導(dǎo)讀：余熱余能技術(shù)是一項(xiàng)重要資源綜合利用技術(shù)，其對(duì)于節(jié)約資源、改善環(huán)境狀況、提高經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)優(yōu)化配置和可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義，其中鋼鐵企業(yè)電爐余熱回收技術(shù)研究近年來(lái)備受行業(yè)關(guān)注。2011年貴陽(yáng)鋼廠康斯迪電爐成功進(jìn)行了煙氣余熱回收系統(tǒng)的改造。
某鋼廠電爐2000年建成投產(chǎn)，2005年經(jīng)過(guò)工藝改造，入爐鐵水比例由過(guò)去的15％提高到90％左右，電爐產(chǎn)能由每年60萬(wàn)t擴(kuò)大到110萬(wàn)t。電爐在冶煉鋼水的同時(shí)，產(chǎn)生約200000m3／h電爐高溫?zé)煔猓瑪y帶大量余熱資源。除少量煙氣余熱通過(guò)預(yù)熱廢鋼的方式得到利用外，仍有350～800℃的煙氣經(jīng)過(guò)燃燒沉降室后，通過(guò)直接水冷方式進(jìn)行冷卻，將煙氣溫度降至300℃以下；降溫后的煙氣與來(lái)自屋頂大罩的低溫?zé)煔饣旌希篃煔鉁囟壤^續(xù)降到180℃以下；同時(shí)在進(jìn)高溫布袋除塵器前段的煙氣總管上設(shè)有事故混風(fēng)閥，在煙氣超溫時(shí)及時(shí)開(kāi)啟繼續(xù)降低煙氣溫度，以保護(hù)布袋除塵器的運(yùn)行安全。滿足溫度要求的煙氣最后進(jìn)入布袋式除塵器中凈化后經(jīng)引風(fēng)機(jī)送入煙囪排放。現(xiàn)有電爐煙氣冷卻方式不僅導(dǎo)致大量電爐煙氣余熱資源浪費(fèi)，同時(shí)冷卻系統(tǒng)新增電力消耗，導(dǎo)致能源浪費(fèi)。
另外，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)為進(jìn)一步降低電爐煉鋼成本，電爐工序普遍出現(xiàn)鐵水兌廢鋼冶煉模式，且鐵水比例可高達(dá)70％左右，呈現(xiàn)電爐設(shè)備“轉(zhuǎn)爐化”的趨勢(shì)。隨著電爐入爐鐵水比例增加，所產(chǎn)生的煙氣溫度、流量及含塵量相對(duì)原來(lái)設(shè)計(jì)負(fù)荷有很大變化，原有除塵系統(tǒng)基本滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)行，增加了環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的難題。
1、技術(shù)改造方案分析
1.1存在問(wèn)題分析
電爐生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)決定了煙氣溫度和流量均具有較大的周期波動(dòng)性，同時(shí)電爐煙氣含塵特點(diǎn)對(duì)后續(xù)余熱回收設(shè)備的布置和結(jié)構(gòu)形式的要求很高。一方面吹氧冶煉期間煙氣流量大、溫度最高，此時(shí)煙氣對(duì)余熱鍋爐的換熱管束的熱沖擊和磨損沖刷最大，鍋爐的結(jié)構(gòu)形式要適應(yīng)由于煙氣的波動(dòng)所帶來(lái)的熱應(yīng)力的影響。另一方面出鋼期間煙氣溫度低、流量最小，煙氣流速降低，鍋爐受熱面積灰趨勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)重，影響了下一個(gè)煉鋼周期鍋爐傳熱效率，排煙溫度就會(huì)逐漸上升，繼而影響了后續(xù)除塵設(shè)備的運(yùn)行。因此鍋爐的選型和針對(duì)性的設(shè)計(jì)尤為重要。
