Tepelný výměník s rekuperací tepla kotle umožňuje úsporu energie a redukci uhlíku v ocelářském průmyslu
Umístění jádra: Základní hodnota výměníků tepla s rekuperací tepla kotlů
Výrobu oceli nelze oddělit od podpory různých typů kotlů, jako jsou vysokopecní horkovzdušná kamna, plynové energetické kotle, chladiče sintrovacích prstenců, koksové pece atd. Tato zařízení produkují velké množství odpadního tepla při různých teplotních úrovních během provozu - od spalin o střední a nízké teplotě při 100 stupních po vysokoteplotní spaliny o 1050 stupních . Pokud je přímo vypouštěn, způsobuje nejen vážné plýtvání energií, ale také zhoršuje tepelné znečištění životního prostředí. Základní hodnota výměníků tepla s rekuperací tepla z kotlů spočívá ve vybudování uzavřeného-systému „zachycování odpadního tepla účinného opětovného využití energie tepelné výměny“, který přesně odpovídá charakteristikám odpadního tepla kotlů v ocelárnách, přeměňuje ztracené odpadní teplo na využitelnou energii, jako je předehřívání spalovacího vzduchu, ohřev napájecí vody kotle a generování páry, čímž se dosahuje „přeměny odpadu na poklad“. Jeho výkon přímo určuje účinnost rekuperace odpadního tepla z kotle a efekty-úspory energie a snižování uhlíku a je klíčovým mostem spojujícím odpadní teplo z kotle a opětovné využití energie.
(1) Úspora energie a snížení spotřeby, zlepšení účinnosti využití energie
V odpadním teple vyzařovaném z ocelárenských kotlů představuje teplo přenášené vysokoteplotními spalinami více než 40 % celkového odvodu tepla zařízení. Vysoce kvalitní výměníky tepla s rekuperací tepla kotlů mohou dosáhnout účinnosti přenosu tepla přes 85 %, což výrazně zlepšuje účinnost využití energie. Například poté, co jsou spaliny z vysokopecních horkovzdušných kamen ošetřeny výměníkem tepla, lze vzduch a plyn předehřát na 190-380 stupňů, což výrazně snižuje spotřebu paliva horkovzdušných kamen a pomáhá zlepšit konečnou energetickou účinnost procesu ve vysoké peci. Celkový přínos lze zvýšit o 2 % -4 %; Po zavedení velkého rotačního výměníku tepla do vysoké pece o objemu 2 500 metrů krychlových jistého 10 milionů tun ocelářského podniku se teplota spalovacího vzduchu zvýšila z pokojové teploty na 380 stupňů, účinnost spalování paliva ve vysoké peci se zvýšila o 12 % a poměr koksu se snížil z 550 kg/t na 480 kg/t, čímž se dosáhlo významných úspor energie. Současně může výměník tepla snížit teplotu výfuku z kotle na 100-130 stupňů, čímž se zabrání tepelným ztrátám a podpoří celkovou úroveň spotřeby energie ocelárny tak, aby se přiblížila průmyslovému standardu.
(2) Snížit náklady a zvýšit efektivitu, posílit základní konkurenceschopnost podniků
Náklady na energii jsou důležitou složkou výrobních nákladů ocelářských podniků. Rekuperační výměníky tepla z kotlů přímo snižují provozní náklady podniků tím, že snižují spotřebu nakupovaného paliva a elektřiny a zároveň snižují investice do provozu a údržby zařízení a dosahují dvojího zvýšení účinnosti. Vezmeme-li jako příklad vysokou pec v Qinggangu o objemu 1800 metrů krychlových, s podporou vyhrazeného tepelného výměníku s rekuperací tepla lze každý rok získat další množství tepla, což odpovídá úspoře 39,57 milionu standardních metrů krychlových plynu. V kombinaci se snížením úniku vzduchu a úsporou plynu dosahují roční přínosy-úspor energie 9,116 milionu juanů. Po odečtení provozních nákladů činí přírůstkové úspory energie-asi 8,91 milionů juanů; Dílna na konvertory o hmotnosti 120 tun používá výměník tepla ze spirálových žebrovaných trubek, který dokáže získat zpět 12 milionů kcal tepla na ocelovou pec, což odpovídá úspoře 1,2 tuny standardního uhlí. Roční výroba energie se zvýší o 18 milionů kWh a cyklus údržby zařízení se sníží ze 4krát ročně na 2krát, což snižuje náklady na údržbu o 40 %. Pro velké ocelářské podniky může kompletní systém výměníku tepla s rekuperací tepla z kotlů snížit náklady o miliony nebo dokonce desítky milionů juanů ročně, což výrazně zvýší konkurenceschopnost společnosti na trhu.
