Топлообменникът за оползотворяване на топлината на котела дава възможност за пестене на енергия и намаляване на въглеродните емисии в стоманодобивната промишленост
Основно позициониране: Основната стойност на топлообменниците за възстановяване на топлината на котела
Производството на стомана не може да бъде отделено от поддръжката на различни видове котли, като доменни печки с горещо взривяване, газови котли за генериране на електроенергия, охладители със синтеров пръстен, коксови пещи и т.н. Това оборудване генерира голямо количество отпадна топлина при различни температурни нива по време на работа - от димни газове със средна и ниска температура при 100 градуса до димни газове с висока температура при 1050 градуса. Ако бъде изхвърлен директно, той не само причинява сериозни загуби на енергия, но също така влошава топлинното замърсяване на околната среда. Основната стойност на топлообменниците за оползотворяване на топлината на котлите се крие в изграждането на система със затворен -контур на „улавяне на отпадъчната топлина, ефективно повторно използване на топлообменна енергия“, точно съответстваща на характеристиките на отпадъчната топлина на котлите на стоманодобивните заводи, преобразувайки загубената отпадъчна топлина в използваема енергия като предварително загряване на въздуха за горене, загряване на захранваща вода за котела и генериране на пара, постигайки „превръщане на отпадъците в съкровище“. Неговата производителност директно определя ефективността на оползотворяването на отпадната топлина от котела и ефектите от -спестяване на енергия и намаляване на въглерода и е ключов мост, свързващ отпадната топлина от котела и повторното използване на енергията.
(1) Пестене на енергия и намаляване на потреблението, подобряване на ефективността на използване на енергията
В отпадъчната топлина, отделяна от котлите на стоманодобивния завод, топлината, пренасяна само от димните газове с висока температура, представлява повече от 40% от общото разсейване на топлината на оборудването. Висококачествените топлообменници за оползотворяване на топлината на котлите могат да постигнат ефективност на топлопреминаване от над 85%, което значително подобрява ефективността на използване на енергията. Например, след като димният газ от горещата доменна пещ е обработен от топлообменник, въздухът и газът могат да бъдат предварително загряти до 190-380 градуса, което значително намалява консумацията на гориво на горещата доменна пещ и спомага за подобряване на крайната енергийна ефективност на процеса на доменната пещ. Общата полза може да се увеличи с 2% -4%; След въвеждане на голям ротационен топлообменник в 2500 кубически метра доменна пещ на определено 10 милиона тона стоманодобивно предприятие, температурата на въздуха за горене се повиши от стайна температура до 380 градуса, ефективността на изгаряне на горивото на доменната пещ се увеличи с 12%, а коксовото съотношение намаля от 550 kg/t до 480 kg/t, постигайки значителна енергия спестявания. В същото време топлообменникът може да намали температурата на отработените газове на котела до 100-130 градуса, като избягва загубата на топлина и насърчава общото ниво на потребление на енергия на стоманодобивния завод, за да се доближи до стандарта за индустрията.
(2) Намаляване на разходите и повишаване на ефективността, повишаване на основната конкурентоспособност на предприятията
Енергийните разходи са важен компонент от производствените разходи на стоманодобивните предприятия. Топлообменниците за оползотворяване на топлината на котлите директно намаляват оперативните разходи за предприятията чрез намаляване на потреблението на закупено гориво и електроенергия, като същевременно намаляват инвестициите в експлоатация и поддръжка на оборудването, постигайки двойни печалби в ефективността. Вземайки доменната пещ от 1800 кубични метра на Qinggang като пример, с поддръжката на специален топлообменник за възстановяване на топлината, допълнително количество топлина може да бъде възстановено всяка година, еквивалентно на спестяване на 39,57 милиона стандартни кубични метра газ. В комбинация с намаляването на изтичането на въздух и спестяванията на газ, годишните ползи за-спестяване на енергия достигат 9,116 милиона юана. След приспадане на оперативните разходи, допълнителните ползи за-спестяване на енергия са около 8,91 милиона юана; 120-тонна конверторна работилница използва топлообменник със спираловидна ребра, който може да възстанови 12 милиона kcal топлина на пещ от стомана, еквивалентно на спестяване на 1,2 тона стандартни въглища. Годишното производство на електроенергия се увеличава с 18 милиона kWh, а цикълът на поддръжка на оборудването се намалява от 4 пъти годишно на 2 пъти, намалявайки разходите за поддръжка с 40%. За големите стоманодобивни предприятия цялостната топлообменна система за оползотворяване на топлината на котела може да намали разходите с милиони или дори десетки милиони юани годишно, като значително повишава конкурентоспособността на пазара на компанията.
