Estado actual del aprovechamiento del calor residual
El ahorro de energía y la reducción del consumo son tareas estratégicas a largo plazo para las empresas metalúrgicas. Las empresas metalúrgicas producen una gran cantidad de gases residuales, aguas residuales y residuos que contienen calor disponible durante el proceso de producción, desde materias primas, coquización y sinterización hasta la fabricación de hierro, acero, fundición continua y laminado de acero. etapas intermedias que contienen energía disponible entre cada proceso y productos semiacabados. Recuperar y utilizar plenamente esta energía es uno de los signos de la modernización empresarial.
En el gasto de energía de varios hornos industriales, el calor residual de los gases de escape representa aproximadamente del 15 al 35%. Después de la purificación de estos gases de escape, es fácil de transportar y usar, no requiere eliminación de escoria. y eliminación de polvo después de la combustión, y no es fácil provocar energía de alta calidad para la contaminación ambiental. Si se puede proporcionar gas con el poder calorífico adecuado como energía de acuerdo con los requisitos del proceso, también ayudará a mejorar la calidad del producto. Sin embargo, debido a las estructuras de producción corporativa y la configuración de los hornos industriales, muchas empresas metalúrgicas de mi país todavía emiten grandes cantidades de gases residuales. Ésta es una razón importante del alto consumo de energía de las empresas. Los métodos de utilización del calor residual comúnmente utilizados en las empresas metalúrgicas incluyen: ① instalar un intercambiador de calor; ② instalar una caldera de calor residual después del intercambiador de calor; ③ vaporización y enfriamiento del tubo inferior del horno; El calor recuperado se utiliza principalmente para precalentar el aire de combustión, precalentar el gas y producir vapor. Para los hornos eléctricos, el precalentamiento de chatarra de acero o materiales de alimentación puede reducir el consumo de energía eléctrica del horno eléctrico y acortar el tiempo de fusión para calentar los hornos, precalentar el aire, el combustible o las piezas de trabajo y devolver el calor residual de los gases de combustión al horno; Estabilice la llama y mejore la eficiencia del combustible. La temperatura y la eficiencia de la combustión, así como la eficiencia térmica del horno.
Además de la alta temperatura de escape y la pequeña capacidad del intercambiador de calor, la razón de la mala recuperación del calor residual de los hornos industriales es que el calor sensible de los gases de combustión y el aire caliente no se preserva eficazmente, y la Los gases de combustión son causados por el viento frío que sale del horno, es aspirado, fugas de agua y aire del conducto subterráneo, un cortocircuito en el conducto de derivación y un aislamiento deficiente de la tubería hacen que la pérdida de calor de los gases de combustión frente al dispositivo de recuperación de la mayoría hornos hasta del 30 al 50%, y la pérdida de calor sensible del aire caliente de retorno es del 20% ~33. En respuesta a esta situación, se han propuesto una serie de medidas para reducir la temperatura de los humos del horno y un sistema de suministro de aire de extracción de humos que pueda preservar y recuperar completamente el calor residual para reducir las dos pérdidas de calor anteriores a aproximadamente 5 y 3 At respectivamente. Al mismo tiempo, varios intercambiadores de calor y dispositivos de combustión económicos y de alta eficiencia que pueden utilizar aire caliente completo. Después de la recuperación, la temperatura de la chimenea se puede reducir a 180-250 °C. No es necesario instalar un sistema costoso y de baja utilización. Caldera de calor residual, de modo que el calor residual del gas del horno pueda recuperarse del exterior del horno. Volviendo a la dirección de recuperación en el horno, es en esta situación que surge el nuevo concepto de "autorrecuperación total del calor residual". Se propone: primero, intentar reducir la temperatura del humo y el volumen de humo emitido por el horno, y reducir las pérdidas de calor en el proceso de recuperación de calor residual. Reducir y luego maximizar la recuperación de calor residual a través de un intercambiador de calor de alta eficiencia y enviarlo. todo al horno. (1) Gas residual de sinterización
