Теплообменник с рекуперацией тепла котла способствует энергосбережению и сокращению выбросов углерода в сталелитейной промышленности
Основное позиционирование: основная ценность теплообменников-утилизаторов котлов.
Производство стали невозможно отделить от поддержки различных типов котлов, таких как доменные печи горячего дутья, газовые котлы, охладители агломерационных колец, коксовые печи и т. д. Это оборудование генерирует большое количество отработанного тепла при различных уровнях температуры во время работы - от средне- и низкотемпературных дымовых газов при 100 градусах до высокотемпературных дымовых газов при 1050 градусах. При прямом сбросе они не только вызывают серьезные потери энергии, но и усугубляют тепловое загрязнение окружающей среды. Основная ценность теплообменников-утилизаторов котлов заключается в построении замкнутой-системы «эффективного улавливания отходящего тепла и повторного использования энергии теплообмена», точно соответствующей характеристикам отходящего тепла котлов сталелитейного завода, преобразования потерянного отходящего тепла в полезную энергию, такую как предварительный нагрев воздуха для горения, нагрев питательной воды котла и выработка пара, достигая «превращения отходов в сокровища». Его производительность напрямую определяет эффективность утилизации отходящего тепла котла, а также эффект-сбережения энергии и сокращения выбросов углерода, а также является ключевым мостом, соединяющим отходящее тепло котла и повторное использование энергии.
(1) Энергосбережение и сокращение потребления, повышение эффективности использования энергии.
В отходящем тепле, выделяющемся котлами сталелитейного завода, тепло, переносимое только высокотемпературными дымовыми газами, составляет более 40 % от общего тепловыделения оборудования. Высококачественные теплообменники-утилизаторы тепла котла могут обеспечить эффективность теплопередачи более 85%, что значительно повышает эффективность использования энергии. Например, после того, как дымовой газ из доменной печи обрабатывается теплообменником, воздух и газ могут быть предварительно нагреты до 190-380 градусов, что значительно снижает расход топлива воздухонагревателя и помогает повысить конечную энергоэффективность доменного процесса. Общая выгода может быть увеличена на 2%-4%; После внедрения большого ротационного теплообменника в доменную печь объемом 2500 кубических метров на металлургическом предприятии мощностью 10 миллионов тонн температура воздуха для горения увеличилась с комнатной до 380 градусов, эффективность сгорания топлива в доменной печи увеличилась на 12%, а содержание кокса снизилось с 550 кг/т до 480 кг/т, что позволило добиться значительной экономии энергии. В то же время теплообменник может снизить температуру выхлопных газов котла до 100-130 градусов, избегая потерь тепла и повышая общий уровень энергопотребления сталелитейного завода до уровня отраслевого стандарта.
(2) Сокращение затрат и повышение эффективности, повышение основной конкурентоспособности предприятий.
Стоимость энергии является важной составляющей себестоимости металлургических предприятий. Теплообменники-утилизаторы тепла котлов напрямую снижают эксплуатационные расходы предприятий за счет снижения потребления покупного топлива и электроэнергии, одновременно сокращая инвестиции в эксплуатацию и техническое обслуживание оборудования, достигая двойного повышения эффективности. Если взять в качестве примера доменную печь Цингана объемом 1800 кубических метров, то при поддержке специального теплообменника-утилизатора тепла можно ежегодно рекуперировать дополнительное количество тепла, что эквивалентно экономии 39,57 миллиона стандартных кубических метров газа. В сочетании с сокращением утечек воздуха и экономией газа годовая выгода от энергосбережения-достигает 9,116 млн юаней. За вычетом эксплуатационных расходов дополнительная выгода от-сбережения энергии составит около 8,91 млн юаней; Конвертерный цех мощностью 120 тонн использует теплообменник со спиральными оребренными трубами, который может рекуперировать 12 миллионов ккал тепла на одну печь для выплавки стали, что эквивалентно экономии 1,2 тонны условного угля. Годовая выработка электроэнергии увеличивается на 18 млн кВтч, а цикл обслуживания оборудования сокращается с 4 раз в год до 2 раз, что снижает затраты на обслуживание на 40%. Для крупных сталелитейных предприятий полная система рекуперации тепла котла может снизить затраты на миллионы или даже десятки миллионов юаней ежегодно, что значительно повышает конкурентоспособность компании на рынке.
(3) Сокращение выбросов экологически чистого углерода, способствующее низко-трансформации выбросов углекислого газа в отрасли.
