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        電爐煙氣余熱回收應(yīng)用現(xiàn)狀及改造

        2018-05-18 09:04:11張莉莉牛廣奔
        冶金動(dòng)力 2018年6期
        關(guān)鍵詞:煙氣

        張莉莉,牛廣奔,楊 娟

        (山東鋼鐵股份有限公司特鋼事業(yè)部,山東萊蕪271104)

        前言

        電爐煉鋼過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的高溫含塵煙氣(約1000~1400℃),其煙氣顯熱占電爐煉鋼總能耗的10%以上。為降低能耗,實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化利用,同時(shí)滿足大氣污染物排放要求,通常采用余熱回收系統(tǒng)來(lái)回收高溫?zé)煔庥酂幔a(chǎn)生蒸汽滿足生產(chǎn)和生活的需要。

        萊鋼特鋼事業(yè)部50 t電爐原有一套余熱回收系統(tǒng),由于投運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng),余熱鍋爐的效率下降,產(chǎn)汽能力下降,排煙溫度升高,熱量利用不徹底,還需要啟動(dòng)燃?xì)忮仩t補(bǔ)充蒸汽。同時(shí)為了保護(hù)布袋除塵器,低溫?zé)煹阑祜L(fēng)閥長(zhǎng)開,導(dǎo)致除塵抽力下降,影響到了除塵效果,通過(guò)本次改造,解決這些問(wèn)題。

        1 工藝概況

        特鋼事業(yè)部電爐余熱回收系統(tǒng)是通過(guò)電爐第四孔將1200℃左右高溫?zé)煔鈴臒煹牢?,通過(guò)移動(dòng)水冷煙道,垂直煙道、水平煙道,進(jìn)入燃燒沉降室,CO等可燃物燃燒大顆粒沉降后,溫度降至800℃左右。煙氣通過(guò)高溫?zé)煹肋M(jìn)入熱管式余熱鍋爐,經(jīng)熱交換降到150℃左右,通過(guò)管道進(jìn)入除塵器凈化,由風(fēng)機(jī)排入大氣。余熱鍋爐產(chǎn)生200℃飽和蒸汽,送入蓄熱器,主要供煉鋼VD爐生產(chǎn)用汽。

        50 t電爐工藝參數(shù)如下:

        公稱容量:50 t;

        平均出鋼量:48 t/爐;

        最大出鋼量:52 t/爐;

        吹氧壓力:1.5~1.7 MPa;

        耗氧量:60 m3/t;

        吹氧時(shí)間:27 min;

        冶煉時(shí)間:44~48 min;

        鐵水熱裝:70%~80%。

        電弧爐煙氣特點(diǎn)

        (1)間歇性、波動(dòng)性。電弧爐在冶煉過(guò)程中,排放出的煙氣流量、溫度、含塵量在不斷地變化,呈現(xiàn)周期性波動(dòng)。氧化期的煙氣溫度最高,流量最大,含塵量最多;在出鋼期的煙氣溫度最低,流量最小,含塵量最小。

        (2)煙氣中粉塵濃度大,粒徑小。煙塵含量一般在 8~15 g/m3,最大達(dá)到 30 mg/m3;煙塵粒度小,粒徑分布在0~30 μm范圍內(nèi),吸附力大。

        煙氣中粉塵的特點(diǎn):輕、細(xì)、90%的粉塵直徑小于 30 μm,含粉塵量:5 g/m3。

        粉塵的主要組成:Fe2O3(52.8%)、FeO(0.6%)、Fe(37.39%)、CaO(13.2%)、Al2O3(5.8%)、MgO(6.25%)、SiO2(10.64%)。

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

        電弧爐爐氣發(fā)生量:

        熔化期煙氣平均溫度600℃,耗時(shí)15 min。

        氧化還原期煙氣最高溫度800℃,耗時(shí)21 min。

        煙氣體積流量為70000 m3/h。

        2 存在問(wèn)題

        (1)設(shè)備已經(jīng)運(yùn)行10年,超期運(yùn)行,無(wú)法保證設(shè)備正常運(yùn)行。

        (2)一級(jí)蒸發(fā)器入口設(shè)計(jì)溫度800℃,運(yùn)行時(shí)很難控制入口溫度,雖然有混風(fēng)閥進(jìn)行混風(fēng)降溫,經(jīng)常造成入口溫度超上限運(yùn)行,造成一級(jí)蒸發(fā)器部分熱管爆裂,熱能浪費(fèi),降低了系統(tǒng)的除塵能力。

        (3)余熱鍋爐設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)電爐四孔煙氣量考慮不周,鍋爐設(shè)計(jì)換熱面積偏小,造成熱管積灰多,出口溫度長(zhǎng)期運(yùn)行在190~220℃,產(chǎn)汽低,最大8 t/h,除塵布袋消耗大。

        (4)省煤器灰斗的不規(guī)范設(shè)計(jì),及煙氣中大量水蒸汽的存在,經(jīng)常造成其灰斗的出灰閥堵塞,影響設(shè)備運(yùn)行而采取的臨時(shí)措施,又造成現(xiàn)場(chǎng)灰塵的堆積。

        (5)省煤器及沖擊波在線清灰系統(tǒng)已出現(xiàn)設(shè)備老化。省煤器水側(cè)管路已出現(xiàn)多次漏水,一旦漏水進(jìn)入煙氣側(cè),將會(huì)造成系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間的停產(chǎn)。

        3 改造方案

        3.1 系統(tǒng)組成

        余熱鍋爐主要利用電爐冶煉高溫?zé)煔鈸Q熱生產(chǎn)蒸汽并提供給VD爐生產(chǎn)使用,同時(shí)高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)余熱鍋爐后煙氣溫度降到180℃以下,再通過(guò)尾部煙道進(jìn)入布袋除塵器凈化,凈化后煙氣經(jīng)風(fēng)機(jī)由煙囪排入高空大氣中。其工藝流程見(jiàn)圖1。

        圖1 系統(tǒng)工藝流程示意圖

        3.2 主要改造組成

        余熱鍋爐本體(含汽包、中、低壓蒸發(fā)器、中壓省煤器、灰斗及本體支撐鋼結(jié)構(gòu))、擊波清灰裝置、鍋爐給水泵、爐內(nèi)加藥裝置、除氧器、排污擴(kuò)容器等。

        3.3 主要改造部件的描述

        (1)蒸發(fā)器

        中壓蒸發(fā)器級(jí)數(shù)應(yīng)不少于4級(jí),低壓蒸發(fā)器(除氧用)1級(jí)。蒸發(fā)器集箱材質(zhì)采用20鋼,蒸發(fā)器全部采用熱管形式。

        蒸發(fā)器熱管橫向間距不小于100 mm,縱向間距不小于150 mm。一級(jí)中壓蒸發(fā)器采用光管與大齒距翅片上下混合,往下每級(jí)翅片間距減少,保證熱管正常使用壽命8年。

        (2)殼體結(jié)構(gòu)及保溫

        余熱鍋爐殼體高溫段為熱側(cè)內(nèi)保溫與外保溫結(jié)合、冷側(cè)外保溫,內(nèi)保溫采用耐熱溫度不低于1100℃輕質(zhì)耐火材料加0Cr25Ni20襯板,用錨固拉桿固定,確保保溫結(jié)構(gòu)能在最高1050℃下可靠保溫、不脫落。外保溫層材料選擇硅酸鋁棉制品,外保護(hù)層采用0.7 mm彩鋼板。殼體低溫段為外保溫。這樣運(yùn)行時(shí)當(dāng)環(huán)境溫度不高于25℃時(shí),設(shè)備外表面溫度不高于60℃。

        (3)清灰系統(tǒng)

        為減少積灰,余熱鍋爐采用擊波吹灰器定期清灰,每組蒸發(fā)器從上至下設(shè)置4臺(tái)吹灰器,實(shí)現(xiàn)正反吹掃,確保吹灰透徹且無(wú)死角。