En el proceso de producción de acero, el consumo de energía del proceso de sinterización representa aproximadamente el 10% del consumo total de energía, ocupando el segundo lugar después del proceso de fabricación de hierro. Del consumo total de energía en el proceso de sinterización, casi el 50% de la energía térmica se descarga a la atmósfera en forma de calor sensible de los gases de combustión de la máquina de sinterización y de los gases de escape más fríos, lo que no sólo desperdicia energía térmica sino que también contamina el medio ambiente. Dado que la temperatura de los gases de escape de sinterización no es alta, en el pasado no se prestaba suficiente atención a la recuperación y utilización de esta parte de la energía térmica. Pero, de hecho, queda mucho por hacer, porque el gas residual de sinterización no sólo es grande en cantidad, sino que también tiene una gran cantidad de calor que se puede recuperar. Sin embargo, el costo de inversión del dispositivo de recuperación de calor residual de sinterización es relativamente grande. Ya sea para implementar la recuperación de calor residual para la máquina de sinterización o para la máquina de enfriamiento, se requiere un análisis técnico y económico basado en la demanda de vapor de toda la planta antes de tomar una decisión. Los gases de escape más fríos son una fuente de calor de temperatura media-baja, y la tecnología de desarrollo de la parte de temperatura media (superior a 300 °C) es relativamente madura. Se utiliza como aire de apoyo a la combustión para encendedores o hornos de retención para producir vapor o. Calor residual para la generación de energía. La parte de baja temperatura (alrededor de 200°C, que representa aproximadamente 2/3 de los gases de escape) rara vez se utiliza debido a su baja eficiencia térmica.
(2) Gas de alto horno
El reciclaje de gas de alto horno es más importante que el reciclaje de otros gases residuales, porque implica el equilibrio de gas y combustible de las empresas metalúrgicas, reduciendo quema de petróleo, etc. Es una cuestión energética importante, por lo que es uno de los focos del reciclaje de calor y energía residual, y el proceso debe acelerarse. Para los complejos siderúrgicos, el objetivo debería ser trabajar duro para reducir la tasa de emisión de gas de alto horno, aumentar la cantidad de gas mezclado o utilizar tecnología de combustión de gas de bajo poder calorífico para utilizarlo en hornos de calentamiento rodantes para plantas de hierro independientes, alto; Los hornos deben construirse lo antes posible. Central eléctrica de gas.
El gas de alto horno es un combustible de poder calorífico ultrabajo y la presión de la fuente de gas es inestable. No es adecuado para el transporte a larga distancia ni para su uso como gas doméstico urbano. Es difícil de reciclar. sólo se puede utilizar para recalentar. Horno de coque calentado y horno de laminación con doble función de precalentamiento. Una forma común de convertir y utilizar gas de alto horno es quemarlo para generar electricidad.
La ampliación de los altos hornos ha duplicado la producción de gas de alto horno. Las unidades generadoras de parámetros medios y bajos que utilizan gas de alto horno ya no pueden satisfacer las necesidades en términos de capacidad de caldera y utilización de energía. El desarrollo de un grupo electrógeno de gas de alto horno totalmente encendido paramétrico de alta velocidad y gran capacidad es imperativo. En los últimos años, mi país ha trabajado mucho en el reciclaje del gas de altos hornos, pero la tasa de emisión sigue siendo alta. Mientras muchas empresas liberan grandes cantidades de gas de altos hornos, los hornos industriales y los equipos térmicos queman petróleo caro y carbón de alta calidad, lo que no sólo desperdicia energía y contamina el medio ambiente, sino que también aumenta los costos de producción. La medida fundamental para resolver el problema de las emisiones de gas es que las plantas siderúrgicas utilicen en general calderas de carbón y gas de doble uso como usuarios amortiguadores de gas.
