Výmenník tepla s rekuperáciou tepla kotla umožňuje šetrenie energie a redukciu uhlíka v oceliarskom priemysle
Umiestnenie jadra: Hlavná hodnota výmenníkov tepla s rekuperáciou tepla kotla
Výrobu ocele nemožno oddeliť od podpory rôznych typov kotlov, ako sú vysokopecné teplovzdušné kachle, plynové kotly na výrobu elektrickej energie, spekacie kruhové chladiče, koksové pece atď. Tieto zariadenia generujú veľké množstvo odpadového tepla pri rôznych teplotných úrovniach počas prevádzky - od stredne a nízkoteplotných spalín pri 100 stupňoch až po vysokoteplotné spaliny pri 1050 stupňoch . Ak sa priamo vypúšťa, spôsobuje nielen vážne plytvanie energiou, ale tiež zhoršuje tepelné znečistenie životného prostredia. Základná hodnota výmenníkov tepla na rekuperáciu tepla kotla spočíva vo vybudovaní uzavretého-systému „zachytenia odpadového tepla a efektívneho opätovného využitia energie pri výmene tepla“, ktorý presne zodpovedá charakteristikám odpadového tepla kotlov v oceliarni, premieňa stratené odpadové teplo na využiteľnú energiu, ako je predhrievanie spaľovacieho vzduchu, ohrev napájacej vody kotla a výroba pary, čím sa dosahuje „premena odpadu na poklad“. Jeho výkon priamo určuje účinnosť rekuperácie odpadového tepla z kotla a efekty-úspory energie a redukcie uhlíka a je kľúčovým mostom spájajúcim odpadové teplo z kotla a opätovné využitie energie.
(1) Úspora energie a zníženie spotreby, zlepšenie účinnosti využitia energie
V odpadovom teple vyžarovanom z kotlov oceliarní tvorí len teplo prenášané- spalinami s vysokou teplotou viac ako 40 % celkového rozptylu tepla zariadením. Vysokokvalitné výmenníky tepla s rekuperáciou tepla kotla môžu dosiahnuť účinnosť prenosu tepla viac ako 85%, čo výrazne zlepšuje účinnosť využitia energie. Napríklad po úprave spalín z vysokopecnej pece pomocou výmenníka tepla je možné vzduch a plyn predhriať na 190-380 stupňov, čím sa výrazne zníži spotreba paliva teplovzdušnej pece a pomôže sa zlepšiť konečná energetická účinnosť procesu vo vysokej peci. Celkový prínos sa môže zvýšiť o 2 % -4 %; Po zavedení veľkého rotačného výmenníka tepla do vysokej pece s objemom 2 500 metrov kubických určitého 10 miliónov ton oceliarskeho podniku sa teplota spaľovacieho vzduchu zvýšila z izbovej teploty na 380 stupňov, účinnosť spaľovania paliva vo vysokej peci sa zvýšila o 12 % a pomer koksu sa znížil z 550 kg/t na 480 kg/t, čím sa dosiahli významné úspory energie. Výmenník tepla môže súčasne znížiť teplotu výfukových plynov z kotla na 100-130 stupňov, čím sa zabráni tepelným stratám a podporí celkovú úroveň spotreby energie oceliarne, aby sa priblížila k priemyselným štandardom.