В рамках цели «двойного углерода» сталелитейная промышленность сталкивается со строгими требованиями по сокращению выбросов. Теплообменники-утилизаторы тепла котлов могут эффективно снизить потребление энергии, такой как уголь и природный газ, за счет рекуперации отходящего тепла вместо сжигания ископаемого топлива, тем самым сокращая выбросы загрязняющих веществ, таких как диоксид углерода, диоксид серы и оксиды азота. По расчетам, на каждый 1 ГДж утилизированного тепла можно сократить выбросы углекислого газа примерно на 80-100 кг; На примере металлургического предприятия с производственной мощностью 5 млн тонн при поддержке котлов-утилизаторов тепла можно ежегодно сократить 26 000 тонн углекислого газа, 750 тонн диоксида серы и 375 тонн оксидов азота. Shiheng Special Steel рекуперирует отходящее тепло из сырого угольного газа через теплообменник с рубашкой стояка коксовой печи, обеспечивая многочисленные преимущества в виде снижения энергопотребления при коксовании и контроля выбросов загрязняющих веществ. Его проект по сокращению и фиксации углерода при совместном производстве закаленной стали сокращает выбросы углерода на 300 000 тонн в год и был признан Министерством экологии и окружающей среды «типичным случаем углеродной нейтральности»; После внедрения различных теплообменников-утилизаторов тепла на протяжении всего процесса ведущее сталелитейное предприятие сократило выбросы углекислого газа на 850 000 тонн в год и создало экономическую выгоду в размере более 230 миллионов юаней, что полностью продемонстрировало низкоуглеродистую ценность теплообменников.
Типы сердечников и технические характеристики: подходят для сценариев с несколькими котлами на сталелитейных заводах.
На сталелитейных заводах существуют различные типы котлов со значительными различиями в характеристиках отходящего тепла -, температурах от 100 до 1050 градусов C и сложным составом дымовых газов (включая серу, хлор, пыль и т. д.). Соответствующие теплообменники-утилизаторы тепла для котлов также имеют дифференцированные типы, в основе которых лежит «каскадное использование, точный теплообмен», адаптация к различным сценариям работы котла и качеству отходящего тепла, достижение максимального использования ресурсов отходящего тепла и решение таких проблем, как коррозия, накопление золы и снижение производительности традиционного оборудования.
(1) Типы основных теплообменников и технологические преимущества
1. Интеллектуальный теплообменник с двойным предварительным нагревом: с использованием термомасла в качестве теплоносителя построена система теплообмена «дымовой газ, термомасло, воздух/газ», состоящая из теплообменника дымового газа, воздушного теплообменника, газового теплообменника и интеллектуальной системы управления, в основном подходящей для низкотемпературной рекуперации тепла отходящих газов доменной печи и газового котла. Его основным преимуществом является фундаментальное решение проблемы низкотемпературной кислотной коррозии точки росы, облегчение явления накопления золы, а срок службы оборудования может достигать более 10 лет, что намного превышает срок службы традиционных пластинчатых и тепловых трубчатых теплообменников на 3-5 лет. В нормальных условиях эксплуатации отходящее тепло при температуре дымового газа на входе 280 градусов может быть рекуперировано для предварительного нагрева газа и воздуха до температуры 190 градусов; Когда температура дымового газа на входе составляет 330 градусов, температуру предварительного нагрева можно увеличить до 230 градусов, а температуру выхлопных газов можно снизить до уровня ниже 130 градусов, минимум до 100 градусов.
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 градусов) использует модуль радиационной теплопередачи рукавного типа для передачи тепловой энергии через характеристики излучения дымовых газов, избегая повреждений, вызванных тепловым напряжением; Когда температура падает ниже 750 градусов, переключитесь на режим конвективной теплопередачи. В сочетании с высокой-эффективностью теплопередачи пластинчатых теплообменников коэффициент теплопередачи может достигать 3500 Вт/(м² · К), а занимаемая площадь оборудования снижается более чем на 40 % по сравнению с традиционными решениями [2]. После реконструкции доменной печи объемом 2000 м³ на одном металлургическом заводе эффективность рекуперации теплоты газа увеличилась на 22%, что позволило сэкономить 12 000 тонн условного угля ежегодно.
3. Трубчатый теплообменник. Один из наиболее широко используемых типов. Сердечник состоит из нескольких высоко-термостойких металлических трубок (например, из нержавеющей стали 310S, сплава инконель и т. д.). Высокотемпературный дымовой газ выходит за пределы пучка труб, а нагреваемая среда циркулирует внутри трубы, обеспечивая передачу тепла за счет теплопроводности стенок трубы. Конструкция прочная, способна выдерживать высокие температуры и давление до 800-1200 градусов, проста в очистке и обслуживании и подходит для сред с дымовыми газами с высоким содержанием пыли, таких как доменные печи и конвертеры на сталелитейных заводах. 120-тонный конвертер специального сталелитейного предприятия оснащен теплообменником со спиральными оребренными трубками, площадь одного теплообменника которого составляет 3200 квадратных метров. Ребра изготовлены из никель-хромового сплава с термостойкостью 850 градусов, эффективно противостоят высокотемпературной коррозии и снижают температуру дымовых газов с 800 до 280 градусов. Эффект рекуперации отходящего тепла значителен.