Porque todas las empresas metalúrgicas tienen usuarios de calor (vapor) de cierta escala, y la combinación de calor y energía es una salida flexible y conveniente para el vapor de la caldera. De esta manera, el gas sobrante se convierte en vapor a través de la caldera, mientras se satisfacen las necesidades de calefacción, también se puede convertir parcialmente en electricidad para uso productivo según sea necesario y posible, aliviando así la tensa situación del consumo de electricidad en las empresas y reduciendo el consumo. Consumo de energía primaria de las empresas. Doble beneficio económico de ahorro de energía y reducción de costes.
El poder calorífico ultrabajo del gas de alto horno y su tendencia a la baja son las razones más importantes para limitar el uso de gas de alto horno. En 1965, el poder calorífico promedio del gas de altos hornos era de 4180 kJ/m3. Ahora, el poder calorífico del gas de altos hornos grandes en mi país ha disminuido a 3135 kJ/m3, y el de los altos hornos medianos y pequeños ha disminuido a 3340~3550. y 3760~3970kJ/m3 respectivamente. Sus temperaturas teóricas de combustión sin precalentamiento son 1236, 1290 y 1420°C respectivamente [4]. Con la mejora adicional de las condiciones de la materia prima del alto horno, el nivel del equipo y el nivel operativo, el poder calorífico del gas del alto horno será cada vez menor.
Las principales formas de resolver este problema son:
①Instale un intercambiador de calor en el conducto de humos de la estufa de aire caliente para precalentar el aire de combustión y el gas del alto horno, logrando así el propósito de mejorar la temperatura de combustión y la eficiencia térmica. Los gases de combustión de 200 ~ 300 ℃ pueden hacer que la temperatura de precalentamiento del aire de combustión alcance más de 150 ℃, y la temperatura de precalentamiento del gas de alto horno puede alcanzar más de 100 ℃.
② La combustión rica en oxígeno también es una de las medidas efectivas para aumentar la temperatura de combustión. Tomando como ejemplo el gas de alto horno con un poder calorífico de 3767 kJ/m3, si el contenido de oxígeno en el aire aumenta de 21 a 30, su temperatura de combustión teórica puede alcanzar unos 1900 °C, lo que equivale al efecto de un doble precalentamiento. aire y gas a 950°C. En empresas cualificadas, la combustión enriquecida con oxígeno es técnica y económicamente más ventajosa que instalar un intercambiador de calor.
(3) Gas convertidor
En comparación con la tasa de reciclaje de gas convertidor de casi 100 en los países avanzados, todavía existe una gran brecha en el nivel de utilización del gas convertidor en mi país. con una tasa de reciclaje de sólo 55 .
Dado que la producción del convertidor es cíclica, el calor residual de los gases de combustión descargados también es intermitente y periódico, por lo que la caldera de calor residual del convertidor solo puede generar vapor de forma intermitente. Para cambiar el suministro de gas intermitente a una fuente de gas continua y estable, lo cual es conveniente para los usuarios y la estabilidad de carga de la caldera de la fábrica metalúrgica del convertidor, se puede instalar un regenerador de vapor en el sistema de suministro de gas, que generalmente puede mejorar la caldera. eficiencia térmica de 3 a 5.
Una de las razones que afectan la recuperación del gas del convertidor es la existencia de factores inseguros en el proceso de recuperación del gas del convertidor. Esto está determinado por el proceso de recuperación del gas del convertidor y las características del propio gas del convertidor. Entre el gas de alto horno, el gas de coquería, el gas de producción, el gas natural y el gas de conversión, el gas de conversión es el más tóxico, con un contenido de CO de hasta 70. Además, la naturaleza de producción intermitente del gas convertidor hace que sean propensos a ocurrir accidentes durante el proceso de producción y aumenta la dificultad de reciclaje. Sin embargo, siempre que se comprendan las características y reglas de producción del gas convertidor y se tomen las medidas correspondientes, se podrá lograr una recuperación segura.
