蓄热均温技术在电炉烟气治理及余热利用中的应用分析

何先志 周志东 张鹏

1.前言

钢铁工业每年消耗大量能源，冶炼过程中产生的高温烟气和设备散热带走了大量能量。由于电炉的烟气温度剧烈波动，含尘量大，普通水列管余热锅炉很难运用于电炉的烟气余热回收。目前热管余热回收系统已经成功运用到电炉的烟气余热回收中。热管余热回收系统可以有效克服烟气温度剧烈波动带来的影响，长期稳定运行。由于热管（碳钢-水热管）不耐高温，烟气温度大于750℃时将影响热管余热系统的安全运行及寿命，须通过降低电炉内排烟气温度以满足换热器入口条件。降温措施主要是水冷件冷却以及混风冷却，这两种冷却方式都是消极的，需要增加额外的成本，同时还浪费相应的热量。如能进一步提高换热器入口烟气温度,可以带来以下明显的好处:（1）减少内排混风量,可提高烟气捕集效果；（2）降低循环冷却水量和设备投入；（3）进一步提高蒸汽产量。

问题是，提高换热器入口烟气温度,将对热管寿命产生不利影响。所以，新的换热设备要既能应对波动烟气的热振影响,又能在提高入口烟气温度的同时还不影响其使用寿命。其原理是将热管换热器前置一种蓄热装置，令剧烈波动的烟气温度得以削峰填谷，降低烟气温度的峰值，减小温度波动幅度，从而彻底解决了超高温烟气对热管寿命的影响。

2.蓄热均温技术简介

蓄热均温技术是通过蓄热体对温度波动的烟气吸收与释放热量，达到均匀烟气温度的目的。当高温烟气通过蓄热体时，蓄热体吸收高温烟气的热量，降低烟气温度同时自身温度升高；当低温烟气通过蓄热体是，蓄热体向烟气放出热量，低温烟气温度升高，蓄热体温度降低。当温度波动的烟气经过蓄热体后，将可以减缓烟气温度的波动。

图1是某钢铁厂90吨电炉实测内排烟气温度曲线。

经过蓄热均温处理后，其温度曲线见图2：

如图2所示，原始烟气温度在180℃—1130℃之间波动。经过蓄热均温处理后，烟气温度波动范围为350℃—720℃，最高烟气温度从1130℃降低到720℃（此案例意味着蓄热式热管换热器的入口烟温可以提高到1130℃）。

3.蓄热均温技术应用分析

现将常规电炉除尘余热利用方案与蓄热均温技术作一对比。常规电炉除尘余热利用系统中，为保证热管余热系统安全稳定的运行，烟气温度需要保持在750℃以下，常规的冷却方式为间接循环水冷却或者是混风冷却。然而间接循环水冷却或者是混风冷却，都是消极的解决办法，都会导致额外的能源消耗与设备投资负担。同时，由于冷却水和混入的冷风会带走大量烟气热量，这将直接导致余热系统回收的热能减少。表1为之前所述90吨电炉为例的综合性能对比。

混风方案需要混入约10万Nm3/h的冷风才能将风量为15万Nm3/h，温度为1130℃的烟气冷却到750℃。相比其他两个方案，混风方案由于风量的增加，导致该方案需要更大的除尘器风机电机功率、更大的除尘器以及更大的热管余热系统，这直接导致设备费用增加以及运行能耗增大。

表1 常规电炉除尘余热利用技术与蓄热均温技术综合性能对比

水冷方案不会增加除尘风量，但却需要约1500m3/h的循环冷却水，循环冷却水能耗约220KW。冷却水同时会带走烟气热量，导致余热系统蒸汽产量降低。对比三个方案，该方案蒸汽产量最少，只有10～12t/h。

蓄热均温方案明显优于另外两个方案，在没有增加烟气风量，没有降温能耗的情况下，经过蓄热均温设备，将烟气温度降低到750℃以下。同时由于蓄热均温技术没有热量的浪费，可以确保原始烟气热量都能进入后续的热管余热系统，而排放的烟气热量可以降到最低，使得蒸汽产量得到大幅的增加。

综上所述，蓄热均温技术在电炉内排烟气余热利用系统中实现了五大优化功能：1、降低烟气温度的峰值，减少除尘系统投资；2、缓解烟气温度的骤升骤降，缓解波动热振影响，延长设备寿命；3、减少混入冷风量，提高烟气捕集率；4、降低除尘能耗；5、增加蒸汽产量。

4.结束语

冶金行业一直被冠以高能耗高污染行业，电炉更是冶金行业里的高能耗代表。做好冶金炉节能减排，是企业提升竞争力的有力手段。上述90吨电炉的热管余热回收系统，使用蓄热均温技术后，可年产蒸汽17万吨，相当于节约2万吨标煤，减少二氧化碳排放5.7万吨。显然，蓄热均温技术可以改善和优化电炉除尘及热管余热回收系统，可以有效减少电炉内排系统初期建设费用，提高除尘效率、降低运行能耗、增加余热系统蒸汽产量。