(3) Намаляване на екологичния въглерод, подпомагане на ниско-въглеродната трансформация в индустрията
Съгласно целта за "двоен въглерод", стоманодобивната промишленост е изправена пред строги изисквания за намаляване на емисиите. Топлообменниците за оползотворяване на топлината на котлите могат ефективно да намалят потреблението на енергия като въглища и природен газ чрез възстановяване на отпадната топлина вместо изгаряне на изкопаеми горива, като по този начин намаляват емисиите на замърсители като въглероден диоксид, серен диоксид и азотни оксиди. Според изчисленията, за всеки 1GJ оползотворена отпадна топлина могат да бъдат намалени приблизително 80-100kg емисии на въглероден диоксид; Вземайки стоманодобивно предприятие с производствен капацитет от 5 милиона тона като пример, с помощта на топлообменници за оползотворяване на топлина от котли, 26 000 тона въглероден диоксид, 750 тона серен диоксид и 375 тона азотни оксиди могат да бъдат намалени годишно. Shiheng Special Steel възстановява отпадъчната топлина от суровия въглищен газ чрез топлообменник на коксовата пещ, постигайки множество предимства от намаляване на консумацията на енергия при коксуване и контролиране на емисиите на замърсители. Проектът за съвместно производство на закалена стомана за намаляване и фиксиране на въглерода намалява въглеродните емисии с 300 000 тона годишно и е признат за „типичен случай на въглеродна неутралност“ от Министерството на екологията и околната среда; След внедряването на различни топлообменници за възстановяване на топлината по време на целия процес, водещо стоманодобивно предприятие намали емисиите на въглероден диоксид с 850 000 тона годишно и създаде икономически ползи от над 230 милиона юана, демонстрирайки напълно нисковъглеродната стойност на топлообменниците.
Основни типове и технически характеристики: Подходящи за сценарии с множество котли в стоманодобивни заводи
Има различни типове котли в стоманодобивните заводи със значителни разлики в характеристиките на отпадната топлина - температури, вариращи от 100 градуса C до 1050 градуса C, и сложен състав на димните газове (включително сяра, хлор, прах и др.). Съответните топлообменници за оползотворяване на топлината на котлите също показват диференцирани типове, като ядрото се върти около "каскадно използване, прецизен топлообмен", адаптиране към различни сценарии на котли и качество на отпадната топлина, постигане на максимално използване на ресурсите на отпадна топлина и решаване на болезнени точки като корозия, натрупване на пепел и влошаване на производителността на традиционното оборудване.
(1) Основни типове топлообменници и технологични предимства
1. Двоен топлообменник за предварително нагряване с интелигентен контрол на температурата: Използвайки термично масло като топлинна среда, е изградена топлообменна система от "димни газове термално масло въздух/газ", състояща се от топлообменник на димни газове, въздушен топлообменник, газов топлообменник и интелигентна система за управление, подходяща главно за ниско{1}}температурно оползотворяване на отпадната топлина от димни газове на пещ с горещо взривяване и котел за генериране на газова енергия. Неговото основно предимство е фундаментално решаване на проблема с корозията при киселинна точка на оросяване при ниска-температура, облекчаване на феномена на натрупване на пепел и експлоатационният живот на оборудването може да достигне повече от 10 години, далеч надвишавайки експлоатационния живот на традиционните топлообменници с пластини и топлинни тръби с 3-5 години. При нормални работни условия, отпадъчната топлина при температура на входа на димния газ от 280 градуса може да бъде възстановена за предварително загряване на газа и въздуха до температура от 190 градуса; Когато температурата на входа на димния газ е 330 градуса, температурата на предварително загряване може да бъде увеличена до 230 градуса, а температурата на отработените газове може да бъде намалена до под 130 градуса, с минимум 100 градуса.
2. High temperature sleeve heat exchanger: Designed for high temperature conditions, the upper limit of the working temperature of the hot fluid reaches 1050 ℃, breaking through the bottleneck of conventional heat exchangers in handling high temperature media. Adopting a "radiation+convection" composite heat transfer mode, the high-temperature section (>750 градуса ) използва модул за радиационен топлопренос тип ръкав за пренос на топлинна енергия чрез радиационните характеристики на димния газ, избягвайки повреда от топлинен стрес; Когато температурата падне под 750 градуса, превключете към режим на конвективен топлопренос, съчетан с предимството на високо-ефективното топлопренасяне на пластинчатите топлообменници, коефициентът на топлопреминаване може да достигне 3500 W/(m² · K), а отпечатъкът на оборудването е намален с повече от 40% в сравнение с традиционните решения [2]. След обновяването на 2000m ³ доменна пещ в определен стоманодобивен завод, ефективността на чувствителното рекуперация на топлина се увеличи с 22%, спестявайки 12000 тона стандартни въглища годишно.
3. Тръбен топлообменник: Един от най-широко използваните типове, сърцевината е съставена от множество метални тръби, устойчиви на висока-температура (като неръждаема стомана 310S, сплав Inconel и др.). Димният газ с висока температура протича извън тръбния сноп, а средата, която трябва да се нагрее, циркулира вътре в тръбата, постигайки пренос на топлина през топлопроводимостта на стената на тръбата. Структурата е здрава, способна да издържа на високи температури и налягания от 800-1200 градуса, лесна за почистване и поддръжка и подходяща за среди с димни газове с високо съдържание на прах, като доменни пещи и конвертори в стоманодобивни заводи. 120-тонният преобразувател на специално стоманено предприятие използва топлообменник със спираловидна ребра с площ от 3200 квадратни метра. Ребрата са изработени от материал от сплав от никел и хром с температурна устойчивост от 850 градуса, ефективно издържащи на високотемпературна корозия и намаляващи температурата на димните газове от 800 градуса до 280 градуса. Ефектът от оползотворяване на отпадната топлина е значителен.