(4) Gases de combustión del horno eléctrico
En el equilibrio térmico del horno de arco eléctrico, el calor sensible de los gases de combustión generalmente representa el 20% del calor del horno eléctrico. . En la actualidad, la utilización del calor residual de los gases de combustión de los hornos de arco eléctrico no es popular en China.
Dos dispositivos comúnmente utilizados para reciclar los gases de combustión de los hornos eléctricos son los precalentadores de chatarra y las calderas de calor residual. Desde la perspectiva de la cantidad de energía recuperada por los dos, la caldera de calor residual recupera más energía térmica (2,5 veces más que la chatarra de acero precalentada), pero desde la perspectiva de la calidad de la energía, el método de precalentamiento de chatarra de acero es mayor; , precalentamiento del reciclaje de chatarra de acero El calor tiene más energía utilizable, mayor nivel de energía y mayor precio del calor desde la perspectiva del proceso de producción del equipo principal, el precalentamiento de chatarra de acero también es superior; Debido a que el propósito de la fabricación de acero con hornos eléctricos es fabricar acero, tiene amplios beneficios recuperar el calor residual de los gases de escape para precalentar la chatarra de acero.
(5) Gases de combustión de hornos de calefacción de laminación de acero
En la actualidad, la tasa promedio de recuperación de calor residual de los gases de combustión de los hornos de calefacción de laminación de acero de mi país es de 20 a 25. Los precios de las principales empresas metalúrgicas son ligeramente más altos, mientras que los de las pequeñas y medianas empresas locales son más bajos. La tasa de recuperación de calor residual del gas de combustión del horno de calentamiento de laminación de acero de Baosteel ha alcanzado más del 45% [10]. En 1992, la temperatura media del aire de combustión en 200 hornos de calentamiento de laminado de acero de 33 empresas metalúrgicas nacionales representativas había aumentado a 276°C, un aumento del 24,3% con respecto a 1985. Pero existe un gran potencial para aumentar aún más la temperatura de precalentamiento del aire de combustión.
El calor residual de los gases de combustión del horno de calentamiento de laminación de acero debe reciclarse y utilizarse paso a paso a medida que la temperatura de combustión aumenta de mayor a menor. Para gases de combustión de alta temperatura con una temperatura de descarga de 650 a 800 °C, se puede precalentar aire o gas a través de varios intercambiadores de calor. Después del intercambiador de calor, se pueden precalentar gases de combustión de temperatura media con una temperatura de aproximadamente 400 a 500 °C. Los residuos difíciles de recuperar se pueden recuperar aún más mediante el uso de tuberías de calor o calderas de calor residual. Según el nivel técnico actual de mi país, la temperatura óptima del humo descargado por la chimenea es de 150 a 180°C. Los países industrialmente avanzados (como Japón) han logrado que la temperatura del humo descargado por la chimenea sea inferior a 100°C.
A juzgar por el uso de intercambiadores de calor para hornos de calentamiento de laminación de acero en varias empresas metalúrgicas nacionales, en primer lugar, la mayoría de las empresas metalúrgicas han podido controlar y dominar los gases de combustión que se descargarán a una temperatura de combustión económica, lo que básicamente ha resuelto el problema de los gases de combustión. El problema es que la temperatura del gas que sale del horno es demasiado alta, en segundo lugar, la temperatura del aire precalentado es aproximadamente 100 ℃ más alta que en el pasado, alcanzando 400 ~ 500 ℃, y la eficiencia de temperatura es cercana a 60; en tercer lugar, el coeficiente de transferencia de calor integral del intercambiador de calor es generalmente de 20 W/(m2.K) o superior, y algunos alcanzan los 30 W/(m2.K). Bajo la condición de recuperar el mismo calor, el área de intercambio de calor y el volumen unitario del intercambiador de calor actual se reducen que en el pasado.