Теплообмінник котла з рекуперацією тепла сприяє енергозбереженню та зменшенню викидів вуглецю в металургійній промисловості
Основне позиціонування: основна цінність рекуператорів тепла котлів
Виробництво сталі не можна відокремити від підтримки різних типів котлів, таких як доменні печі гарячого дуття, газові котли для виробництва електроенергії, охолоджувачі агломераційного кільця, коксові печі тощо. Це обладнання генерує велику кількість відпрацьованого тепла при різних температурних рівнях під час роботи - від середньо- та низькотемпературного димового газу при 100 градусах до високотемпературного димового газу при 1050 градусах. У разі прямого скидання це не тільки спричиняє серйозні втрати енергії, але й посилює теплове забруднення навколишнього середовища. Основна цінність теплообмінників для рекуперації тепла котлів полягає в побудові замкнутої-системи «вловлювання відпрацьованого тепла та ефективного повторного використання енергії теплообміну», що точно відповідає характеристикам відпрацьованого тепла котлів металургійного заводу, перетворюючи втрачене відпрацьоване тепло в придатну для використання енергію, таку як попереднє нагрівання повітря для горіння, нагрівання живильної води для котлів і генерування пари, досягаючи «перетворення відходів на скарб». Його продуктивність безпосередньо визначає ефективність утилізації відпрацьованого тепла котла та ефект-збереження енергії та зменшення вуглецю, а також є ключовим мостом, що з’єднує відпрацьоване тепло котла та повторне використання енергії.
(1) Енергозбереження та зменшення споживання, підвищення ефективності використання енергії
У відпрацьованому теплі, що виділяється котлами металургійного заводу, тепло, що переноситься-димовими газами високої температури, становить понад 40% від загального розсіювання тепла обладнанням. Високоякісні теплообмінники котла з рекуперацією тепла можуть досягти ефективності теплопередачі понад 85%, що значно покращує ефективність використання енергії. Наприклад, після того, як димовий газ із доменної печі гарячого дуття обробляється теплообмінником, повітря та газ можна попередньо нагріти до 190-380 градусів, що значно зменшує споживання палива в печі гарячого дуття та допомагає підвищити кінцеву енергоефективність доменного процесу. Загальна користь може бути збільшена на 2% -4%; Після введення великого ротаційного теплообмінника в доменну піч об’ємом 2500 кубічних метрів певного металургійного підприємства потужністю 10 мільйонів тонн температура повітря для горіння підвищилася з кімнатної температури до 380 градусів, ефективність спалювання палива в доменній печі зросла на 12%, а частка коксу зменшилася з 550 кг/т до 480 кг/т, досягнувши значної енергії. заощадження. У той же час теплообмінник може знизити температуру вихлопних газів котла до 100-130 градусів, уникаючи втрат тепла та підвищуючи загальний рівень енергоспоживання металургійного заводу, щоб наблизитися до галузевого стандарту.
(2) Зменшити витрати та підвищити ефективність, підвищити основну конкурентоспроможність підприємств
Енергетичні витрати є важливою складовою собівартості продукції металургійних підприємств. Теплообмінники-утилізатори котлів безпосередньо знижують експлуатаційні витрати підприємств за рахунок зменшення споживання закупленого палива та електроенергії, одночасно зменшуючи інвестиції в експлуатацію та технічне обслуговування обладнання, досягаючи подвійного підвищення ефективності. Взявши як приклад доменну піч Qinggang об’ємом 1800 кубічних метрів, за допомогою спеціального теплообмінника з рекуперацією тепла щороку можна рекуперувати додаткову кількість тепла, що еквівалентно економії 39,57 мільйонів стандартних кубічних метрів газу. У поєднанні зі зменшенням витоку повітря та економією газу річна вигода-з енергозбереження досягає 9,116 млн юанів. Після вирахування експлуатаційних витрат додаткові переваги-збереження енергії становлять приблизно 8,91 мільйона юанів; 120-тонний конвертерний цех використовує теплообмінник зі спіральною ребристою трубою, який може рекуперувати 12 мільйонів ккал тепла на сталеплавильну піч, що еквівалентно економії 1,2 тонни стандартного вугілля. Річне виробництво електроенергії збільшується на 18 млн. кВт/год, а цикл обслуговування обладнання скорочується з 4 разів на рік до 2 разів, що скорочує витрати на обслуговування на 40%. Для великих металургійних підприємств повна система рекуперації тепла котла може скоротити витрати на мільйони або навіть десятки мільйонів юанів щорічно, значно підвищуючи конкурентоспроможність компанії на ринку.
