀、交换充分。3)热管锅炉设计参数。蒸发器进口烟气温度800℃,出口烟气温度259℃,烟气量65000m3/h,热侧阻力降为343Pa,产生饱和蒸汽压力1.6MPa,理论计算回收热量22466kW·h,平均产汽量为28535kg/h。主要设备外形尺寸:一级蒸发器为5100mm×3745mm×3250mm;二级蒸发器为5100mm×2860mm×3170mm;三级蒸发器5100mm×2040mm×3170mm;蒸汽包长度17500mm,直径3400mm,壁厚14mm。3.6热管系统故障分析高铁水比冶炼时的电弧炉冶炼烟气量大、灰尘多,带有电荷,易吸附,热管容易堵塞,因此解决在线热管清灰问题是保证余热系统正常运行的关键。现场运行中发现,声波清灰对蒸发器壳体损伤太大,蒸汽清灰造成热管板结堵塞。实践证明,这2种清灰方式在本系统均不可行。最终选用冲击波清灰,满足了热管在线清灰的需求,保证了余热系统的安全稳定顺行。3.7蓄热器蒸汽压力蒸汽蓄热技术是将间断供汽变为连续、稳定的汽源,以利于用户使用。为保证余热回收系统产生稳定流量的蒸汽,配套2台150m3的蓄热器,设计充水系数85%,入口蒸汽压力1.6MPa,出口蒸汽压力1.0MPa。实践证明,该系统自产蒸汽足以满足生产生活需要。3.8u3000沉降室系统在控制室设有电弧炉余热PLC1台,上位机2台;除尘器PLC1台,上位机1台,完成系统所有参数的检测、控制、显示及报警功能,并实现人机对话。1)燃烧沉降系统。沉降室完成大颗粒沉降的同时,要将出口烟气温度控制在800℃以下,否则会对蒸发器造成损害。该温度主要是通过燃烧沉降室上的混风阀来调节。出口温度与燃烧室沉降室的混风阀连锁,当出口温度高于800℃时启动混风调节阀;沉降室进口有温度、压力检测,出口有流量、压力和温度检测。2)余热回收装置系统。热管锅炉内流体的速度是一个重要的设计参数,它影响换热设备的传热、流动阻力、磨损及自清灰能力等。解决该问题通常采用变截面设计法,以等体积流速法代替等质量流速法。变截面换热设备能保证其进出口具有相同的自清灰能力,一般认为换热设备内实际流体流速达到8m/s便可起到自清灰的作用,设计时最大可取12～15m/s。3)除尘系统。高温烟气会损害除尘滤料,必须保证除尘器的入口温度低于160℃,在除尘管道上增设DN500混风阀。出口温度若高于160℃,则启动混风阀混入冷风,降低烟气温度。经冷却后的低温烟气进入布袋除尘器得以净化。除尘器进出风口均设置压力、温度检测。4)变频风机系统。实施风机频率值与沉降室出口温度连锁。根据分析电弧炉送电、吹氧时段,当沉降室出口温度开始上升时,风机频率缓慢增加;沉降室出口温度开始下降时,风机频率缓慢减少。把高压风机频率的变化与沉降室出口温度进行连锁,实现了温度自动控制,解决了电炉烟气量及烟气温度波动大的难题,有效减少了电弧炉在各个冶炼阶段混入的冷风量,减少热量散失,满足了热量回收的最大化要求。4焦炉余热蒸汽回收技术莱钢50t电弧炉余热回收利用系统工程的实施,实现了余热回收和环境治理的双赢,是电炉炼钢企业节约能源、降低能耗和实现清洁生产的有效途径。1)系统自产蒸汽量平均15t/h左右,折合吨钢产汽量约为200k