(2) Znížiť náklady a zvýšiť efektívnosť, zvýšiť základnú konkurencieschopnosť podnikov
Náklady na energiu sú dôležitou súčasťou výrobných nákladov oceliarskych podnikov. Výmenníky tepla s rekuperáciou tepla z kotla priamo znižujú prevádzkové náklady podnikov znížením spotreby nakupovaného paliva a elektriny a zároveň znižujú investície do prevádzky a údržby zariadení, čím sa dosahujú dvojité zisky v účinnosti. Ak si vezmeme ako príklad vysokú pec v Qinggangu s objemom 1 800 metrov kubických, s podporou špeciálneho výmenníka tepla na rekuperáciu tepla možno každý rok získať ďalšie množstvo tepla, čo zodpovedá úspore 39,57 milióna štandardných metrov kubických plynu. V kombinácii so znížením úniku vzduchu a úsporou plynu dosahujú ročné výhody{5}}úspory energie 9,116 milióna juanov. Po odpočítaní prevádzkových nákladov sú prírastkové výhody-úspory energie približne 8,91 milióna juanov; 120-tonová konvertorová dielňa využíva špirálový rebrovaný rúrkový výmenník tepla, ktorý dokáže získať 12 miliónov kcal tepla na pec z ocele, čo zodpovedá úspore 1,2 tony štandardného uhlia. Ročná výroba energie sa zvýši o 18 miliónov kWh a cyklus údržby zariadenia sa zníži zo 4-krát za rok na 2-krát, čím sa náklady na údržbu znížia o 40 %. Pre veľké oceliarske podniky môže kompletný systém výmenníka tepla s rekuperáciou tepla znížiť náklady o milióny alebo dokonca desiatky miliónov juanov ročne, čím sa výrazne zvýši konkurencieschopnosť spoločnosti na trhu.
(3) Redukcia zeleného uhlíka, ktorá napomáha nízkouhlíkovej{1}}transformácii tohto odvetvia
V rámci cieľa „dvojakého uhlíka“ čelí oceliarsky priemysel prísnym požiadavkám na znižovanie emisií. Výmenníky tepla s rekuperáciou tepla kotla môžu účinne znížiť spotrebu energie, ako je uhlie a zemný plyn, tým, že namiesto spaľovania fosílnych palív získavajú odpadové teplo, čím sa znižujú emisie znečisťujúcich látok, ako je oxid uhličitý, oxid siričitý a oxidy dusíka. Podľa výpočtov sa na každý 1 GJ zhodnoteného odpadového tepla môže znížiť približne 80-100 kg emisií oxidu uhličitého; Ako príklad uvedieme oceliarsky podnik s výrobnou kapacitou 5 miliónov ton, s podporou výmenníkov tepla na rekuperáciu tepla z kotlov možno ročne znížiť 26 000 ton oxidu uhličitého, 750 ton oxidu siričitého a 375 ton oxidov dusíka. Špeciálna oceľ Shiheng rekuperuje odpadové teplo zo surového uhoľného plynu prostredníctvom výmenníka tepla s plášťom koksovej pece, čím sa dosahuje viacero výhod zníženia spotreby energie pri koksovaní a kontroly emisií znečisťujúcich látok. Jeho projekt na zníženie a fixáciu uhlíka v koprodukcii temperovanej ocele znižuje emisie uhlíka o 300 000 ton ročne a ministerstvo ekológie a životného prostredia ho uznalo za „typický prípad uhlíkovej neutrality“. Po nasadení rôznych výmenníkov tepla na rekuperáciu tepla počas celého procesu vedúci oceliarsky podnik znížil emisie oxidu uhličitého o 850 000 ton ročne a vytvoril ekonomické výhody vo výške viac ako 230 miliónov juanov, čo plne demonštruje nízkouhlíkovú hodnotu výmenníkov tepla.
Typy jadier a technické vlastnosti: Vhodné pre scenáre viacerých kotlov v oceliarňach
V oceliarňach existujú rôzne typy kotlov s výraznými rozdielmi v charakteristikách odpadového tepla -, teplota sa pohybuje od 100 °C do 1050 °C, a zložité zloženie spalín (vrátane síry, chlóru, prachu atď.). Zodpovedajúce výmenníky tepla s rekuperáciou tepla kotlov tiež vykazujú rôzne typy, pričom jadro sa točí okolo „využitia kaskády, presnej výmeny tepla“, prispôsobuje sa rôznym scenárom kotla a kvalite odpadového tepla, dosahuje maximálne využitie zdrojov odpadového tepla a riešia bolestivé body, ako je korózia, hromadenie popola a degradácia výkonu tradičných zariadení.
