電爐煙氣全余熱回收裝置

摘要:針對電爐煙氣冷卻中存在的部分余熱沒有回收、除塵負荷大、蒸汽壓力低、利用困難等問題，中冶賽迪集團有限公司開發(fā)了電爐煙氣全余熱回收裝置，該裝置能夠回收電爐煙氣約2100～250℃全部余熱，且具有合適的過剩空氣系數(shù)、沉降效率高、蒸汽壓力高、鍋爐壽命等優(yōu)勢。該裝置在110t電爐上進行了工程示范和測試驗證，測試結果顯示列管余熱鍋爐出口煙溫低于250℃，沉降室沉降效率大于94%，達到了預期指標。

在電爐冶煉的過程中，要產生大量的高溫煙氣，其最高溫度可達2100℃，含塵量高，且所含氧化鐵塵具有工業(yè)回收價值。高溫含塵煙氣攜帶的熱量約為電爐輸入總能量的11%，有的甚至高達20%。這些高溫煙氣不僅帶走大量的熱，而且給電爐的除塵系統(tǒng)帶來了巨大的負擔，不但降低了氧化鐵塵的回收率，而且造成了嚴重的污染問題。隨著鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，電爐煉鋼的鐵水比例逐漸上升，有的甚至超過了30%。鐵水比例的升高，引起電爐煉鋼煙氣量增加、熱量浪費和除塵問題的日趨嚴重[1-2]。如何將這部分高溫煙氣中的顯熱充分地回收，變“廢”為寶，使之轉化為熱能，并使得電爐煙氣更加穩(wěn)定，為高效除塵創(chuàng)造條件，從而降低除塵系統(tǒng)運行成本和企業(yè)的生產成本，這是電爐煉鋼企業(yè)必須重視的問題。中冶賽迪集團有限公司研發(fā)中心(以下簡稱中冶賽迪)從2010年開始了電爐煙氣全余熱回收裝置的研究，從提高余熱回收量、煙塵沉降效率、鍋爐的壓力及使用壽命3個角度進行研發(fā)，從而降低電爐的噸鋼能耗。2013年6月該裝置在江蘇聯(lián)峰能源裝備有限公司(以下簡稱永鋼)110t電爐成功投運，并對裝置出口煙氣溫度、噸鋼回收蒸汽量等關鍵參數(shù)進行了現(xiàn)場測試，測試結果顯示裝置達到了預期指標。

1電爐煙氣冷卻方式現(xiàn)狀

目前電爐煙氣冷卻的方式有水冷+機力風冷、廢鋼預熱+水冷、水冷+熱管余熱鍋爐等幾種。

1.1水冷+機力風冷

水冷+機力風冷系統(tǒng)的流程見圖1。電爐第四孔出口的高溫煙氣進入水冷煙道，同時，混入從電爐四孔水冷彎頭和水冷滑套間的縫隙吸入的空氣，進行燃燒，之后進入燃燒沉降室，在燃燒沉降室進行燃燒和灰塵沉降后，從燃燒沉降室出來的高溫煙氣經過水冷煙道冷卻到600℃左右，進入機力風冷器，冷卻后的煙氣與電爐密閉罩的除塵煙氣混合降溫后進入布袋除塵器除塵，之后通過風機、消聲器，從煙囪排出。

目前國內外有大量電爐煙氣采用水冷方式的案例。例如2006年投產的太原鋼鐵(集團)有限公司1座160t電爐，2009年投產的日本新日鐵1座100t電爐，2009年投產的印度EASSR公司2座180t電爐，均采用了水冷煙道冷卻煙氣的方式[3]。水冷煙道具有一次投資少、技術可靠、運行穩(wěn)定的特點，所以目前還在大量應用。該方式最大的弊端就是煙氣中大量的顯熱無法被利用，浪費了能源，增加了冷卻水的消耗量，同時工業(yè)水的循環(huán)又消耗大量的電能。

1.2廢鋼預熱+水冷

電爐煙氣冷卻的另一種方案為廢鋼預熱+水冷。先利用電爐煙氣預熱廢鋼，之后800～500℃的高溫煙氣再經過燃燒沉降室、噴霧冷卻器冷卻后進入布袋除塵器，其后續(xù)工藝和水冷+機力風冷相同[4]。

因此該種方式也存在較大部分煙氣余熱未利用，噴入大量冷水，增加除塵負荷等問題。同時該技術在二惡英排放、廢鋼預熱效果等方面仍存在問題。

1.3水冷+熱管余熱鍋爐

該方案中，機力風冷器前流程與水冷+機力風冷相同，僅以熱管余熱鍋爐替代機力風冷器，將原來通過機力風冷器排放到大氣中的余熱加以回收利用，產生蒸汽[5]。2006年投產的山鋼集團萊蕪鋼鐵集團有限公司50t電爐余熱回收系統(tǒng)便屬于該種形式。

該方案的缺點主要是在建設余熱鍋爐系統(tǒng)時，仍需建設龐大的水冷系統(tǒng)，回收的熱量有限，僅回收部分(約800～250℃)的煙氣余熱。另一個問題是熱管余熱鍋爐的換熱效率隨時間下降很快。某鋼廠100t電爐余熱鍋爐采用熱管形式，投產初期冶煉期內蒸汽回收量8t/h，3年左右下降到3.5t/h。同時由于常用的碳鋼-水重力熱管本身結構的原因，溫度過高會引起其內部H2的積累，熱管鍋爐進口溫度一般要求低于850℃。這樣使得熱管余熱鍋爐的壓力很難提高，一般情況下其出口蒸汽壓力小于2.0MPa，蒸汽的利用較為困難。