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熱管余熱鍋爐在燒結機余熱回收及發(fā)電中的應用
鋼鐵冶金企業(yè)是國家支柱產業(yè)，在現代化建設中起著重要作用，同時這些企業(yè)也是耗能大戶，能耗占產品成本比例較大。因此企業(yè)的節(jié)能降耗顯得尤其重要。燒結工序是高爐礦料入爐以前的準備工序。有塊狀燒結和球團狀燒結兩種工藝。塊狀燒結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℃，使粉料燒結成塊狀。球團燒結則是將細磨物料，如精礦粉配加一定的黏結劑，在造球設備上滾成球，然后在燒結設備上高溫燒結。兩種燒結過程都要消耗大量的能源。據統計，燒結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%?；厥蘸屠眠@些余熱，顯然極為重要，余熱回收主要在燒結礦成品顯熱及冷卻機的排氣顯熱兩個方面。目前熱管技術主要應用在冷卻機的排氣顯熱回收上。燒結機生產時，熱燒結礦從燒結機的尾部落下經破碎后，通過振動篩分經溜槽落到冷卻機傳送帶上，在溜槽部分熱礦料溫度可達700～800℃，此時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。一般在燒結冷卻機下布置有數臺冷卻風機，通過軸流風機或鼓風機，使冷卻風強制穿過料礦層，經料礦加熱后，在第一風罩內冷卻風溫提高到350～400℃，在第二風罩內冷卻風溫提高到250～300℃，這兩個風罩內的冷卻風都可以利用其余熱。
一、燒結冷卻機余熱回收系統的設計
雖然各個冶金企業(yè)的燒結冷卻機（帶冷機或環(huán)冷機）的型號、規(guī)格、工藝參數以及余熱資源都不完全相同，但余熱回收系統的原理基本都是一致的。
現以某鋼廠2×105ｍ2燒結冷卻機（環(huán)冷機）為例，簡介余熱回收系統的設計。該系統由兩套完全相同的裝置組成，每套都由熱管蒸氣發(fā)生器、一級省煤器、二級省煤器、汽包、外連管路和控制儀表等組成，并且互相獨立。
1、系統主要功能
工業(yè)自來水經水處理軟化后進熱力除氧器除氧(水質指標按照一般鍋爐水質標準)，由除氧水泵輸入熱管一級省煤器；經過預熱后進入熱管二級省煤器再預熱后進入汽包，水通過下降管進入熱管蒸汽發(fā)生器，水吸收熱量變成蒸汽，蒸汽再經上升管進入汽包，在汽包里進行水汽分離，形成1.5ＭＰａ的飽和蒸汽，飽和蒸汽經過過熱器過熱，溫度達到200℃以上，*后再送至蒸汽總管或用戶。
2、主要熱管設備的性能
1）蒸汽發(fā)生器的性能參數(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的水(水由下降管輸入)，并使其汽化，所產汽、水混合物經蒸汽上升管到達汽包，經集中分離以后再經蒸汽主控閥輸出。這樣由于熱管不斷將熱量輸入水套管內的水，并通過外部汽———水管道的上升及下降完成基本的汽———水循環(huán)，達到將熱流體降溫，并轉化為蒸汽的目的。
表1蒸汽發(fā)生器的性能參數(單套)
設計工況
熱側 冷側
介質 廢氣 水、水蒸氣
流量（Nm3/h） 99600 11000
進口溫度/℃ 370 198.3
出口溫度/℃ 215 198.3
設計壓力MＰａ 常壓 2.4
工作壓力MＰａ 常壓 2.2
換熱面積M2 2800 320
2）熱管一級省煤器的性能參數(表2)
原理為：熱流體的熱量由翅片熱管傳給管內的水，水吸收熱量，使熱流體降溫，達到預期的效果。表2一級省煤器的性能參數(單套)
設計工況
熱側 冷側
介質 廢氣 水
流量（Nm3/h） 99600 11000
進口溫度/℃ 215 45
出口溫度/℃ 190 105
設計壓力MＰａ 常壓 2.4
工作壓力MＰａ 常壓 2.2
換熱面積M2 260 36
3）熱管二級省煤器的性能參數(表2)
原理為：熱流體的熱量由翅片熱管傳給管內的水，水吸收熱量，使熱流體降溫，達到預期的效果。表3二級省煤器性能參數(單套)
設計工況
熱側 冷側
介質 廢氣 水
流量（Nm3/h） 72800 11000
進口溫度/℃ 225 105
出口溫度/℃ 175 210
設計壓力MＰａ 常壓 2.4
工作壓力MＰａ 常壓 2.2
換熱面積M2 1250 120
二、熱管設備結構的設計
熱管蒸氣發(fā)生器主要結構參數如下：熱管管徑38ｍｍ，管長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。
省煤器主要結構參數如下：熱管管徑38ｍｍ，管長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、熱管設備的主要特點
(1)傳熱系數高。廢氣和水及水蒸氣的換熱均在熱管的外表面進行，而且廢氣熱管外側為翅片，這樣換熱面積增大，傳熱得到強化，因而使換熱系數得到了很大的提高；
(2)防積灰、堵灰、抗腐蝕能力強。通過調節(jié)熱管冷熱段受熱表面的比例，可以調節(jié)管壁溫度，使之高于煙氣露點溫度或*大腐蝕區(qū)。由于管壁溫度始終高于煙氣露點溫度，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，有效防止水汽系統的泄漏。在運行時，由于廢氣的大量沖刷，即使管子受到一定的損壞，也不會造成冷側的氣水泄漏到熱側，確保了系統的安全運行，這也是該設備有別于一般煙道中設備的*大特點；
(4)阻力損失小，可以適用于老機組的改造。一般情況下，增加了余熱回收設備，熱廢氣的阻力增加在250Ｐａ左右，這樣低的阻力損失，可以不對原熱風系統做多大調整，僅需在風罩處布置余熱設備即可，有利于冶金企業(yè)已有燒結機組的改造；
(5)單根或多根熱管的損壞不影響設備整體使用。由于露點腐蝕或其他原因造成熱管損壞，但這不影響整個設備的運行和系統的安全，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1.5ＭＰａ的飽和蒸汽，飽和蒸汽經過過熱器過熱，溫度達到200℃以上，*后送到7000KW發(fā)電機實現發(fā)電。
通過多年的設計和冶金企業(yè)的實際運行，證明采用熱管技術回收燒結冷卻機的余熱是確實可行的，且回收的效果很明顯。這不僅節(jié)省了能源，也為企業(yè)增加了經濟效益，這種技術不僅在冶金企業(yè)得到了應用，而且在化工、石化等行業(yè)中具有廣闊的應用前景。
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