(1) Hlavné typy výmenníkov tepla a technologické výhody
1. Inteligentný dvojitý predhrievací výmenník tepla s reguláciou teploty: Pomocou tepelného oleja ako tepelného média je skonštruovaný systém výmeny tepla „spalinový tepelný olej vzduch/plyn“, ktorý pozostáva z výmenníka tepla spalín, vzduchového výmenníka tepla, plynového výmenníka tepla a inteligentného riadiaceho systému, ktorý je vhodný predovšetkým na rekuperáciu odpadového tepla zo spalín pri nízkoteplotných spalinách z vysokopecných teplovzdušných pecí a plynových elektrární. Jeho hlavnou výhodou je zásadne vyriešiť problém nízkoteplotnej korózie s kyslým rosným bodom, zmierniť fenomén hromadenia popola a životnosť zariadenia môže dosiahnuť viac ako 10 rokov, čo výrazne prevyšuje životnosť tradičných doskových a tepelných výmenníkov tepla o 3-5 rokov. Za normálnych prevádzkových podmienok môže byť odpadové teplo pri vstupnej teplote spalín 280 stupňov rekuperované na predhriatie plynu a vzduchu na teplotu 190 stupňov; Keď je vstupná teplota spalín 330 stupňov, teplota predohrevu sa môže zvýšiť na 230 stupňov a teplota výfukových plynov môže byť znížená pod 130 stupňov s minimálnou hodnotou 100 stupňov.
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 stupňov) používa radiačný modul prenosu tepla typu rukávu na prenos tepelnej energie prostredníctvom vyžarovacích charakteristík spalín, čím sa zabráni poškodeniu tepelným napätím; Keď teplota klesne pod 750 stupňov , prepnite na režim konvekčného prenosu tepla, v kombinácii s vysokou -výhodou prenosu tepla doskových výmenníkov tepla môže koeficient prestupu tepla dosiahnuť 3500 W/(m² · K) a pôdorys zariadenia sa zníži o viac ako 40 % v porovnaní s tradičnými riešeniami [2]. Po renovácii 2000 m ³ vysokej pece v istej oceliarni vzrástla účinnosť plynovej rekuperácie tepla o 22 %, čím sa ušetrilo 12 000 ton štandardného uhlia ročne.
3. Rúrkový výmenník tepla: Jeden z najpoužívanejších typov, jadro sa skladá z viacerých- kovových rúrok odolných voči vysokým teplotám (ako je nehrdzavejúca oceľ 310S, zliatina Inconel atď.). Spaliny s vysokou teplotou prúdia mimo zväzku rúrok a médium, ktoré sa má ohrievať, cirkuluje vo vnútri rúry, čím sa dosahuje prenos tepla vedením tepla stenou rúry. Konštrukcia je pevná, je schopná odolávať vysokým teplotám a tlakom 800-1200 stupňov, ľahko sa čistí a udržiava a je vhodná do prostredia spalín s vysokým obsahom prachu, ako sú vysoké pece a konvertory v oceliarňach. Špeciálny oceliarsky konvertor s hmotnosťou 120 ton využíva špirálový rebrovaný rúrkový výmenník tepla s jednou teplovýmennou plochou 3200 metrov štvorcových. Rebrá sú vyrobené z materiálu zliatiny niklu a chrómu s teplotnou odolnosťou 850 stupňov, účinne odolávajú vysokoteplotnej korózii a znižujú teplotu spalín z 800 stupňov na 280 stupňov. Efekt spätného získavania odpadového tepla je významný.
4. Doskový výmenník tepla: Pomocou vlnitých kovových dosiek ako prvkov výmeny tepla sa medzi doskami vytvárajú úzke kanály a spaliny s vysokou teplotou prúdia opačne s ohrievaným médiom. Oblasť prenosu tepla je veľká a účinnosť je vysoká, čo je o 10% -30% vyššia ako u tradičných rúrkových výmenníkov tepla. Kompaktný objem je vhodný pre scenáre s obmedzeným priestorom. Pre vysokoteplotné spaliny 650 stupňov v oceľovej valcovacej vykurovacej peci má doskový výmenník tepla proti popolčeku špeciálnu doskovú konštrukciu a je vybavený automatickým systémom čistenia popola, ktorý môže využiť teplo spalín na predhriatie spaľovacieho vzduchu a chladiacej vody valcovne, čím sa zníži spotreba paliva vykurovacej pece o 10 %.