同時(shí)，由于電爐冶煉條件與最初設(shè)計(jì)條件已發(fā)生很大變化，因此煙氣量、含塵量及煙氣溫度與設(shè)計(jì)參數(shù)已大為不同，此方面需要對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行理論分析和測(cè)試驗(yàn)證分析。
1.2主要技術(shù)方案內(nèi)容
根據(jù)電爐的工藝特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)空間場(chǎng)地的擺放、煙氣系統(tǒng)阻力以及灰分等的綜合考量，經(jīng)過(guò)反復(fù)設(shè)計(jì)比較，最終選擇采用輻射水冷沉降除塵與對(duì)流換熱相結(jié)合的技術(shù)方案，主要設(shè)備包括水冷沉降室、高溫蒸發(fā)器、過(guò)熱器、中低溫蒸發(fā)器、省煤器、加熱器及相關(guān)系統(tǒng)。
（1）煙氣余熱回收系統(tǒng)設(shè)置
首先在現(xiàn)有的二燃室出口前方設(shè)計(jì)一組輻射水壁沉降段，后續(xù)經(jīng)過(guò)90°轉(zhuǎn)角后在原有煙氣管線下方設(shè)計(jì)一組對(duì)流換熱段。在第一組受熱面中采用輻射水冷壁組件可將通過(guò)二燃室出來(lái)的高溫?zé)煔獾臏囟冗M(jìn)行初步整合，同時(shí)降低煙氣流速來(lái)完成煙氣中大的粉塵顆粒的初步沉降，以減輕后續(xù)鍋爐和除塵裝置的負(fù)荷，同時(shí)將煙氣中未充分燃燒的煤氣在沉降室繼續(xù)反應(yīng)燃燒徹底，以避免給后續(xù)設(shè)備或裝置帶來(lái)爆炸破壞影響，起到對(duì)高溫?zé)煔庀鞣宓淖饔谩?br />
煙氣經(jīng)水冷沉降室后進(jìn)入余熱鍋爐，余熱鍋爐本體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用臥式布置，高溫?zé)煔庖来谓?jīng)過(guò)高溫蒸發(fā)器、過(guò)熱器、中低溫蒸發(fā)器、省煤器、換熱器（耐低溫露點(diǎn)腐蝕），最后排出的煙氣再經(jīng)除塵器凈化后排往大氣。
（2）帶蓄熱器的蒸汽回收系統(tǒng)
由于電爐為周期性間斷吹煉，因此在蒸汽系統(tǒng)中增設(shè)了2臺(tái)蓄熱器，其作用是將余熱鍋爐產(chǎn)生的周期性波動(dòng)的蒸汽，通過(guò)蓄熱器的調(diào)節(jié)，能連續(xù)而穩(wěn)定地向外供汽，使蒸汽得到最大限度的回收和利用。
通過(guò)余熱鍋爐可產(chǎn)生1暢6MPa飽和蒸汽，經(jīng)蓄熱器后，供給出1暢1MPa飽和蒸汽回至鍋爐本體的過(guò)熱器實(shí)現(xiàn)基本穩(wěn)定輸出，蒸汽經(jīng)過(guò)熱后可達(dá)到260～350℃并入主蒸汽管網(wǎng)。
2、改造節(jié)能效果分析
（1）余熱回收效益分析
電爐煙氣按200000m3／h、500℃來(lái)計(jì)算校核，通過(guò)余熱鍋爐，可平均回收產(chǎn)生1暢0MPa、250℃的蒸汽約25t／h，年回收約20萬(wàn)t，節(jié)約能250℃的蒸汽約25t／h，年回收約20萬(wàn)t，節(jié)約能源2萬(wàn)tce，可為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
（2）降低原有冷卻系統(tǒng)能耗
增設(shè)一套余熱回收裝置回收煙氣余熱，可以停用原有水冷方式，使煙氣溫度降至合理的煙溫后再進(jìn)行排空，降低了冷卻水的消耗。
（3）降低煙氣除塵系統(tǒng)煙氣處理量余熱鍋爐后煙氣的溫度可降低到200℃以下，使得后續(xù)從屋頂大罩中引入的混風(fēng)量也減少，除塵系統(tǒng)需要處理的煙氣量相應(yīng)減少。
3、結(jié)論
（1）該余熱回收改造方案技術(shù)可行，系統(tǒng)設(shè)計(jì)布置合理。
（2）改造后可大大降低煉鋼的運(yùn)行成本，降低能耗指標(biāo)，經(jīng)計(jì)算改造后電爐的噸鋼單位能耗可下降18.32kgce，改造完成后每年可節(jié)約2萬(wàn)tce。