4. Пластинчатый теплообменник. При использовании гофрированных металлических пластин в качестве теплообменных элементов между пластинами образуются узкие каналы, и высокотемпературный дымовой газ течет в обратном направлении с нагреваемой средой. Площадь теплопередачи большая, а эффективность высокая, что на 10–30 % выше, чем у традиционных трубчатых теплообменников. Компактный том подходит для сценариев с ограниченным пространством. Для высокой температуры дымовых газов (650 градусов) в нагревательной печи для прокатки стали пластинчатый теплообменник с защитой от золы имеет специальную конструкцию пластин и оснащен автоматической системой очистки золы, которая может использовать тепло дымовых газов для предварительного нагрева воздуха для горения и охлаждающей воды прокатного стана, что снижает расход топлива нагревательной печи на 10%.
5. Вспомогательные теплообменники: включая экономайзеры, подогреватели воздуха, теплообменники с тепловыми трубками и т. д., в основном используемые для рекуперации отходящего тепла средней и низкой температуры (температура<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%.
Тенденции и перспективы развития отрасли
Благодаря продвижению национального «Специального плана действий по энергосбережению и сокращению выбросов углерода в сталелитейной промышленности» к концу 2025 года потребление энергии на единицу продукции доменных печей и конвертеров в сталелитейной промышленности будет снижено более чем на 1% по сравнению с 2023 годом, а совокупное потребление энергии на тонну стали снизится более чем на 2%. Теплообменники-утилизаторы тепла котлов, как основное оборудование для энергосбережения и сокращения выбросов углерода, откроют более широкое пространство для развития. В зависимости от потребностей развития отрасли и направлений технологических инноваций в будущем будут существовать три основные тенденции развития теплообменников-утилизаторов котлов.
Одним из них является модернизация технологического интеллекта, интеграция новых технологий, таких как искусственный интеллект, цифровые двойники и Интернет вещей, для обеспечения мониторинга в реальном времени,-точного регулирования и предупреждения о неисправностях рабочего состояния теплообменников, дальнейшего повышения эффективности теплообмена и снижения затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание; В то же время разработка адаптивных теплообменников может автоматически регулировать рабочие параметры в зависимости от колебаний температуры и скорости потока отходящего тепла, адаптируясь к сложным сценариям использования отходящего тепла на сталелитейных заводах.
Во-вторых, это инновация в материалах и конструкции: использование более современных, -температурных и коррозионно-стойких-сплавов, таких как INCONEL 625, нержавеющая сталь 310S и т. д., для повышения стабильности теплообменника в условиях высоких температур, высокой коррозии и высокой запыленности; Оптимизируйте структурную конструкцию теплообменников, разработайте компактные и эффективные теплообменники, уменьшите занимаемую площадь и улучшите использование пространства, например сократив занимаемую площадь высоко-рукавных теплообменников более чем на 40 % по сравнению с традиционными решениями.
Третий – это разработка системной интеграции, которая объединяет теплообменники-утилизаторы котла с системами рекуперации газа, парового цикла и хранения энергии для создания интегрированной системы переработки энергии, повышения энергетической самодостаточности-предприятий и борьбы с колебаниями цен на электроэнергию и рисками энергоснабжения; В то же время объединение новых технологий плавки, таких как водородная металлургия, оптимизация конструкции теплообменника, адаптация к новым конструкциям источников тепла и содействие сталелитейной промышленности в переходе от «энергосбережения и сокращения выбросов углерода» к «нулевым выбросам углерода».
Кроме того, благодаря постоянному совершенствованию отраслевых стандартов, таких как продвижение отраслевых стандартов по утилизации отходящего тепла из стоякового газа коксовой печи, применение теплообменников-утилизаторов тепла котлов будет более стандартизированным и стандартизированным, что будет способствовать общему уровню энергоэффективности в отрасли. Согласно национальным мощностям по производству железа в 1 миллиард тонн, если будут полностью продвигаться усовершенствованные теплообменники-утилизаторы тепла для котлов, это может сэкономить около 4,8 миллиардов юаней затрат и сократить выбросы углекислого газа на 5,2 миллиона тонн в год, что приведет к значительным экономическим и экологическим выгодам.