熱管余熱鍋爐在燒結機余熱回收及發(fā)電中的應用

　　鋼鐵冶金企業(yè)是國家支柱產(chǎn)業(yè)，在現代化建設中起著(zhù)重要作用，同時(shí)這些企業(yè)也是耗能大戶(hù)，能耗占產(chǎn)品成本比例較大。因此企業(yè)的節能降耗顯得尤其重要。燒結工序是高爐礦料入爐以前的準備工序。有塊狀燒結和球團狀燒結兩種工藝。塊狀燒結是將不能直接加入爐的煉鐵原料，如精礦粉、高爐爐塵、硫酸渣等配加一定的燃料和溶劑，加熱到1300～1500℃，使粉料燒結成塊狀。球團燒結則是將細磨物料，如精礦粉配加一定的黏結劑，在造球設備上滾成球，然后在燒結設備上高溫燒結。兩種燒結過(guò)程都要消耗大量的能源。據統計，燒結工序的能耗約占冶金總能耗的12%。而其排放的余熱約占總能耗熱能的49%?；厥蘸屠眠@些余熱，顯然極為重要，余熱回收主要在燒結礦成品顯熱及冷卻機的排氣顯熱兩個(gè)方面。目前熱管技術(shù)主要應用在冷卻機的排氣顯熱回收上。燒結機生產(chǎn)時(shí)，熱燒結礦從燒結機的尾部落下經(jīng)破碎后，通過(guò)振動(dòng)篩分經(jīng)溜槽落到冷卻機傳送帶上，在溜槽部分熱礦料溫度可達700～800℃，此時(shí)以輻射形式向外散熱為主，落到冷卻帶上后料溫仍在600℃以上。一般在燒結冷卻機下布置有數臺冷卻風(fēng)機，通過(guò)軸流風(fēng)機或鼓風(fēng)機，使冷卻風(fēng)強制穿過(guò)料礦層，經(jīng)料礦加熱后，在第 一風(fēng)罩內冷卻風(fēng)溫提高到350～400℃，在第二風(fēng)罩內冷卻風(fēng)溫提高到250～300℃，這兩個(gè)風(fēng)罩內的冷卻風(fēng)都可以利用其余熱。

　　一、燒結冷卻機余熱回收系統的設計

　　雖然各個(gè)冶金企業(yè)的燒結冷卻機（帶冷機或環(huán)冷機）的型號、規格、工藝參數以及余熱資源都不完全相同，但余熱回收系統的原理基本都是一致的。

　　現以某鋼廠(chǎng)2×105ｍ2燒結冷卻機（環(huán)冷機）為例，簡(jiǎn)介余熱回收系統的設計。該系統由兩套完全相同的裝置組成，每套都由熱管蒸氣發(fā)生器、一級省煤器、二級省煤器、汽包、外連管路和控制儀表等組成，并且互相獨立。

　　1、系統主要功能

　　工業(yè)自來(lái)水經(jīng)水處理軟化后進(jìn)熱力除氧器除氧(水質(zhì)指標按照一般鍋爐水質(zhì)標準)，由除氧水泵輸入熱管一級省煤器；經(jīng)過(guò)預熱后進(jìn)入熱管二級省煤器再預熱后進(jìn)入汽包，水通過(guò)下降管進(jìn)入熱管蒸汽發(fā)生器，水吸收熱量變成蒸汽，蒸汽再經(jīng)上升管進(jìn)入汽包，在汽包里進(jìn)行水汽分離，形成1.5ＭＰａ的飽和蒸汽，飽和蒸汽經(jīng)過(guò)過(guò)熱器過(guò)熱，溫度達到200℃以上，再送至蒸汽總管或用戶(hù)。

　　2、主要熱管設備的性能

　　1）蒸汽發(fā)生器的性能參數(表1)

　　蒸汽發(fā)生器的原理為：熱流體的熱量由熱管傳給水套管內的水(水由下降管輸入)，并使其汽化，所產(chǎn)汽、水混合物經(jīng)蒸汽上升管到達汽包，經(jīng)集中分離以后再經(jīng)蒸汽主控閥輸出。這樣由于熱管不斷將熱量輸入水套管內的水，并通過(guò)外部汽———水管道的上升及下降完成基本的汽———水循環(huán)，達到將熱流體降溫，并轉化為蒸汽的目的。

　　表1蒸汽發(fā)生器的性能參數(單套)

