热管余热锅炉在冶金电炉烟气余热回收中应用

摘要：本文介绍在炼钢电炉烟气布袋除尘系统中，降低烟气温度来满足布袋除尘器的许用温度的一项技术。该技术采用热管做传热元件，并用水做降温介质，利用热管内工质相变吸收烟气的热量，并产生饱和蒸汽供用户使用。

1.前言

随着改革开放的深入进行我国国民经济迅猛发展，发展与环保问题的是我国经济发展的重中之重，冶金领域的环保治理与余热回收是其重要内容。冶金电炉烟气含尘粒度较小，其直径为40~300目，这一粒度的灰尘一般采用布袋除尘器收集灰尘。但是电炉尾气温度为500℃至800℃，这一温度超出了布袋除尘器的许用工作温度。如果不进行降温处理，布袋很快烧穿，无法运行。这样电炉烟气在进入除尘器的前的降温显得十分必要。因此开发了热管余热回收系统回收烟气余热，既可将高温烟气能量转化为高温高压蒸汽，满足日常生活和生产的需求，又可将烟气温度降至200℃左右（布袋许用温度），保证了布袋除尘器的可靠运行。本文通过新疆八一钢厂70t电炉余热回收系统的实例，介绍一种余热回收装置，它成功解决了电炉烟气温度高、灰尘多且细的技术难题。

2. 新疆八一钢厂70t电炉余热回收技术

该余热利用系统主要由热管蒸汽发生器、热管软水预热器和蒸汽聚集器、冲击波吹灰系统组成。热管蒸汽发生器、热管软水预热器主要采用高效传热元件—热管，较一般余热回收装置有许多明显优点。
2.1工艺流程
根据70t电炉余热的工艺参数和使用要求，电炉余热回收装置流程见图1（软水流程）、图2（烟气流程）。工业自来水经水处理软化后进除氧器，再经加压水泵加压进入热管水预热器，经过预热后进入蒸汽聚集器，通过下降管和上升管与热管蒸汽发生器进行自然循环，除氧水吸收热量后，气化形成1.6 MPa的饱和蒸汽，进入蒸汽总管供用户使用。                                                

2.2工艺条件

   （1）平均出钢量：70t/炉

   （2）zui大烟气量：160000Nm³/h

   （3）烟气zui高入口温度：800℃

   （4）烟气出口温度180 ℃

   （5）饱和蒸汽压力：1.25MPa

   （6）回收热量：38500KW

   （7）zui大蒸汽流量：16t/h

2.3热管余热回收系统结构

此热管余热回收系统主要由热管蒸发器、热管软水预热器、和蒸汽聚集器、冲击波吹灰系统组成。 烟气先经过蒸发器，后经过水预热器。
换热设备（蒸发器和水预热器）之间有过渡段连接，过渡段上设有不锈钢膨胀节（以满足设备的热膨胀）和人孔（供设备安装和停炉检修时使用）以及冲击波吹灰器（吹灰用）。另外，每台蒸发器和每台水预热器上都设有吹扫管，可根据积灰的情况辅助吹灰。在蒸发器和水预热器底部设有灰斗，用于储灰和排灰。

  2．4系统工作原理
（1）热管蒸发器是由若干根热管元件组合而成。其基本结构及工作原理如图2所示。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汽一水系统内。由于热管的存在使得该汽一水系统的受热及循环*和热源分离而独立存在于热流体的风道之外，汽一水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管内的饱和水（饱和水由下降管输入），并使其汽化，所产蒸汽（汽、水混合物）经蒸汽上升管到达汽包，经汽水分离以后再经主汽阀输出。这样热管不断将热量输入水套管，通过外部汽一水管道的上升及下降完成基本的汽一水循环，达到将热烟气降温，并转化为蒸汽的目的。

（2）热管水预热器（省煤器）也是由若干根特殊的热管元件组合而成，热管的受热段置于烟气风道内，热管受热，将热量传至夹套管中从除氧器进来的除氧水，加热到180℃以上，送至蒸汽聚集器。

 2.5系统特点
2.5.1采用热管作为传热元件，具有*的传热性能；气——液换热，一侧是具有一定流速的烟气另一侧是软水相变为蒸汽，换热时对流换热系数为40—60W/m².℃。700—800℃的烟气经过热管蒸发器，温度降至180 ℃左右。同时产生1.6MPa的饱和蒸汽，供用户使用。

2.5.2整个汽水系统的受热及循环*和热流体隔离而独立存在于热流体烟道以外，这就使本系统有别于一般余热锅炉。
2.5.3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，也不影响系统正常运行，同时水、汽也不会由于热管破损而进入热流体。
2.5.4设计时调节热管两端的传热面积可有效地调节和控制壁温，防止低温酸露点腐蚀。
2.5.5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要任何外界动力，故障率低，效率高。

2.8换热器的积灰问题

电炉烟气含尘量是8—15g/m³，也就是说每小时500Kg左右的灰尘通过换热器。电炉烟尘粒度较小0—10μm的灰占灰尘总量的70%以上，该种灰有较强的吸附力，换热器的除灰是该换热器的设计的核心内容

2.6.1在换热器结构的设计上采用以下措施

（1）换热管间距较其他工况设备增大。

（2）烟气在设备中流速设计一般为8米左右。

（3）换热器的布置形式必须考虑便于除尘，换热器布置上采用立式。

2.6.2采用冲击波吹灰系统

冲击波吹灰系统是我国引进前苏联*技术，我国消化研制开发的在线吹灰产品。其工作原理是将空气和可燃气按一定比例混合，经高能点火后在冲击波发生器内形成可控强度的冲击波，冲击动能吹扫受热面的同时伴有高声强声波震荡和热清洗作用，以达到吹除积灰保证受热面清洁，提高传热效率，恢复锅炉出力的目的。

2.7 设备运行及使用寿命分析

应用于该工段的换热设备在设计上需考虑三个方面的问题。一是高温烟气的换热问题；二是设备冲刷问题；三是热应力造成设备损坏问题；四是积灰问题。

热管换热器工作时烟气通过热管换热器的流速为8m/s，流速较低；烟气侧热管镍基钎焊有纵翅片，镍基合金厚度≥0.05mm，硬度HRC≥56。因此合理的解决烟气对设备的冲刷问题。

热管换热器的热管单支点焊接在联箱壁上，其热涨冷缩变形不受约束，避免了应力破坏。因此热管换热器不存在热应力造成设备损坏问题。

热管具有单管作业性能，有一根热管（即使部分热管）损坏不会造成换热的烟气和水混淆，对换热的影响也不大。因此可保证设备长周期稳定运行。
 3.结论

余热利用系统投入运行后，不仅确保了粉尘浓度符合环保要求，达到了利用高温烟气的热量产生蒸汽供VD真空炉生产和其他生活用汽使用的目标，而且采用烟气余热利用新技术后原VD真空炉使用进口柴油锅炉作为备用，每年节标煤1.8万吨。

典型用户：
新疆八一钢铁有限公司
江阴兴澄特钢有限公司
江苏淮安钢铁有限公司