Wymiennik ciepła z odzyskiem ciepła w kotle umożliwia oszczędzanie energii i redukcję emisji dwutlenku węgla w przemyśle stalowym
Pozycjonowanie rdzenia: Podstawowa wartość wymienników ciepła z odzyskiem ciepła w kotłach
Produkcji stali nie można oddzielić od wsparcia różnych typów kotłów, takich jak wielkopiecowe piece wielkopiecowe, kotły wytwarzające energię gazową, chłodnice pierścieniowe do spiekania, piece koksownicze itp. Urządzenia te generują podczas pracy dużą ilość ciepła odpadowego na różnych poziomach temperatur -, od średnio i niskotemperaturowych gazów spalinowych w temperaturze 100 stopni do wysokotemperaturowych gazów spalinowych w temperaturze 1050 stopni. Bezpośrednio odprowadzany nie tylko powoduje poważne straty energii, ale także zwiększa zanieczyszczenie termiczne środowiska. Podstawową wartością wymienników ciepła do odzyskiwania ciepła z kotłów jest zbudowanie-systemu zamkniętej pętli „wychwytywania ciepła odpadowego, efektywnego ponownego wykorzystania energii z wymiany ciepła”, dokładnie odpowiadającego charakterystyce ciepła odpadowego kotłów hutniczych, przekształcającej utracone ciepło odpadowe w energię użyteczną, taką jak wstępne podgrzewanie powietrza do spalania, podgrzewanie wody zasilającej kocioł i wytwarzanie pary, co pozwala „zamienić odpady w skarb”. Jego działanie bezpośrednio określa skuteczność odzyskiwania ciepła odpadowego z kotła oraz efekty-oszczędności energii i redukcji emisji dwutlenku węgla, a także stanowi kluczowy pomost łączący ciepło odpadowe z kotła i ponowne wykorzystanie energii.
(1) Oszczędność energii i redukcja zużycia, poprawa efektywności wykorzystania energii
W ciepłu odpadowym emitowanym z kotłów hutniczych ciepło przenoszone przez same-spaliny o wysokiej temperaturze odpowiada za ponad 40% całkowitego rozpraszania ciepła przez sprzęt. Wysokiej jakości wymienniki ciepła z odzyskiem ciepła z kotła mogą osiągnąć sprawność wymiany ciepła przekraczającą 85%, znacznie poprawiając efektywność wykorzystania energii. Na przykład, po obróbce gazów spalinowych z gorącego wielkiego pieca wielkiego pieca w wymienniku ciepła, powietrze i gaz można podgrzać do 190-380 stopni, co znacznie zmniejsza zużycie paliwa w gorącym wielkim piecu i pomaga poprawić ostateczną efektywność energetyczną procesu wielkiego pieca. Ogólną korzyść można zwiększyć o 2% -4%; Po wprowadzeniu dużego obrotowego wymiennika ciepła do wielkiego pieca o pojemności 2500 metrów sześciennych pewnego 10-milionowego przedsiębiorstwa stalowego, temperatura powietrza do spalania wzrosła z temperatury pokojowej do 380 stopni, wydajność spalania paliwa w wielkim piecu wzrosła o 12%, a udział koksu spadł z 550kg/t do 480kg/t, osiągając znaczne oszczędności energii. Jednocześnie wymiennik ciepła może obniżyć temperaturę spalin z kotła do 100-130 stopni, unikając strat ciepła i promując ogólny poziom zużycia energii w hucie, aby zbliżyć się do punktu odniesienia w branży.