5. Pomocné výmenníky tepla: vrátane ekonomizérov, predhrievačov vzduchu, tepelných výmenníkov tepla atď., ktoré sa používajú najmä na strednú a nízku teplotu spätného získavania odpadového 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 odvetví a perspektívy rozvoja
S podporou národného „Osobitného akčného plánu na úsporu energie a znižovanie emisií uhlíka v oceliarskom priemysle“ sa do konca roku 2025 zníži spotreba energie na jednotku produktu vysokých pecí a konvertorov v oceliarskom priemysle o viac ako 1 % v porovnaní s rokom 2023 a celková spotreba energie na tonu ocele sa zníži o viac ako 2 %. Výmenníky tepla s rekuperáciou tepla kotla, ako základné zariadenie na úsporu energie a redukciu uhlíka, prinesú širší vývojový priestor. Na základe potrieb rozvoja priemyslu a smerov technologických inovácií budú v budúcnosti existovať tri hlavné vývojové trendy pre výmenníky tepla s rekuperáciou tepla kotlov.
Jedným z nich je inovácia technologickej inteligencie, integrácia nových technológií, ako sú AI, digitálne dvojčatá a internet vecí, s cieľom dosiahnuť-monitorovanie v reálnom čase, presnú reguláciu a varovanie pred poruchami prevádzkového stavu výmenníkov tepla, čím sa ďalej zlepší účinnosť výmeny tepla a znížia sa náklady na prevádzku a údržbu. Vývoj adaptívnych výmenníkov tepla zároveň dokáže automaticky prispôsobovať prevádzkové parametre na základe kolísania teploty odpadového tepla a prietoku a prispôsobovať sa tak zložitým scenárom odpadového tepla v oceliarňach.
Druhým je materiálová a štrukturálna inovácia s použitím pokročilejších zliatinových materiálov odolných voči vysokým -teplotám a korózii-, ako je INCONEL 625, nehrdzavejúca oceľ 310S atď. na zlepšenie stability výmenníka tepla v prostredí s vysokou teplotou, vysokou koróziou a vysokou prašnosťou. Optimalizujte konštrukčný návrh výmenníkov tepla, vyvíjajte kompaktné a efektívne výmenníky tepla, znížte pôdorys a zlepšite využitie priestoru, ako je napríklad zníženie pôdorysu vysokoteplotných výmenníkov tepla o viac ako 40 % v porovnaní s tradičnými riešeniami.
Tretím je vývoj systémovej integrácie, ktorá kombinuje výmenníky tepla s rekuperáciou tepla kotla s rekuperáciou plynu, parným cyklom a systémami skladovania energie s cieľom vybudovať integrovaný systém recyklácie energie, zvýšiť energetickú sebestačnosť podniku a vyrovnať sa s kolísaním cien elektriny a rizikami dodávok energie; Súčasne kombinuje nové technológie tavenia, ako je vodíková metalurgia, optimalizuje dizajn výmenníkov tepla, prispôsobuje sa novým konštrukciám zdrojov tepla a podporuje oceliarsky priemysel, aby prešiel od „úspory energie a redukcie uhlíka“ k „nulovým emisiám uhlíka“.
Okrem toho, s neustálym zlepšovaním priemyselných noriem, ako je podpora priemyselných noriem na zhodnocovanie odpadového tepla zo stúpacieho plynu koksárenských pecí, bude používanie výmenníkov tepla na rekuperáciu tepla z kotlov viac štandardizované a štandardizované, čím sa podporí celková úroveň energetickej účinnosti priemyslu. Podľa národnej kapacity výroby železa vo výške 1 miliardy ton, ak sa plne propagujú pokročilé výmenníky tepla na rekuperáciu tepla kotla, môže to ušetriť približne 4,8 miliardy juanov na nákladoch a znížiť emisie oxidu uhličitého o 5,2 milióna ton ročne s významnými ekonomickými a environmentálnymi výhodami.