（3）通過(guò)改造可徹底解決電爐存在的除塵問(wèn)題，滿足國(guó)家環(huán)保要求。
（4）回收利用廢氣中的余熱產(chǎn)生蒸汽回用于生產(chǎn)，代替部分燃?xì)忮仩t生產(chǎn)蒸汽，降低鋼廠CO2、SO2、NOx排放量，達(dá)到了節(jié)能減排目的。
某鋼廠電爐2000年建成投產(chǎn)，2005年經(jīng)過(guò)工藝改造，入爐鐵水比例由過(guò)去的15％提高到90％左右，電爐產(chǎn)能由每年60萬(wàn)t擴(kuò)大到110萬(wàn)t。電爐在冶煉鋼水的同時(shí)，產(chǎn)生約200000m3／h電爐高溫?zé)煔猓瑪y帶大量余熱資源。除少量煙氣余熱通過(guò)預(yù)熱廢鋼的方式得到利用外，仍有350～800℃的煙氣經(jīng)過(guò)燃燒沉降室后，通過(guò)直接水冷方式進(jìn)行冷卻，將煙氣溫度降至300℃以下；降溫后的煙氣與來(lái)自屋頂大罩的低溫?zé)煔饣旌希篃煔鉁囟壤^續(xù)降到180℃以下；同時(shí)在進(jìn)高溫布袋除塵器前段的煙氣總管上設(shè)有事故混風(fēng)閥，在煙氣超溫時(shí)及時(shí)開(kāi)啟繼續(xù)降低煙氣溫度，以保護(hù)布袋除塵器的運(yùn)行安全。滿足溫度要求的煙氣最后進(jìn)入布袋式除塵器中凈化后經(jīng)引風(fēng)機(jī)送入煙囪排放。現(xiàn)有電爐煙氣冷卻方式不僅導(dǎo)致大量電爐煙氣余熱資源浪費(fèi)，同時(shí)冷卻系統(tǒng)新增電力消耗，導(dǎo)致能源浪費(fèi)。
另外，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)為進(jìn)一步降低電爐煉鋼成本，電爐工序普遍出現(xiàn)鐵水兌廢鋼冶煉模式，且鐵水比例可高達(dá)70％左右，呈現(xiàn)電爐設(shè)備“轉(zhuǎn)爐化”的趨勢(shì)。隨著電爐入爐鐵水比例增加，所產(chǎn)生的煙氣溫度、流量及含塵量相對(duì)原來(lái)設(shè)計(jì)負(fù)荷有很大變化，原有除塵系統(tǒng)基本滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)行，增加了環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的難題。
1、技術(shù)改造方案分析
1.1存在問(wèn)題分析
電爐生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)決定了煙氣溫度和流量均具有較大的周期波動(dòng)性，同時(shí)電爐煙氣含塵特點(diǎn)對(duì)后續(xù)余熱回收設(shè)備的布置和結(jié)構(gòu)形式的要求很高。一方面吹氧冶煉期間煙氣流量大、溫度最高，此時(shí)煙氣對(duì)余熱鍋爐的換熱管束的熱沖擊和磨損沖刷最大，鍋爐的結(jié)構(gòu)形式要適應(yīng)由于煙氣的波動(dòng)所帶來(lái)的熱應(yīng)力的影響。另一方面出鋼期間煙氣溫度低、流量最小，煙氣流速降低，鍋爐受熱面積灰趨勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)重，影響了下一個(gè)煉鋼周期鍋爐傳熱效率，排煙溫度就會(huì)逐漸上升，繼而影響了后續(xù)除塵設(shè)備的運(yùn)行。因此鍋爐的選型和針對(duì)性的設(shè)計(jì)尤為重要。
同時(shí)，由于電爐冶煉條件與最初設(shè)計(jì)條件已發(fā)生很大變化，因此煙氣量、含塵量及煙氣溫度與設(shè)計(jì)參數(shù)已大為不同，此方面需要對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行理論分析和測(cè)試驗(yàn)證分析。
1.2主要技術(shù)方案內(nèi)容