(3) Snížení zeleného uhlíku, které napomáhá nízkouhlíkové transformaci průmyslu
V rámci cíle „dvou uhlíku“ čelí ocelářský průmysl přísným požadavkům na snižování emisí. Rekuperační výměníky tepla z kotlů mohou účinně snížit spotřebu energie, jako je uhlí a zemní plyn, tím, že namísto spalování fosilních paliv rekuperují odpadní teplo, čímž se snižují emise znečišťujících látek, jako je oxid uhličitý, oxid siřičitý a oxidy dusíku. Podle výpočtů lze na každý 1GJ využitého odpadního tepla snížit přibližně 80-100 kg emisí oxidu uhličitého; Vezmeme-li jako příklad ocelářský podnik s výrobní kapacitou 5 milionů tun, s podporou výměníků tepla z kotlů lze ročně snížit 26 000 tun oxidu uhličitého, 750 tun oxidu siřičitého a 375 tun oxidů dusíku. Speciální ocel Shiheng rekuperuje odpadní teplo ze surového uhelného plynu prostřednictvím výměníku tepla se stoupacím pláštěm koksárenské pece, čímž dosahuje mnoha výhod snížení spotřeby energie při koksování a kontroly emisí znečišťujících látek. Její projekt snižování a fixace uhlíku v koprodukci z temperované oceli snižuje emise uhlíku o 300 000 tun ročně a byl ministerstvem ekologie a životního prostředí uznán jako „typický případ uhlíkové neutrality“; Po nasazení různých výměníků tepla s rekuperací tepla během celého procesu snížil přední ocelářský podnik emise oxidu uhličitého o 850 000 tun ročně a vytvořil ekonomické výhody ve výši více než 230 milionů juanů, což plně prokázalo nízkouhlíkovou hodnotu výměníků tepla.
Typy jader a technické vlastnosti: Vhodné pro scénáře více kotlů v ocelárnách
V ocelárnách existují různé typy kotlů s výraznými rozdíly v charakteristikách odpadního tepla - teplot v rozmezí od 100 °C do 1050 °C a složitým složením spalin (včetně síry, chlóru, prachu atd.). Odpovídající výměníky tepla s rekuperací tepla kotlů také vykazují různé typy, přičemž jádro se točí kolem „využití kaskády, přesné výměny tepla“, přizpůsobuje se různým scénářům kotlů a kvalitě odpadního tepla, dosahuje maximálního využití zdrojů odpadního tepla a řeší bolestivé body, jako je koroze, hromadění popela a degradace výkonu tradičních zařízení.
(1) Hlavní typy výměníků tepla a technologické výhody
1. Inteligentní tepelný výměník s dvojitým předehříváním: Pomocí tepelného oleje jako tepelného média je zkonstruován systém výměny tepla „spalinový tepelný olej vzduch/plyn“, sestávající z výměníku tepla spalin, vzduchového výměníku tepla, plynového výměníku tepla a inteligentního řídicího systému, vhodný především pro nízkoteplotní rekuperaci odpadního tepla spalin z vysokopecních horkovzdušných kamen a plynové elektrárny. Jeho hlavní výhodou je zásadně vyřešit problém nízkoteplotní kyselé koroze rosného bodu, zmírnit fenomén hromadění popela a životnost zařízení může dosáhnout více než 10 let, což výrazně převyšuje životnost tradičních deskových a tepelných výměníků o 3-5 let. Za normálních provozních podmínek může být odpadní teplo při vstupní teplotě spalin 280 stupňů rekuperováno pro předehřátí plynu a vzduchu na teplotu 190 stupňů; Když je vstupní teplota spalin 330 stupňů, teplotu předehřevu lze zvýšit na 230 stupňů a teplotu výfuku lze snížit pod 130 stupňů s minimem 100 stupňů.
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 stupňů) používá radiační modul přenosu tepla typu rukávu k přenosu tepelné energie prostřednictvím vyzařovacích charakteristik spalin, čímž se zabrání poškození tepelným pnutím; Když teplota klesne pod 750 stupňů , přepněte na režim konvekčního přenosu tepla, v kombinaci s vysokou-výhodou přenosu tepla deskových výměníků tepla může součinitel prostupu tepla dosáhnout 3500 W/(m ² · K) a půdorys zařízení se v porovnání s tradičními řešeními sníží o více než 40 % [2]. Po renovaci 2000 m ³ vysoké pece v určité ocelárně se účinnost plynové rekuperace tepla zvýšila o 22 %, čímž se ročně ušetří 12 000 tun standardního uhlí.
3. Trubkový výměník tepla: Jeden z nejpoužívanějších typů, jádro je složeno z několika vysokoteplotně odolných kovových trubek (jako je nerezová ocel 310S, slitina Inconel atd.). Vysokoteplotní spaliny proudí vně svazku trubek a ohřívané médium cirkuluje uvnitř trubky, čímž se dosahuje přenosu tepla vedením tepla stěnou trubky. Konstrukce je robustní, schopná odolat vysokým teplotám a tlakům 800-1200 stupňů, snadno se čistí a udržuje a je vhodná do prostředí spalin s vysokým obsahem prachu, jako jsou vysoké pece a konvertory v ocelárnách. Konvertor speciální oceli o hmotnosti 120 tun využívá spirálový výměník tepla s žebrovanými trubkami s jedinou teplosměnnou plochou 3200 metrů čtverečních. Žebra jsou vyrobena z materiálu ze slitiny niklu a chromu s teplotní odolností 850 stupňů, účinně odolává vysokoteplotní korozi a snižuje teplotu spalin z 800 stupňů na 280 stupňů. Významný je efekt rekuperace odpadního tepla.
