電爐煙氣余熱回收應(yīng)用現(xiàn)狀及改造

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?，產(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(kāi)，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?，?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)。