        (4)低壓汽包兼一體化除氧器

        除氧器應(yīng)與余熱鍋爐匹配,并能滿足余熱鍋爐大煙氣量、高煙溫時(shí)瞬時(shí)蒸發(fā)量大的特點(diǎn)。除氧器除氧水出力不小于20 t/h,水箱容積不小于30 m3。

        3.2 項(xiàng)目主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

        3.2.1 新建一套“I”型布置的全熱管換熱器余熱鍋爐替代原先“L”型布置。這樣可以徹底地清掃煙氣管道,不易造成堵塞問(wèn)題。

        圖2 汽水流程圖

        3.2.2 采用除氧器一體化設(shè)計(jì),這樣的效果不光是減少占地面積,而且減少水預(yù)熱的能耗。具體工藝:自界區(qū)來(lái)的常溫軟化水送入一體化除氧器,除氧器內(nèi)的除氧水經(jīng)給水泵(變頻控制)加壓送入省煤器預(yù)熱后送至中壓汽包。熱管蒸發(fā)器與汽包通過(guò)上升、下降管實(shí)現(xiàn)汽水循環(huán)并產(chǎn)生汽水混合物,汽水混合物通過(guò)汽包進(jìn)行汽水分離后向外供汽。余熱鍋爐產(chǎn)生1.6 MPa的飽和蒸汽主要送入后續(xù)的蒸汽蓄熱站,同時(shí)從蒸汽蓄熱站設(shè)置一條除氧蒸汽旁路作備用。

        水、汽流程示意圖見(jiàn)圖2。

        3.2.3 本次改造每個(gè)蒸發(fā)器吹灰裝置由2個(gè)增加至4個(gè),加快了吹灰強(qiáng)度和速度,從而有效增加了換熱面積,提高蒸汽量。

        余熱鍋爐熱管積灰嚴(yán)重:電爐煙氣量大,灰塵多,帶有電荷,易吸附,熱管容易堵塞,因此解決在線熱管清灰問(wèn)題是保證鍋爐正常運(yùn)行的關(guān)鍵。主要技術(shù)特點(diǎn):沖擊波吹灰器工作原理是將空氣和可燃?xì)獍匆欢ū壤旌希?jīng)高能點(diǎn)火后在沖擊波發(fā)生器內(nèi)形成可控強(qiáng)度的沖擊波,沖擊動(dòng)能吹掃受熱面的同時(shí)伴有高聲強(qiáng)聲波震蕩和熱清洗作用,以達(dá)到吹除積灰保證受熱面清潔,提高傳熱效率,恢復(fù)鍋爐出力的目的。擊波吹灰器原理圖如圖3所示。

        圖3 擊波吹灰器原理圖

        4 應(yīng)用效果

        4.1 出口溫度

        省煤器出口溫度已由當(dāng)初的180~230℃降為目前的140~200℃,除塵器出口溫度符合要求。

        4.2 蒸汽量

        改造投入使用后,蒸汽量是16 t/h,是改造前的2倍,除去給VD爐的供給,余下的蒸汽用于職工的洗浴,非常經(jīng)濟(jì)。

        5 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

        如果利用燃?xì)忮仩t 供應(yīng)VD爐生產(chǎn),目前燃?xì)忮仩t煤氣消耗為2300 m3/h,煤氣熱值13GJ/103m3,按每年作業(yè)時(shí)間按照330天計(jì),每年可節(jié)約煤氣消耗費(fèi)用:

        2300m3/h×13GJ/103m3×39.6 元/GJ×24h×330 天=937.75萬(wàn)元

        投資回收期:1050/937.75=1.12(年)。

        6 結(jié)束語(yǔ)

        熱試以來(lái),已經(jīng)成功利用蒸汽通過(guò)VD真空爐生產(chǎn)軸承鋼5批次59爐,最多一次連續(xù)生產(chǎn)軸承鋼26爐,全部取得成功。完全達(dá)到蒸汽供VD生產(chǎn)各種鋼種和區(qū)域生活及取暖用汽,達(dá)到設(shè)計(jì)能力,實(shí)現(xiàn)了除塵煙氣熱量的循環(huán)再利用和清潔生產(chǎn),帶來(lái)了較好社會(huì)效應(yīng)。

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