根據(jù)電爐的工藝特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)空間場(chǎng)地的擺放、煙氣系統(tǒng)阻力以及灰分等的綜合考量，經(jīng)過(guò)反復(fù)設(shè)計(jì)比較，最終選擇采用輻射水冷沉降除塵與對(duì)流換熱相結(jié)合的技術(shù)方案，主要設(shè)備包括水冷沉降室、高溫蒸發(fā)器、過(guò)熱器、中低溫蒸發(fā)器、省煤器、加熱器及相關(guān)系統(tǒng)。
（1）煙氣余熱回收系統(tǒng)設(shè)置
首先在現(xiàn)有的二燃室出口前方設(shè)計(jì)一組輻射水壁沉降段，后續(xù)經(jīng)過(guò)90°轉(zhuǎn)角后在原有煙氣管線下方設(shè)計(jì)一組對(duì)流換熱段。在第一組受熱面中采用輻射水冷壁組件可將通過(guò)二燃室出來(lái)的高溫?zé)煔獾臏囟冗M(jìn)行初步整合，同時(shí)降低煙氣流速來(lái)完成煙氣中大的粉塵顆粒的初步沉降，以減輕后續(xù)鍋爐和除塵裝置的負(fù)荷，同時(shí)將煙氣中未充分燃燒的煤氣在沉降室繼續(xù)反應(yīng)燃燒徹底，以避免給后續(xù)設(shè)備或裝置帶來(lái)爆炸破壞影響，起到對(duì)高溫?zé)煔庀鞣宓淖饔谩?br />
煙氣經(jīng)水冷沉降室后進(jìn)入余熱鍋爐，余熱鍋爐本體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用臥式布置，高溫?zé)煔庖来谓?jīng)過(guò)高溫蒸發(fā)器、過(guò)熱器、中低溫蒸發(fā)器、省煤器、換熱器（耐低溫露點(diǎn)腐蝕），最后排出的煙氣再經(jīng)除塵器凈化后排往大氣。
（2）帶蓄熱器的蒸汽回收系統(tǒng)
由于電爐為周期性間斷吹煉，因此在蒸汽系統(tǒng)中增設(shè)了2臺(tái)蓄熱器，其作用是將余熱鍋爐產(chǎn)生的周期性波動(dòng)的蒸汽，通過(guò)蓄熱器的調(diào)節(jié)，能連續(xù)而穩(wěn)定地向外供汽，使蒸汽得到最大限度的回收和利用。
通過(guò)余熱鍋爐可產(chǎn)生1暢6MPa飽和蒸汽，經(jīng)蓄熱器后，供給出1暢1MPa飽和蒸汽回至鍋爐本體的過(guò)熱器實(shí)現(xiàn)基本穩(wěn)定輸出，蒸汽經(jīng)過(guò)熱后可達(dá)到260～350℃并入主蒸汽管網(wǎng)。
2、改造節(jié)能效果分析
（1）余熱回收效益分析
電爐煙氣按200000m3／h、500℃來(lái)計(jì)算校核，通過(guò)余熱鍋爐，可平均回收產(chǎn)生1暢0MPa、250℃的蒸汽約25t／h，年回收約20萬(wàn)t，節(jié)約能250℃的蒸汽約25t／h，年回收約20萬(wàn)t，節(jié)約能源2萬(wàn)tce，可為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
（2）降低原有冷卻系統(tǒng)能耗
增設(shè)一套余熱回收裝置回收煙氣余熱，可以停用原有水冷方式，使煙氣溫度降至合理的煙溫后再進(jìn)行排空，降低了冷卻水的消耗。
（3）降低煙氣除塵系統(tǒng)煙氣處理量余熱鍋爐后煙氣的溫度可降低到200℃以下，使得后續(xù)從屋頂大罩中引入的混風(fēng)量也減少，除塵系統(tǒng)需要處理的煙氣量相應(yīng)減少。
3、結(jié)論
（1）該余熱回收改造方案技術(shù)可行，系統(tǒng)設(shè)計(jì)布置合理。
（2）改造后可大大降低煉鋼的運(yùn)行成本，降低能耗指標(biāo)，經(jīng)計(jì)算改造后電爐的噸鋼單位能耗可下降18.32kgce，改造完成后每年可節(jié)約2萬(wàn)tce。
（3）通過(guò)改造可徹底解決電爐存在的除塵問(wèn)題，滿足國(guó)家環(huán)保要求。
（4）回收利用廢氣中的余熱產(chǎn)生蒸汽回用于生產(chǎn)，代替部分燃?xì)忮仩t生產(chǎn)蒸汽，降低鋼廠CO2、SO2、NOx排放量，達(dá)到了節(jié)能減排目的。