(3) Зменшення «зеленого» вуглецю, сприяючи низько-перетворенню вуглецю в галузі
Відповідно до цілі «подвійного вуглецю», сталеливарна промисловість стикається з жорсткими вимогами щодо скорочення викидів. Теплообмінники з рекуперацією тепла котлів можуть ефективно зменшити споживання енергії, наприклад вугілля та природного газу, відновлюючи відпрацьоване тепло замість спалювання викопного палива, тим самим зменшуючи викиди забруднюючих речовин, таких як вуглекислий газ, діоксид сірки та оксиди азоту. Відповідно до розрахунків, на кожен 1 ГДж відпрацьованого тепла можна скоротити приблизно 80-100 кг викидів вуглекислого газу; На прикладі металургійного підприємства з виробничою потужністю 5 млн. тонн за допомогою теплообмінників-утилізаторів котла можна щорічно скоротити 26000 тонн вуглекислого газу, 750 тонн сірчистого газу та 375 тонн оксидів азоту. Shiheng Special Steel рекуперує відпрацьоване тепло необробленого вугільного газу через теплообмінник коксової печі, що забезпечує численні переваги зменшення споживання енергії коксування та контролю викидів забруднюючих речовин. Його проект спільного виробництва загартованої сталі зі скорочення та фіксації вуглецю скорочує викиди вуглецю на 300 000 тонн щорічно та був визнаний «типовим випадком вуглецевої нейтральності» Міністерством екології та навколишнього середовища; Після застосування різних теплообмінників з рекуперацією тепла протягом усього процесу провідне металургійне підприємство скоротило викиди вуглекислого газу на 850 000 тонн щорічно та створило економічні вигоди понад 230 мільйонів юанів, повністю демонструючи цінність теплообмінників з низьким вмістом вуглецю.
Основні типи та технічні характеристики: підходить для сценаріїв роботи з кількома котлами на металургійних заводах
Існують різні типи котлів на металургійних заводах із значними відмінностями в характеристиках відпрацьованого тепла -, температурах у діапазоні від 100 градусів C до 1050 градусів C, а також складному складі димових газів (зокрема сірки, хлору, пилу тощо). Відповідні рекупераційні теплообмінники котлів також демонструють диференційовані типи, з ядром, що обертається навколо «каскадного використання, точного теплообміну», адаптації до різних сценаріїв котлів і якості відпрацьованого тепла, досягнення максимального використання ресурсів відпрацьованого тепла та вирішення проблемних моментів, таких як корозія, накопичення золи та погіршення продуктивності традиційного обладнання.
(1) Основні типи теплообмінників і технологічні переваги
1. Інтелектуальний теплообмінник з подвійним попереднім нагріванням із керуванням температурою: з використанням термального масла як теплоносія створюється система теплообміну «димовий газ — термальне масло повітря/газ», що складається з теплообмінника димового газу, повітряного теплообмінника, газового теплообмінника та інтелектуальної системи керування, що в основному підходить для низько{1}}температурної рекуперації відпрацьованого тепла димових газів доменної печі та газового котла. Його основною перевагою є фундаментальне вирішення проблеми низько{3}}температурної кислотної корозії точки роси, пом’якшення явища накопичення золи, а термін служби обладнання може досягати понад 10 років, значно перевищуючи термін служби традиційних пластинчастих теплообмінників і теплообмінників з тепловими трубами на 3-5 років. За нормальних робочих умов відпрацьоване тепло при температурі димового газу на вході 280 градусів може бути рекуперовано для попереднього нагріву газу та повітря до температури 190 градусів; Коли вхідна температура димового газу становить 330 градусів, температуру попереднього нагріву можна збільшити до 230 градусів, а температуру вихлопу можна знизити до рівня нижче 130 градусів, мінімум до 100 градусів.
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 градусів ) використовує модуль радіаційної теплопередачі рукавного типу для передачі теплової енергії через радіаційні характеристики димового газу, уникаючи пошкодження від теплового стресу; Коли температура падає нижче 750 градусів, перейдіть у режим конвективної теплопередачі, у поєднанні з високою-перевагою теплопередачі пластинчастих теплообмінників, коефіцієнт теплопередачі може досягати 3500 Вт/(м² · К), а площа обладнання зменшується більш ніж на 40% порівняно з традиційними рішеннями [2]. Після реконструкції доменної печі об’ємом 2000 м³ на певному металургійному заводі ефективність рекуперації тепла, що відчувається газом, зросла на 22%, заощаджуючи 12000 тонн умовного вугілля щорічно.