4. Deskový výměník tepla: Pomocí vlnitých kovových desek jako prvků tepelné výměny jsou mezi deskami vytvořeny úzké kanály a vysokoteplotní spaliny proudí opačně s ohřívaným médiem. Oblast přenosu tepla je velká a účinnost je vysoká, což je o 10 % -30 % vyšší než u tradičních trubkových výměníků tepla. Kompaktní objem je vhodný pro scénáře s omezeným prostorem. Pro vysokoteplotní spaliny 650 stupňů v ocelové válcovací topné peci má deskový výměník tepla proti popelu speciální deskový design a je vybaven systémem automatického čištění popela, který může využít teplo spalin k předehřátí spalovacího vzduchu a chladicí vody válcovny, čímž se sníží spotřeba paliva topné pece o 10 %.
5. Pomocné výměníky tepla: včetně ekonomizérů, předehřívačů vzduchu, výměníků tepla s tepelnými trubicemi atd., které se používají hlavně pro střední a nízké teploty odpadního tepla (teplota<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 v oboru a vyhlídky rozvoje
S podporou národního „Zvláštního akčního plánu pro úsporu energie a snižování emisí uhlíku v ocelářském průmyslu“ se do konce roku 2025 sníží spotřeba energie na jednotku produktu vysokých pecí a konvertorů v ocelářském průmyslu o více než 1 % ve srovnání s rokem 2023 a celková spotřeba energie na tunu oceli se sníží o více než 2 %. Rekuperační výměníky tepla z kotlů, jakožto základní zařízení pro úsporu energie a redukci uhlíku, otevřou širší vývojový prostor. Na základě potřeb rozvoje průmyslu a směrů technologických inovací budou v budoucnu existovat tři hlavní vývojové trendy pro výměníky tepla s rekuperací tepla z kotlů.
Jedním z nich je modernizace technologické inteligence, integrace nových technologií, jako je umělá inteligence, digitální dvojčata a internet věcí, za účelem dosažení-monitorování v reálném čase, přesné regulace a varování před poruchami provozního stavu výměníků tepla, což dále zlepšuje účinnost výměny tepla a snižuje náklady na provoz a údržbu. Vývoj adaptivních výměníků tepla zároveň dokáže automaticky upravovat provozní parametry na základě kolísání teploty odpadního tepla a průtoku a přizpůsobovat se tak složitým scénářům odpadního tepla v ocelárnách.
Druhým je inovace materiálu a konstrukce s využitím pokročilejších slitinových materiálů odolných vůči vysokým-teplotám a korozi-, jako je INCONEL 625, nerezová ocel 310S atd., ke zlepšení stability výměníku tepla v prostředí s vysokou teplotou, vysokou korozí a vysokou prašností. Optimalizujte konstrukční návrh výměníků tepla, vyvíjejte kompaktní a účinné výměníky tepla, zmenšete půdorys a zlepšete využití prostoru, například snížení půdorysu vysokoteplotních výměníků tepla s pouzdrem o více než 40 % ve srovnání s tradičními řešeními.
Třetím je vývoj systémové integrace, která kombinuje výměníky tepla s rekuperací tepla kotlů s rekuperací plynu, parním cyklem a systémy skladování energie za účelem vybudování integrovaného systému recyklace energie, zvýšení podnikové energetické soběstačnosti a vyrovnání se s kolísáním cen elektřiny a riziky dodávek energie; Současně kombinuje nové technologie tavení, jako je vodíková metalurgie, optimalizuje konstrukci výměníků tepla, přizpůsobuje se novým strukturám zdrojů tepla a podporuje ocelářský průmysl, aby přešel od „úspory energie a snižování uhlíku“ k „nulovým emisím uhlíku“.
Kromě toho s neustálým zlepšováním průmyslových standardů, jako je podpora průmyslových standardů pro rekuperaci odpadního tepla ze stoupacího plynu koksárenské pece, bude použití výměníků tepla s rekuperací tepla z kotlů více standardizováno a standardizováno, což podpoří celkovou úroveň energetické účinnosti v tomto odvětví. Podle národní kapacity výroby železa ve výši 1 miliardy tun, pokud budou plně podporovány pokročilé výměníky tepla s rekuperací tepla z kotlů, může to ušetřit asi 4,8 miliardy juanů na nákladech a snížit emise oxidu uhličitého o 5,2 milionu tun ročně, s významnými ekonomickými a ekologickými přínosy.
