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 1概述

钢铁产业是我国国民经济的支柱产业,钢铁企业既是能耗大户,又是污染大户。我国钢铁企业吨钢综合能耗比国际先进水平高出很多,因此钢铁企业节能降耗对企业自身、环境保护和国民经济都有非常重要的意义。

高炉热风炉的烟气温度多在300℃以上,对其显热的回收可以提高热风温度,降低高炉焦比。高温风操作对降低焦比、降低生铁成本有重要的影响。对热风炉的余热回收,现在普遍采用热管式换热器。

热管本身启动性好、内阻低,这些独特的性能使得该种换热器在这种场合有着很好的应用效果。本文介绍两种热管换热器,整体式换热器和分体式换热器,并对比两种换热器在高炉热风炉余热回收中的优缺点,并通过实例加以说明。

2换热器的结构形式

根据现场设备布局的限制条件,热管换热器的结构形式可分为两种:整体式换热器和分体式换热器。

21整体式换热器

整体式换热器设备由烟气侧箱体、煤气侧箱体、空气侧箱体、换热管(热管)及管板构成。设备一般采用立式布置结构,换热管垂直布置。热侧和冷侧换热面通过中间管板分隔开。空气侧换热管与中间管板的连接采用法兰密封;煤气侧换热管与中间管板的连接采用焊接,防止煤气泄露。其特点如下:

(1)传热效率高,单位传热面积大;

(2)不需要辅助动力;

(3)通过合理设计,其压降可减至相当低的程度;

(4)无运动部件,运行安全性高;

(5)结构简单,可以按高炉大小及现场条件单独进行设计;

(6)投资少,运行费用低,维修量小;

(7)大直径空气和煤气管道的往复造成介质运行的阻力加大;

(8)换热器的大型化和清灰比较困难;

(9)250-350"C的温度区间内,热管内除水外尚未发现有更合适的工质供选用,而水的蒸汽压力随温升呈指数规律增加,高温时管壳易破裂,所以必须采用安全的监控措施和严密的操作规程;

(10)设备的一体化造成换热管的长度大,设备制造和运输等难度均较大。

22分体式换热器

分体式换热设备由烟气侧箱体、烟气侧换热管排,煤气侧箱体、煤气侧换热管排,空气侧箱体、空气侧换热管排以及中间连接管等部分构成。整个设备热侧介质为热风炉尾部烟气,冷侧介质分别为高炉煤气和助燃空气,将烟气侧吸热换热面和煤气侧以及空气侧放热换热面分别布置在彼此独立的通道内。烟气侧吸热面分为两部分,吸收的烟气热量通过连通管分别传递给煤气侧放热面和空气侧放热面,进而对流放热,将热量传递给煤气和空气。

分体式换热器除了具有整体式换热器的基本优点外,还可以满足设备大型化的要求。其吸热面和放热面是分开的,换热管不用做得很长,就能解决大型设备使用整体式换热器需要过长换热管的问题;由于各个换热面彼此独立布置在不同的通道中,因此分体式换热器可以实现远距离传热,将换热面直接布置在各介质的通道上,避免了复杂的管道系统的出现,设备运行阻力小,同时,煤气侧箱体仅有联管和烟气侧箱体连接,可以更方便地设计密封结构,对煤气这种易燃易爆介质的密封要求方面,能更安全的实现。

另外分体式换热器可以用一种热源加热多种冷源,在热风炉的余热回收上,可以用烟气的显热同时加热燃料和助燃空气两种冷源,能****幅度回收热量,尽可能少地排放热污染,提高能源利用率。

分体式换热器在高炉热风炉的余热回收方面优点明显大于整体式换热器。分体式换热器在高炉热风炉余热回收系统使用原理见图l

当然分体式换热器也有很多限制因素,对分离距离和高度有一定要求,中间联管有一定的热损失,现场施工量大而且必须按照压力容器规定执行,施工完成需接受当地有关部门检查,确认合格后才能投入使用。

23对比分析

取两个较相近的工况进行对比,具体参数如下。

(1)分体式(A钢厂1000m3高炉热风炉空气,煤气双预热器)方案。

已知:烟气量l275m3h,煤气量85m3h,空气量555m3h

烟气温度320*(2,煤气温度35℃,空气温度20

设计:考虑到烟气露点温度、运行阻力、制造运输等因素,对热力参数计算后,将其设计参数列表见表l

通过施工图设计后,设备总重量为1542t

运输方式:分体运输、现场组装。

现场主要施工量:吊装、组对、压力试验、抽真空、灌料等。

(2)整体式(B钢厂900m3高炉热风炉空气,煤气双预热器)方案。

已知:烟气量l25m3h,煤气量8m3h,空气量57万/h。烟气温度300*(2,煤气温度35℃,空气温度l5

设计:其设计参数见表2

通过施工图设计后,设备总重量为:4844t

运输方式:主体整装运输,其他附件分体运输。

现场主要施工量:吊装、烟道连接、气压试验。

(3)对比分析。

①换热量的对比。由于分体式换热器的设计过程中受影响的条件较整体式少,能够****限度地将烟气的热量回收,因此其换热量比整体式换热设计要大很多。且由于设计方式灵活,其设备阻力较整体式换热器要小得多。

②设备质量对比。由于分体式换热器的热侧换热和冷侧换热距离较远,需要大量的中间联管及结构件等附件,造成分体式换热器的设备质量比整体式换热器的质量要大得多,同理,初期投资的费用也要比整体式换热器大很多。

③运输和安装对比。分体式换热器的设备需要现场注料,决定了其结构必须是分体运输,现场组对。此结构方式运输容易,但现场工作量大,加工质量不好保证。整体式换热器主体设备可在加工厂一次完成,质量上能有所保证,但设计过程中需要考虑设备运输极限,本体设备的设计不能太大,决定了整体式换热器不能使用于大型的高炉热风炉余热回收系统中。

综上所述,在高炉风量较小的情况下,宜采用整体式换热器,其设备质量、运输方便程度等均较分体式换热器优势明显;在高炉风量大的情况下,宜采用分体式换热器,能****限度地回收烟气热量,减小运行费用。

3前景与展望

随着现在能源使用情况的发展,大型化的生产更能提高能源的利用率。现代高炉均朝着大型化方向发展,分体式换热器的使用将越来越普及。尽管分体式换热器的投资大,现场工作量大,但其优良的热量回收及较低的运行费用,以及整体式换热器自身的局限性,决定了分体式换热器将更多地代替整体式换热器,成为高炉热风炉余热回收的****设备。

分体式换热器还有很大的发展空间,其现场工作的简化和操作性能的提高以及对现场工作质量保证的技术方式革新等方面的提高,均能促进分体式热管换热器的应用和发展。

 

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