3. Трубчастий теплообмінник: один із найпоширеніших типів, сердечник складається з кількох -температуростійких металевих трубок (таких як нержавіюча сталь 310S, сплав інконель тощо). Високотемпературний димовий газ витікає за межі пучка труб, а середовище, яке потрібно нагріти, циркулює всередині труби, досягаючи теплопередачі через теплопровідність стінки труби. Конструкція є міцною, здатною витримувати високі температури та тиск 800-1200 градусів, її легко чистити та обслуговувати, вона підходить для середовищ димових газів із високим вмістом пилу, таких як доменні печі та конвертери сталеливарних заводів. 120-тонний конвертер спеціалізованого металургійного підприємства використовує теплообмінник зі спіральною ребристою трубою з єдиною площею теплообміну 3200 квадратних метрів. Ребра виготовлені зі сплаву хрому і нікелю з термостійкістю 850 градусів, ефективно протистоять високотемпературній корозії та знижують температуру димових газів з 800 градусів до 280 градусів. Ефект рекуперації відпрацьованого тепла є значним.
4. Пластинчастий теплообмінник: за допомогою гофрованих металевих пластин як теплообмінних елементів між пластинами утворюються вузькі канали, і димовий газ із високою-температурою тече у зворотному напрямку із середовищем, яке потрібно нагріти. Площа теплопередачі велика, а ефективність висока, що на 10% -30% вище, ніж у традиційних трубчастих теплообмінників. Компактний об'єм підходить для обмеженого простору. Для високотемпературного димового газу 650 градусів у сталепрокатній нагрівальній печі пластинчастий теплообмінник протизольного типу має спеціальну пластинчасту конструкцію та оснащений автоматичною системою очищення золи, яка може використовувати тепло димового газу для попереднього нагріву повітря для горіння та охолоджувальної води прокатного стану, зменшуючи споживання палива нагрівальною піччю на 10%.
5. Допоміжні теплообмінники: включаючи економайзери, підігрівачі повітря, теплообмінники з тепловими трубами тощо, які в основному використовуються для утилізації відпрацьованого тепла середньої та низької температури (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%.
Тенденції та перспективи розвитку галузі
Завдяки просуванню національного «Спеціального плану дій щодо енергозбереження та скорочення викидів вуглекислого газу в металургійній промисловості» до кінця 2025 року споживання енергії на одиницю продукту доменних печей і конвертерів у металургійній промисловості буде зменшено більш ніж на 1% порівняно з 2023 роком, а комплексне споживання енергії на тонну сталі буде зменшено більш ніж на 2%. Теплообмінники котлів з рекуперацією тепла, як основне обладнання для збереження енергії та зменшення викидів вуглецю, відкриють ширший простір для розвитку. Виходячи з потреб розвитку промисловості та напрямів технологічних інновацій, у майбутньому буде три основні тенденції розвитку теплообмінників для регенерації тепла котлів.
Одна з них – модернізація технологічного інтелекту, інтеграція нових технологій, таких як ШІ, цифрові близнюки та Інтернет речей, для досягнення-моніторингу в реальному часі, точного регулювання та попередження про несправності робочого стану теплообмінників, подальшого підвищення ефективності теплообміну та зниження витрат на експлуатацію та технічне обслуговування; У той же час розробка адаптивних теплообмінників може автоматично регулювати робочі параметри на основі коливань температури відпрацьованого тепла та швидкості потоку, адаптуючись до складних сценаріїв відхідного тепла на металургійних заводах.
По-друге, це інновації в матеріалах і конструкціях із використанням більш досконалих -температурних і корозійно-стійких-матеріалів, таких як INCONEL 625, нержавіюча сталь 310S тощо, для покращення стабільності теплообмінника в середовищах із високою температурою, корозією та пилом; Оптимізуйте конструкцію теплообмінників, розробіть компактні та ефективні теплообмінники, зменшіть займану площу та покращте використання простору, наприклад зменшивши площу високотемпературних рукавних теплообмінників більш ніж на 40% порівняно з традиційними рішеннями.
По-третє, це розробка системної інтеграції, яка поєднує теплообмінники котла з рекуперацією тепла з системами рекуперації газу, парового циклу та накопичення енергії для побудови інтегрованої системи переробки енергії, підвищення енерго-самозабезпеченості підприємства та боротьби з коливаннями цін на електроенергію та ризиками енергопостачання; У той же час поєднання нових технологій плавки, таких як воднева металургія, оптимізація конструкції теплообмінника, адаптація до нових структур джерел тепла та сприяння сталеливарній промисловості переходу від «енергозбереження та скорочення вуглецю» до «нульових викидів вуглецю».
Крім того, із постійним удосконаленням галузевих стандартів, таких як просування галузевих стандартів для рекуперації відпрацьованого тепла з коксового стояка, застосування теплообмінників для рекуперації тепла котлів буде більш стандартизованим і стандартизованим, сприяючи загальному рівню енергоефективності промисловості. Згідно з національною потужністю виробництва чавуну в 1 мільярд тонн, якщо повністю просувати передові теплообмінники з рекуперацією тепла в котлах, це може заощадити близько 4,8 мільярда юанів на витратах і скоротити викиди вуглекислого газу на 5,2 мільйона тонн щорічно зі значними економічними та екологічними перевагами.