　　設計工況

　　熱側     冷側

　　介質(zhì)     廢氣     水、水蒸氣

　　流量（Nm3/h）      99600     11000

　　進(jìn)口溫度/℃        370     198.3

　　出口溫度/℃        215    198.3

　　設計壓力MＰａ      常壓    2.4

　　工作壓力MＰａ      常壓    2.2

　　換熱面積M2         2800    320

　　2）熱管一級省煤器的性能參數(表2)

　　原理為：熱流體的熱量由翅片熱管傳給管內的水，水吸收熱量，使熱流體降溫，達到預期的效果。表2一級省煤器的性能參數(單套)

　　設計工況

　　熱側           冷側

　　介質(zhì)            廢氣      水

　　流量（Nm3/h）     99600    11000

　　進(jìn)口溫度/℃        215    45

　　出口溫度/℃        190    105

　　設計壓力MＰａ     常壓    2.4

　　工作壓力MＰａ     常壓    2.2

　　換熱面積M2        260    36

　　3）熱管二級省煤器的性能參數(表2)

　　原理為：熱流體的熱量由翅片熱管傳給管內的水，水吸收熱量，使熱流體降溫，達到預期的效果。表3二級省煤器性能參數(單套)

　　設計工況

　　熱側     冷側

　　介質(zhì)              廢氣     水

　　流量（Nm3/h）     72800    11000

　　進(jìn)口溫度/℃        225    105

　　出口溫度/℃        175    210

　　設計壓力MＰａ     常壓    2.4

　　工作壓力MＰａ     常壓    2.2

　　換熱面積M2        1250    120

　　二、熱管設備結構的設計

　　熱管蒸氣發(fā)生器主要結構參數如下：熱管管徑38ｍｍ，管長(cháng)3700ｍｍ，翅片高度15ｍｍ，管束布置成叉排，管子橫向間距110ｍｍ，管子縱向間距95ｍｍ，單管換熱面積1.5ｍ2，熱管束傾斜布置。

　　省煤器主要結構參數如下：熱管管徑38ｍｍ，管長(cháng)3700ｍｍ，翅片高度15ｍｍ，管束布置成叉排，管子橫向間距100ｍｍ，管子縱向間距95ｍｍ，熱管束傾斜布置。

　　三、熱管設備的主要特點(diǎn)

　　(1)傳熱系數高。廢氣和水及水蒸氣的換熱均在熱管的外表面進(jìn)行，而且廢氣熱管外側為翅片，這樣換熱面積增大，傳熱得到強化，因而使換熱系數得到了很大的提高；

　　(2)防積灰、堵灰、抗腐蝕能力強。通過(guò)調節熱管冷熱段受熱表面的比例，可以調節管壁溫度，使之高于煙氣露 點(diǎn)溫度或腐蝕區。由于管壁溫度始終高于煙氣露 點(diǎn)溫度，附著(zhù)熱管外表面的積灰呈干燥疏松狀態(tài)，積灰就容易脫落，一般煙氣的流速設為8～12ｍ/ｓ，既可以避免堵灰，又能使熱管磨損大大降低；

　　(3)冷熱流體完全隔開(kāi)，有效防止水汽系統的泄漏。在運行時(shí)，由于廢氣的大量沖刷，即使管子受到一定的損壞，也不會(huì )造成冷側的氣水泄漏到熱側，確保了系統的安全運行，這也是該設備有別于一般煙道中設備的特點(diǎn)；

　　(4)阻力損失小，可以適用于老機組的改造。一般情況下，增加了余熱回收設備，熱廢氣的阻力增加在250Ｐａ左右，這樣低的阻力損失，可以不對原熱風(fēng)系統做多大調整，僅需在風(fēng)罩處布置余熱設備即可，有利于冶金企業(yè)已有燒結機組的改造；

　　(5)單根或多根熱管的損壞不影響設備整體使用。由于露 點(diǎn)腐蝕或其他原因造成熱管損壞，但這不影響整個(gè)設備的運行和系統的安全，只是隨著(zhù)熱管的損壞，換熱器的換熱面積減少，余熱回收的效率降低。

　　利用余熱鍋爐所產(chǎn)1.5ＭＰａ的飽和蒸汽，飽和蒸汽經(jīng)過(guò)過(guò)熱器過(guò)熱，溫度達到200℃以上，送到7000KW發(fā)電機實(shí)現發(fā)電。

　　通過(guò)多年的設計和冶金企業(yè)的實(shí)際運行，證明采用熱管技術(shù)回收燒結冷卻機的余熱是確實(shí)可行的，且回收的效果很明顯。這不僅節省了能源，也為企業(yè)增加了經(jīng)濟效益，這種技術(shù)不僅在冶金企業(yè)得到了應用，而且在化工、石化等行業(yè)中具有廣闊的應用前景。

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