(2) Zmniejsz koszty i zwiększ wydajność, zwiększ podstawową konkurencyjność przedsiębiorstw
Koszt energii jest ważnym składnikiem kosztów produkcji przedsiębiorstw stalowych. Wymienniki ciepła z odzyskiem ciepła z kotłów bezpośrednio zmniejszają koszty operacyjne przedsiębiorstw poprzez zmniejszenie zużycia zakupionego paliwa i energii elektrycznej, przy jednoczesnym zmniejszeniu nakładów na obsługę i konserwację sprzętu, osiągając podwójny wzrost wydajności. Biorąc za przykład wielki piec w Qinggang o pojemności 1800 metrów sześciennych, przy wsparciu dedykowanego wymiennika ciepła z odzyskiem ciepła, co roku można odzyskać dodatkową ilość ciepła, co odpowiada oszczędności 39,57 milionów standardowych metrów sześciennych gazu. W połączeniu z ograniczeniem wycieków powietrza i oszczędnościami gazu, roczne korzyści-z oszczędności energii sięgają 9,116 miliona juanów. Po odjęciu kosztów operacyjnych dodatkowe korzyści-z oszczędności energii wynoszą około 8,91 miliona juanów; W warsztacie konwertorowym o masie 120 ton zastosowano wymiennik ciepła z rurami spiralnymi żebrowanymi, który pozwala odzyskać 12 milionów kcal ciepła na jeden piec stalowy, co odpowiada oszczędności 1,2 tony standardowego węgla. Roczna produkcja energii wzrasta o 18 milionów kWh, a cykl konserwacji urządzeń zostaje skrócony z 4 razy w roku do 2 razy, co zmniejsza koszty utrzymania o 40%. W przypadku dużych przedsiębiorstw stalowych kompletny system wymienników ciepła z odzyskiem ciepła z kotła może obniżyć koszty o miliony, a nawet dziesiątki milionów juanów rocznie, znacznie zwiększając konkurencyjność firmy na rynku.
(3) Redukcja emisji gazów cieplarnianych, pomagająca w transformacji-branży niskoemisyjnej
W ramach celu „podwójnego węgla” przemysł stalowy stoi przed rygorystycznymi wymogami w zakresie redukcji emisji. Wymienniki ciepła z odzyskiem ciepła w kotłach mogą skutecznie zmniejszyć zużycie energii, takiej jak węgiel i gaz ziemny, poprzez odzyskiwanie ciepła odpadowego zamiast spalania paliw kopalnych, redukując w ten sposób emisję substancji zanieczyszczających, takich jak dwutlenek węgla, dwutlenek siarki i tlenki azotu. Według obliczeń na każdy 1GJ odzyskanego ciepła odpadowego można zmniejszyć emisję dwutlenku węgla o około 80-100 kg; Biorąc za przykład przedsiębiorstwo stalowe o zdolnościach produkcyjnych 5 mln ton, przy wsparciu wymienników ciepła z odzyskiem ciepła z kotłów, można rocznie zredukować 26 000 ton dwutlenku węgla, 750 ton dwutlenku siarki i 375 ton tlenków azotu. Shiheng Special Steel odzyskuje ciepło odpadowe z surowego gazu węglowego poprzez wymiennik ciepła z płaszczem wznośnym pieca koksowniczego, osiągając wiele korzyści w postaci zmniejszenia zużycia energii podczas koksowania i kontrolowania emisji zanieczyszczeń. Jej projekt redukcji i wiązania węgla w ramach wspólnej produkcji stali hartowanej zmniejsza emisję dwutlenku węgla o 300 000 ton rocznie i został uznany przez Ministerstwo Ekologii i Środowiska za „typowy przypadek neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla”. Po wdrożeniu różnych wymienników ciepła do odzyskiwania ciepła w całym procesie, wiodące przedsiębiorstwo stalowe zredukowało emisję dwutlenku węgla o 850 000 ton rocznie i wygenerowało korzyści ekonomiczne w wysokości ponad 230 milionów juanów, co w pełni demonstruje niskoemisyjną wartość wymienników ciepła.
Typy rdzeni i cechy techniczne: Odpowiednie dla wielu scenariuszy kotłów w hutach stali
W hutach stali występują różne typy kotłów, różniące się znacznie charakterystyką ciepła odpadowego - temperaturami w zakresie od 100 stopni C do 1050 stopni C i złożonym składem gazów spalinowych (w tym siarka, chlor, pył itp.). Odpowiednie wymienniki ciepła do odzyskiwania ciepła z kotła również są zróżnicowane, z rdzeniem obracającym się wokół „wykorzystania kaskady, precyzyjnej wymiany ciepła”, dostosowując się do różnych scenariuszy kotła i jakości ciepła odpadowego, osiągając maksymalne wykorzystanie zasobów ciepła odpadowego i rozwiązując problemy, takie jak korozja, gromadzenie się popiołu i pogorszenie wydajności tradycyjnego sprzętu.
