熱管余熱鍋爐在燒結(jié)機(jī)余熱回收及發(fā)電中的應(yīng)用
鋼鐵冶金企業(yè)是國(guó)家支柱產(chǎn)業(yè)，在現(xiàn)代化建設(shè)中起著重要作用，同時(shí)這些企業(yè)也是耗能大戶，能耗占產(chǎn)品成本比例較大。因此企業(yè)的節(jié)能降耗顯得尤其重要。燒結(jié)工序是高爐礦料入爐以前的準(zhǔn)備工序。有塊狀燒結(jié)和球團(tuán)狀燒結(jié)兩種工藝。塊狀燒結(jié)是將不能直接加入爐的煉鐵原料，如精礦粉、高爐爐塵、硫酸渣等配加一定的燃料和溶劑，加熱到1300～1500℃，使粉料燒結(jié)成塊狀。球團(tuán)燒結(jié)則是將細(xì)磨物料，如精礦粉配加一定的黏結(jié)劑，在造球設(shè)備上滾成球，然后在燒結(jié)設(shè)備上高溫?zé)Y(jié)。兩種燒結(jié)過(guò)程都要消耗大量的能源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，燒結(jié)工序的能耗約占冶金總能耗的12%。而其排放的余熱約占總能耗熱能的49%。回收和利用這些余熱，顯然極為重要，余熱回收主要在燒結(jié)礦成品顯熱及冷卻機(jī)的排氣顯熱兩個(gè)方面。目前熱管技術(shù)主要應(yīng)用在冷卻機(jī)的排氣顯熱回收上。燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)時(shí)，熱燒結(jié)礦從燒結(jié)機(jī)的尾部落下經(jīng)破碎后，通過(guò)振動(dòng)篩分經(jīng)溜槽落到冷卻機(jī)傳送帶上，在溜槽部分熱礦料溫度可達(dá)700～800℃，此時(shí)以輻射形式向外散熱為主，落到冷卻帶上后料溫仍在600℃以上。一般在燒結(jié)冷卻機(jī)下布置有數(shù)臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)，通過(guò)軸流風(fēng)機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)，使冷卻風(fēng)強(qiáng)制穿過(guò)料礦層，經(jīng)料礦加熱后，在第一風(fēng)罩內(nèi)冷卻風(fēng)溫提高到350～400℃，在第二風(fēng)罩內(nèi)冷卻風(fēng)溫提高到250～300℃，這兩個(gè)風(fēng)罩內(nèi)的冷卻風(fēng)都可以利用其余熱。
一、燒結(jié)冷卻機(jī)余熱回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
雖然各個(gè)冶金企業(yè)的燒結(jié)冷卻機(jī)（帶冷機(jī)或環(huán)冷機(jī)）的型號(hào)、規(guī)格、工藝參數(shù)以及余熱資源都不完全相同，但余熱回收系統(tǒng)的原理基本都是一致的。
現(xiàn)以某鋼廠2×90ｍ2燒結(jié)冷卻機(jī)（環(huán)冷機(jī)）為例，簡(jiǎn)介余熱回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)由兩套完全相同的裝置組成，每套都由熱管蒸氣發(fā)生器、一級(jí)省煤器、二級(jí)省煤器、汽包、外連管路和控制儀表等組成，并且互相獨(dú)立。
1、系統(tǒng)主要功能
工業(yè)自來(lái)水經(jīng)水處理軟化后進(jìn)熱力除氧器除氧(水質(zhì)指標(biāo)按照一般鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn))，由除氧水泵輸入熱管一級(jí)省煤器；經(jīng)過(guò)預(yù)熱后進(jìn)入熱管二級(jí)省煤器再預(yù)熱后進(jìn)入汽包，水通過(guò)下降管進(jìn)入熱管蒸汽發(fā)生器，水吸收熱量變成蒸汽，蒸汽再經(jīng)上升管進(jìn)入汽包，在汽包里進(jìn)行水汽分離，形成1.5ＭＰａ的飽和蒸汽，飽和蒸汽經(jīng)過(guò)過(guò)熱器過(guò)熱，溫度達(dá)到200℃以上，*后再送至蒸汽總管或用戶。
2、主要熱管設(shè)備的性能
1）蒸汽發(fā)生器的性能參數(shù)(表1)
蒸汽發(fā)生器的原理為：熱流體的熱量由熱管傳給水套管內(nèi)的水(水由下降管輸入)，并使其汽化，所產(chǎn)汽、水混合物經(jīng)蒸汽上升管到達(dá)汽包，經(jīng)集中分離以后再經(jīng)蒸汽主控閥輸出。這樣由于熱管不斷將熱量輸入水套管內(nèi)的水，并通過(guò)外部汽———水管道的上升及下降完成基本的汽———水循環(huán)，達(dá)到將熱流體降溫，并轉(zhuǎn)化為蒸汽的目的。
表1蒸汽發(fā)生器的性能參數(shù)(單套)
設(shè)計(jì)工況
熱側(cè) 冷側(cè)
介質(zhì) 廢氣 水、水蒸氣
