电炉烟气余热回收应用现状及改造

2018-05-18张莉莉牛广奔

冶金动力 2018年6期

张莉莉,牛广奔,杨娟

（山东钢铁股份有限公司特钢事业部，山东莱芜271104）

前言

电炉炼钢过程中会产生大量的高温含尘烟气（约1000～1400℃），其烟气显热占电炉炼钢总能耗的10%以上。为降低能耗，实现资源优化利用，同时满足大气污染物排放要求，通常采用余热回收系统来回收高温烟气余热，产生蒸汽满足生产和生活的需要。

莱钢特钢事业部50 t电炉原有一套余热回收系统，由于投运时间较长，余热锅炉的效率下降，产汽能力下降,排烟温度升高，热量利用不彻底，还需要启动燃气锅炉补充蒸汽。同时为了保护布袋除尘器，低温烟道混风阀长开，导致除尘抽力下降，影响到了除尘效果，通过本次改造，解决这些问题。

1 工艺概况

特钢事业部电炉余热回收系统是通过电炉第四孔将1200℃左右高温烟气从烟道吸出，通过移动水冷烟道，垂直烟道、水平烟道，进入燃烧沉降室，CO等可燃物燃烧大颗粒沉降后，温度降至800℃左右。烟气通过高温烟道进入热管式余热锅炉，经热交换降到150℃左右，通过管道进入除尘器净化，由风机排入大气。余热锅炉产生200℃饱和蒸汽，送入蓄热器，主要供炼钢VD炉生产用汽。

50 t电炉工艺参数如下：

公称容量：50 t；

平均出钢量：48 t/炉；

最大出钢量：52 t/炉；

吹氧压力：1.5～1.7 MPa；

耗氧量：60 m3/t；

吹氧时间：27 min；

冶炼时间：44～48 min；

铁水热装：70%～80%。

电弧炉烟气特点

（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。烟尘含量一般在 8～15 g/m3，最大达到 30 mg/m3；烟尘粒度小，粒径分布在0～30 μm范围内，吸附力大。

烟气中粉尘的特点：轻、细、90%的粉尘直径小于 30 μm，含粉尘量：5 g/m3。

粉尘的主要组成：Fe2O3(52.8%)、FeO(0.6%)、Fe(37.39%)、CaO(13.2%)、Al2O3(5.8%)、MgO(6.25%)、SiO2(10.64%)。

烟气主成份：CO（10%）、CO2（20%）、N2（63%）、O2（7%）。

电弧炉炉气发生量：

熔化期烟气平均温度600℃，耗时15 min。

氧化还原期烟气最高温度800℃，耗时21 min。

烟气体积流量为70000 m3/h。

2 存在问题

（1）设备已经运行10年，超期运行，无法保证设备正常运行。

（2）一级蒸发器入口设计温度800℃，运行时很难控制入口温度，虽然有混风阀进行混风降温，经常造成入口温度超上限运行，造成一级蒸发器部分热管爆裂，热能浪费，降低了系统的除尘能力。

（3）余热锅炉设计时，对电炉四孔烟气量考虑不周，锅炉设计换热面积偏小，造成热管积灰多，出口温度长期运行在190～220℃，产汽低，最大8 t/h，除尘布袋消耗大。

（4）省煤器灰斗的不规范设计，及烟气中大量水蒸汽的存在，经常造成其灰斗的出灰阀堵塞，影响设备运行而采取的临时措施，又造成现场灰尘的堆积。

（5）省煤器及冲击波在线清灰系统已出现设备老化。省煤器水侧管路已出现多次漏水，一旦漏水进入烟气侧，将会造成系统的长时间的停产。

3 改造方案

3.1 系统组成

余热锅炉主要利用电炉冶炼高温烟气换热生产蒸汽并提供给VD炉生产使用，同时高温烟气通过余热锅炉后烟气温度降到180℃以下，再通过尾部烟道进入布袋除尘器净化，净化后烟气经风机由烟囱排入高空大气中。其工艺流程见图1。

图1 系统工艺流程示意图

3.2 主要改造组成

余热锅炉本体（含汽包、中、低压蒸发器、中压省煤器、灰斗及本体支撑钢结构）、击波清灰装置、锅炉给水泵、炉内加药装置、除氧器、排污扩容器等。

3.3 主要改造部件的描述

（1）蒸发器

中压蒸发器级数应不少于4级，低压蒸发器（除氧用）1级。蒸发器集箱材质采用20钢，蒸发器全部采用热管形式。

蒸发器热管横向间距不小于100 mm，纵向间距不小于150 mm。一级中压蒸发器采用光管与大齿距翅片上下混合，往下每级翅片间距减少，保证热管正常使用寿命8年。

（2）壳体结构及保温

余热锅炉壳体高温段为热侧内保温与外保温结合、冷侧外保温，内保温采用耐热温度不低于1100℃轻质耐火材料加0Cr25Ni20衬板，用锚固拉杆固定，确保保温结构能在最高1050℃下可靠保温、不脱落。外保温层材料选择硅酸铝棉制品，外保护层采用0.7 mm彩钢板。壳体低温段为外保温。这样运行时当环境温度不高于25℃时，设备外表面温度不高于60℃。

（3）清灰系统

为减少积灰，余热锅炉采用击波吹灰器定期清灰，每组蒸发器从上至下设置4台吹灰器，实现正反吹扫，确保吹灰透彻且无死角。

（4）低压汽包兼一体化除氧器

除氧器应与余热锅炉匹配，并能满足余热锅炉大烟气量、高烟温时瞬时蒸发量大的特点。除氧器除氧水出力不小于20 t/h，水箱容积不小于30 m3。

3.2 项目主要技术创新点

3.2.1 新建一套“I”型布置的全热管换热器余热锅炉替代原先“L”型布置。这样可以彻底地清扫烟气管道，不易造成堵塞问题。

图2 汽水流程图

3.2.2 采用除氧器一体化设计，这样的效果不光是减少占地面积，而且减少水预热的能耗。具体工艺：自界区来的常温软化水送入一体化除氧器，除氧器内的除氧水经给水泵（变频控制）加压送入省煤器预热后送至中压汽包。热管蒸发器与汽包通过上升、下降管实现汽水循环并产生汽水混合物，汽水混合物通过汽包进行汽水分离后向外供汽。余热锅炉产生1.6 MPa的饱和蒸汽主要送入后续的蒸汽蓄热站，同时从蒸汽蓄热站设置一条除氧蒸汽旁路作备用。

水、汽流程示意图见图2。

3.2.3 本次改造每个蒸发器吹灰装置由2个增加至4个，加快了吹灰强度和速度，从而有效增加了换热面积，提高蒸汽量。

余热锅炉热管积灰严重：电炉烟气量大，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锅炉正常运行的关键。主要技术特点：冲击波吹灰器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。击波吹灰器原理图如图3所示。