(1) Typy głównych wymienników ciepła i zalety technologiczne
1. Inteligentna kontrola temperatury z podwójnym wymiennikiem ciepła do wstępnego podgrzewania: Wykorzystując olej termiczny jako medium grzewcze, konstruuje się system wymiany ciepła „gaz spalinowy, olej termiczny, powietrze/gaz”, składający się z wymiennika ciepła gazów spalinowych, powietrznego wymiennika ciepła, gazowego wymiennika ciepła i inteligentnego systemu sterowania, odpowiedni głównie do nisko-odzysku ciepła odpadowego ze spalin z wielkiego pieca i kotła gazowego. Jego podstawową zaletą jest zasadnicze rozwiązanie problemu korozji punktu rosy w niskiej-temperaturze kwasu, złagodzenie zjawiska gromadzenia się popiołu, a żywotność sprzętu może sięgać ponad 10 lat, znacznie przekraczając żywotność tradycyjnych płytowych i rurowych wymienników ciepła o 3-5 lat. W normalnych warunkach pracy ciepło odpadowe przy temperaturze gazów spalinowych na wlocie wynoszącej 280 stopni można odzyskać w celu wstępnego podgrzania gazu i powietrza do temperatury 190 stopni; Gdy temperatura na wlocie gazów spalinowych wynosi 330 stopni, temperaturę wstępnego podgrzewania można zwiększyć do 230 stopni, a temperaturę spalin można obniżyć do poniżej 130 stopni, przy czym minimum 100 stopni.
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 stopni) wykorzystuje moduł przenoszenia ciepła przez promieniowanie typu tulejowego do przenoszenia energii cieplnej poprzez charakterystykę promieniowania gazów spalinowych, unikając uszkodzeń na skutek naprężeń termicznych; Gdy temperatura spadnie poniżej 750 stopni, należy przejść do trybu konwekcyjnego przenoszenia ciepła, co w połączeniu z-wysoką wydajnością wymiany ciepła, jaką zapewniają płytowe wymienniki ciepła, powoduje, że współczynnik przenikania ciepła może osiągnąć 3500 W/(m ² · K), a powierzchnia zajmowana przez sprzęt jest zmniejszona o ponad 40% w porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami [2]. Po remoncie wielkiego pieca o pojemności 2000 m3 w pewnej hucie, wydajność odzysku ciepła jawnego z gazu wzrosła o 22%, co pozwoliło zaoszczędzić 12 000 ton standardowego węgla rocznie.
3. Rurowy wymiennik ciepła: jeden z najczęściej stosowanych typów. Rdzeń składa się z wielu-metalowych rur odpornych na wysokie temperatury (takich jak stal nierdzewna 310S, stop Inconel itp.). Spaliny o wysokiej temperaturze wypływają na zewnątrz wiązki rur, a podgrzewane medium krąży wewnątrz rury, osiągając wymianę ciepła poprzez przewodzenie ciepła przez ściankę rury. Konstrukcja jest solidna, wytrzymuje wysokie temperatury i ciśnienia dochodzące do 800-1200 stopni, jest łatwa do czyszczenia i konserwacji oraz nadaje się do stosowania w środowiskach gazów spalinowych o dużej zawartości pyłu, takich jak wielkie piece i konwertory w stalowniach. W 120-tonowym konwertorze specjalnego przedsiębiorstwa stalowego zastosowano wymiennik ciepła z rurami spiralnymi ożebrowanymi o powierzchni wymiany ciepła wynoszącej 3200 metrów kwadratowych. Żebra wykonane są ze stopu niklowo-chromowego o odporności temperaturowej 850 stopni, skutecznie przeciwstawiając się korozji wysokotemperaturowej i obniżając temperaturę gazów spalinowych z 800 stopni do 280 stopni. Efekt odzysku ciepła odpadowego jest znaczący.
4. Płytowy wymiennik ciepła: stosując płyty z blachy falistej jako elementy wymiany ciepła, pomiędzy płytami tworzą się wąskie kanały, a-spaliny o wysokiej temperaturze przepływają odwrotnie do ogrzewanego czynnika. Powierzchnia wymiany ciepła jest duża, a wydajność wysoka, o 10% -30% wyższa niż w przypadku tradycyjnych rurowych wymienników ciepła. Kompaktowa objętość nadaje się do scenariuszy o ograniczonej przestrzeni. W przypadku gazów spalinowych o wysokiej temperaturze 650 stopni w piecu grzewczym do walcowania stali, płytowy wymiennik ciepła typu przeciwpopiołowego przyjmuje specjalną konstrukcję płytową i jest wyposażony w automatyczny system oczyszczania popiołu, który może wykorzystać ciepło gazów spalinowych do wstępnego podgrzania powietrza do spalania i wody chłodzącej walcownię, zmniejszając zużycie paliwa w piecu grzewczym o 10%.