流量（Nm3/h） 99600 11000
進(jìn)口溫度/℃ 370 198.3
出口溫度/℃ 215 198.3
設(shè)計(jì)壓力MＰａ 常壓 2.4
工作壓力MＰａ 常壓 2.2
換熱面積M2 2800 320
2）熱管一級(jí)省煤器的性能參數(shù)(表2)
原理為：熱流體的熱量由翅片熱管傳給管內(nèi)的水，水吸收熱量，使熱流體降溫，達(dá)到預(yù)期的效果。表2一級(jí)省煤器的性能參數(shù)(單套)
設(shè)計(jì)工況
熱側(cè) 冷側(cè)
介質(zhì) 廢氣 水
流量（Nm3/h） 99600 11000
進(jìn)口溫度/℃ 215 45
出口溫度/℃ 190 105
設(shè)計(jì)壓力MＰａ 常壓 2.4
工作壓力MＰａ 常壓 2.2
換熱面積M2 260 36
3）熱管二級(jí)省煤器的性能參數(shù)(表2)
原理為：熱流體的熱量由翅片熱管傳給管內(nèi)的水，水吸收熱量，使熱流體降溫，達(dá)到預(yù)期的效果。表3二級(jí)省煤器性能參數(shù)(單套)
設(shè)計(jì)工況
熱側(cè) 冷側(cè)
介質(zhì) 廢氣 水
流量（Nm3/h） 72800 11000
進(jìn)口溫度/℃ 225 105
出口溫度/℃ 175 210
設(shè)計(jì)壓力MＰａ 常壓 2.4
工作壓力MＰａ 常壓 2.2
換熱面積M2 1250 120
二、熱管設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
熱管蒸氣發(fā)生器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：熱管管徑38ｍｍ，管長(zhǎng)3700ｍｍ，翅片高度15ｍｍ，管束布置成叉排，管子橫向間距110ｍｍ，管子縱向間距95ｍｍ，單管換熱面積1.5ｍ2，熱管束傾斜布置。
省煤器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：熱管管徑38ｍｍ，管長(zhǎng)3700ｍｍ，翅片高度15ｍｍ，管束布置成叉排，管子橫向間距100ｍｍ，管子縱向間距95ｍｍ，熱管束傾斜布置。
三、熱管設(shè)備的主要特點(diǎn)
(1)傳熱系數(shù)高。廢氣和水及水蒸氣的換熱均在熱管的外表面進(jìn)行，而且廢氣熱管外側(cè)為翅片，這樣換熱面積增大，傳熱得到強(qiáng)化，因而使換熱系數(shù)得到了很大的提高；
(2)防積灰、堵灰、抗腐蝕能力強(qiáng)。通過(guò)調(diào)節(jié)熱管冷熱段受熱表面的比例，可以調(diào)節(jié)管壁溫度，使之高于煙氣露點(diǎn)溫度或*大腐蝕區(qū)。由于管壁溫度始終高于煙氣露點(diǎn)溫度，附著熱管外表面的積灰呈干燥疏松狀態(tài)，積灰就容易脫落，一般煙氣的流速設(shè)為8～12ｍ/ｓ，既可以避免堵灰，又能使熱管磨損大大降低；
(3)冷熱流體完全隔開(kāi)，有效防止水汽系統(tǒng)的泄漏。在運(yùn)行時(shí)，由于廢氣的大量沖刷，即使管子受到一定的損壞，也不會(huì)造成冷側(cè)的氣水泄漏到熱側(cè)，確保了系統(tǒng)的安全運(yùn)行，這也是該設(shè)備有別于一般煙道中設(shè)備的*大特點(diǎn)；
(4)阻力損失小，可以適用于老機(jī)組的改造。一般情況下，增加了余熱回收設(shè)備，熱廢氣的阻力增加在250Ｐａ左右，這樣低的阻力損失，可以不對(duì)原熱風(fēng)系統(tǒng)做多大調(diào)整，僅需在風(fēng)罩處布置余熱設(shè)備即可，有利于冶金企業(yè)已有燒結(jié)機(jī)組的改造；
(5)單根或多根熱管的損壞不影響設(shè)備整體使用。由于露點(diǎn)腐蝕或其他原因造成熱管損壞，但這不影響整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行和系統(tǒng)的安全，只是隨著熱管的損壞，換熱器的換熱面積減少，余熱回收的效率降低。
利用余熱鍋爐所產(chǎn)1.5ＭＰａ的飽和蒸汽，飽和蒸汽經(jīng)過(guò)過(guò)熱器過(guò)熱，溫度達(dá)到200℃以上，*后送到7000KW發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)電。
通過(guò)多年的設(shè)計(jì)和冶金企業(yè)的實(shí)際運(yùn)行，證明采用熱管技術(shù)回收燒結(jié)冷卻機(jī)的余熱是確實(shí)可行的，且回收的效果很明顯。這不僅節(jié)省了能源，也為企業(yè)增加了經(jīng)濟(jì)效益，這種技術(shù)不僅在冶金企業(yè)得到了應(yīng)用，而且在化工、石化等行業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
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