4. Пластинчат топлообменник: Използвайки гофрирани метални плочи като топлообменни елементи, между плочите се образуват тесни канали и димните газове с висока-температура протичат в обратна посока на средата, която трябва да се нагрее. Площта на топлопредаване е голяма и ефективността е висока, което е с 10% -30% по-високо от традиционните тръбни топлообменници. Компактният обем е подходящ за сценарии с ограничено пространство. За високотемпературния димен газ от 650 градуса в пещта за нагряване на стомана, пластинчатият топлообменник против пепел приема специален дизайн на пластини и е оборудван с автоматична система за почистване на пепелта, която може да използва топлината на димния газ за предварително загряване на въздуха за горене и охлаждащата вода на валцовата мелница, намалявайки разхода на гориво на нагряващата пещ с 10%.
5. Спомагателни топлообменници: включително економайзери, въздушни подгреватели, топлообменници с топлинни тръби и т.н., използвани главно за оползотворяване на отпадъчната топлина при средна и ниска температура (температура<500 ℃). Economizer recovers waste heat from boiler exhaust to heat water and reduce boiler energy consumption; Preheat the combustion air with an air preheater to improve combustion efficiency; Heat pipe heat exchangers have extremely strong thermal conductivity, dozens of times that of traditional metals, and can efficiently transfer heat at small temperature differences. They are suitable for the recovery of medium and low temperature waste heat such as blast furnace gas and sintering flue gas, but need to solve the problems of traditional heat pipe overheating and bursting, and annual performance degradation of 5%.
Тенденции в индустрията и перспективи за развитие
С популяризирането на националния „Специален план за действие за енергоспестяване и намаляване на въглеродните емисии в стоманодобивната промишленост“ до края на 2025 г. потреблението на енергия за единица продукт от доменни пещи и конвертори в стоманодобивната промишленост ще бъде намалено с повече от 1% в сравнение с 2023 г., а цялостното потребление на енергия на тон стомана ще бъде намалено с повече от 2%. Топлообменниците за възстановяване на топлината на котлите, като основно оборудване за пестене на енергия и намаляване на въглеродните емисии, ще въведат по-широко пространство за развитие. Въз основа на нуждите от развитие на индустрията и насоките за технологични иновации, в бъдеще ще има три основни тенденции за развитие на топлообменниците за възстановяване на топлината на котлите.
Единият е надграждането на технологичния интелект, интегриране на нови технологии като AI, дигитални близнаци и Интернет на нещата за постигане на наблюдение в реално-време, прецизно регулиране и предупреждение за неизправности на работния статус на топлообменниците, допълнително подобряване на ефективността на топлообмена и намаляване на разходите за експлоатация и поддръжка; В същото време разработването на адаптивни топлообменници може автоматично да регулира работните параметри въз основа на колебания в температурата на отпадната топлина и дебита, като се адаптира към сложни сценарии за отпадна топлина в стоманодобивните заводи.
Втората е материална и структурна иновация, използваща по-модерни устойчиви на висока-температура и корозия-сплавни материали, като INCONEL 625, неръждаема стомана 310S и др., за подобряване на стабилността на топлообменника при висока температура, силна корозия и среда с голямо количество прах; Оптимизирайте структурния дизайн на топлообменниците, разработете компактни и ефективни топлообменници, намалете отпечатъка и подобрете използването на пространството, като например намаляване на отпечатъка на високо-температурните ръкавни топлообменници с повече от 40% в сравнение с традиционните решения.
Третото е разработването на системна интеграция, която съчетава топлообменници за оползотворяване на топлина от котли със системи за оползотворяване на газ, парен цикъл и системи за съхранение на енергия, за да се изгради интегрирана система за рециклиране на енергия, да се повиши енергийната самодостатъчност на предприятието и да се справи с колебанията в цените на електроенергията и рисковете за доставка на енергия; В същото време комбиниране на нови технологии за топене като водородна металургия, оптимизиране на дизайна на топлообменника, адаптиране към нови структури на топлинни източници и насърчаване на стоманодобивната промишленост да премине от „спестяване на енергия и намаляване на въглерода“ към „нулеви въглеродни емисии“.
В допълнение, с непрекъснатото подобряване на индустриалните стандарти, като насърчаването на индустриалните стандарти за оползотворяване на отпадъчната топлина от газ от коксовата пещ, прилагането на топлообменници за оползотворяване на топлина от котли ще бъде по-стандартизирано и стандартизирано, насърчавайки общото ниво на енергийна ефективност на индустрията. Според националния капацитет за производство на желязо от 1 милиард тона, ако усъвършенстваните топлообменници за оползотворяване на топлината на котлите се насърчават изцяло, това може да спести около 4,8 милиарда юана разходи и да намали емисиите на въглероден диоксид с 5,2 милиона тона годишно, със значителни икономически и екологични ползи.