5. Pomocnicze wymienniki ciepła: w tym ekonomizery, podgrzewacze powietrza, wymienniki ciepła z rurami cieplnymi itp., stosowane głównie do odzyskiwania ciepła odpadowego w średnich i niskich temperaturach (temperatura<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%.
Trendy branżowe i perspektywy rozwoju
Dzięki promocji krajowego „Specjalnego Planu Działań na rzecz Poszanowania Energii i Redukcji Węgla w Hutnictwie” do końca 2025 roku zużycie energii na jednostkę produktu wielkich pieców i konwertorów w hutnictwie zmniejszy się o ponad 1% w porównaniu do 2023 roku, a całkowite zużycie energii na tonę stali zmniejszy się o ponad 2%. Wymienniki ciepła do odzyskiwania ciepła z kotłów, jako podstawowe urządzenia oszczędzające energię i ograniczające emisję dwutlenku węgla, otworzą szerszą przestrzeń rozwoju. Biorąc pod uwagę potrzeby rozwoju branży i kierunki innowacji technologicznych, w przyszłości będą widoczne trzy główne trendy rozwojowe w zakresie wymienników ciepła z odzyskiem ciepła z kotłów.
Jednym z nich jest unowocześnienie inteligencji technologicznej poprzez integrację nowych technologii, takich jak sztuczna inteligencja, cyfrowe bliźniaki i internet rzeczy, aby uzyskać monitorowanie-w czasie rzeczywistym, precyzyjną regulację i ostrzeganie o usterkach dotyczących stanu działania wymienników ciepła, co jeszcze bardziej poprawia efektywność wymiany ciepła oraz zmniejsza koszty eksploatacji i konserwacji. Jednocześnie rozwój adaptacyjnych wymienników ciepła może automatycznie dostosowywać parametry operacyjne w oparciu o wahania temperatury i natężenia przepływu ciepła odpadowego, dostosowując się do złożonych scenariuszy wykorzystania ciepła odpadowego w stalowniach.
Drugi to innowacja materiałowa i konstrukcyjna polegająca na wykorzystaniu bardziej zaawansowanych-temperatur i{1}}odpornych na korozję materiałów stopowych, takich jak INCONEL 625, stal nierdzewna 310S itp., w celu poprawy stabilności wymiennika ciepła w środowiskach o wysokiej temperaturze, wysokiej korozji i dużym zapyleniu; Optymalizuj projekt konstrukcyjny wymienników ciepła, opracowuj kompaktowe i wydajne wymienniki ciepła, zmniejszaj zajmowaną powierzchnię i poprawiaj wykorzystanie przestrzeni, na przykład zmniejszając powierzchnię-wysokotemperaturowych płaszczowych wymienników ciepła o ponad 40% w porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami.
Trzeci to rozwój integracji systemów, która łączy wymienniki ciepła do odzyskiwania ciepła z kotłów z systemami odzyskiwania gazu, obiegu pary i magazynowania energii w celu zbudowania zintegrowanego systemu recyklingu energii, zwiększenia samowystarczalności energetycznej-przedsiębiorstwa oraz radzenia sobie z wahaniami cen energii elektrycznej i zagrożeniami związanymi z dostawami energii; Jednocześnie łączy nowe technologie wytapiania, takie jak metalurgia wodoru, optymalizacja konstrukcji wymienników ciepła, dostosowanie do nowych konstrukcji źródeł ciepła oraz promowanie przemysłu stalowego w celu przejścia od „oszczędności energii i redukcji emisji dwutlenku węgla” do „zero emisji dwutlenku węgla”.
Ponadto, wraz z ciągłym doskonaleniem standardów branżowych, np. promowaniem standardów branżowych w zakresie odzyskiwania ciepła odpadowego z gazu wznośnego z pieca koksowniczego, zastosowanie wymienników ciepła do odzyskiwania ciepła z kotłów będzie bardziej ujednolicone i ujednolicone, promując ogólny poziom efektywności energetycznej w branży. Zgodnie z krajową zdolnością produkcyjną żelaza wynoszącą 1 miliard ton, jeśli w pełni promowane będą zaawansowane wymienniki ciepła do odzyskiwania ciepła z kotłów, można zaoszczędzić około 4,8 miliarda juanów na kosztach i zmniejszyć emisję dwutlenku węgla o 5,2 miliona ton rocznie, co przyniesie znaczne korzyści ekonomiczne i środowiskowe.
