Toplotni izmenjevalnik z rekuperacijo toplote kotla omogoča varčevanje z energijo in zmanjšanje emisij ogljika v jeklarski industriji
Pozicioniranje jedra: osrednja vrednost toplotnih izmenjevalcev kotla z rekuperacijo toplote
Proizvodnja jekla ni mogoče ločiti od podpore različnih vrst kotlov, kot so plavži z vročim plavžem, plinski kotli za proizvodnjo električne energije, hladilniki za sintranje, koksarne itd. Ta oprema med delovanjem ustvarja veliko količino odpadne toplote pri različnih temperaturnih ravneh - od srednje in nizkotemperaturnih dimnih plinov pri 100 stopinjah do visokotemperaturnih dimnih plinov pri 1050 stopinjah. Če se izprazni neposredno, ne povzroči le resne izgube energije, ampak tudi poveča toplotno onesnaževanje okolja. Glavna vrednost toplotnih izmenjevalnikov kotla za rekuperacijo toplote je v izgradnji zaprtega -sistema za "učinkovito ponovno uporabo energije za zajemanje odpadne toplote pri izmenjavi toplote", ki se natančno ujema z značilnostmi odpadne toplote kotlov v jeklarnah, pretvarja izgubljeno odpadno toploto v uporabno energijo, kot je predgretje zraka za zgorevanje, ogrevanje napajalne vode kotla in ustvarjanje pare, s čimer se doseže "spreminjanje odpadkov v zaklad". Njegova zmogljivost neposredno določa učinkovitost rekuperacije odpadne toplote kotla ter učinke-varčevanja z energijo in zmanjšanja ogljika ter je ključni most, ki povezuje odpadno toploto kotla in ponovno uporabo energije.
(1) Varčevanje z energijo in zmanjšanje porabe, izboljšanje učinkovitosti rabe energije
V odpadni toploti, ki jo oddajajo kotli jeklarne, samo toplota, ki jo-odvaja visokotemperaturni dimni plin, predstavlja več kot 40 % skupnega odvajanja toplote opreme. Visokokakovostni toplotni izmenjevalniki kotla za rekuperacijo toplote lahko dosežejo učinkovitost prenosa toplote več kot 85 %, kar močno izboljša učinkovitost izrabe energije. Na primer, potem ko je dimni plin iz plavža obdelan s toplotnim izmenjevalnikom, se lahko zrak in plin predhodno segrejeta na 190-380 stopinj, kar znatno zmanjša porabo goriva v plavžu in pomaga izboljšati končno energetsko učinkovitost plavža. Skupna korist se lahko poveča za 2% -4%; Po uvedbi velikega rotacijskega izmenjevalnika toplote v 2500 kubičnih metrov plavža določenega 10-milijonskega jeklarskega podjetja se je temperatura zgorevalnega zraka povečala s sobne temperature na 380 stopinj, izkoristek zgorevanja goriva v plavžu se je povečal za 12 %, razmerje koksa pa se je zmanjšalo s 550 kg/t na 480 kg/t, kar je doseglo znatno energijo prihranki. Hkrati lahko izmenjevalnik toplote zniža temperaturo izpušnih plinov kotla na 100-130 stopinj, s čimer se izogne toplotnim izgubam in poveča raven skupne porabe energije v jeklarni, da se približa merilu uspešnosti v industriji.
(2) Zmanjšajte stroške in povečajte učinkovitost, povečajte osnovno konkurenčnost podjetij
Stroški energije so pomemben sestavni del proizvodnih stroškov jeklarskih podjetij. Toplotni izmenjevalniki za rekuperacijo toplote v kotlu neposredno zmanjšajo obratovalne stroške za podjetja z zmanjšanjem porabe kupljenega goriva in električne energije, hkrati pa zmanjšajo naložbe v delovanje in vzdrževanje opreme, s čimer dosežejo dvojno povečanje učinkovitosti. Če za primer vzamemo plavž Qinggang s 1800 kubičnimi metri, lahko s podporo namenskega izmenjevalnika toplote za rekuperacijo toplote vsako leto pridobimo dodatno količino toplote, kar je enako prihranku 39,57 milijona standardnih kubičnih metrov plina. V kombinaciji z zmanjšanjem uhajanja zraka in prihrankom plina letne koristi-prihranka energije dosežejo 9,116 milijona juanov. Po odbitku obratovalnih stroškov znašajo prirastne-prihranke energije približno 8,91 milijona juanov; 120-tonska pretvorniška delavnica uporablja toplotni izmenjevalnik s spiralno rebrasto cevjo, ki lahko rekuperira 12 milijonov kcal toplote na jekleno peč, kar je enako prihranku 1,2 tone standardnega premoga. Letna proizvodnja električne energije se poveča za 18 milijonov kWh, cikel vzdrževanja opreme pa se zmanjša s 4-krat na leto na 2-krat, kar zmanjša stroške vzdrževanja za 40 %. Za velika jeklarska podjetja lahko celoten sistem izmenjevalnika toplote kotla z rekuperacijo toplote zmanjša stroške za milijone ali celo desetine milijonov juanov letno, kar znatno poveča konkurenčnost podjetja na trgu.
(3) Zmanjšanje zelenega ogljika, ki pomaga pri nizko-preoblikovanju ogljika v industriji
V skladu s ciljem "dvojnega ogljika" se jeklarska industrija sooča s strogimi zahtevami glede zmanjšanja emisij. Toplotni izmenjevalniki kotla za rekuperacijo toplote lahko učinkovito zmanjšajo porabo energije, kot sta premog in zemeljski plin, z rekuperacijo odpadne toplote namesto zgorevanja fosilnih goriv, s čimer se zmanjšajo emisije onesnaževal, kot so ogljikov dioksid, žveplov dioksid in dušikovi oksidi. Po izračunih je mogoče za vsak 1 GJ pridobljene odpadne toplote zmanjšati približno 80-100 kg emisij ogljikovega dioksida; Če za primer vzamemo jeklarsko podjetje s proizvodno zmogljivostjo 5 milijonov ton, lahko s podporo toplotnih izmenjevalcev kotla za rekuperacijo toplote letno zmanjšamo 26000 ton ogljikovega dioksida, 750 ton žveplovega dioksida in 375 ton dušikovih oksidov. Shiheng Special Steel rekuperira odpadno toploto iz surovega premogovega plina prek toplotnega izmenjevalnika dvižnega plašča koksarne, s čimer doseže več prednosti zmanjšanja porabe energije za koksanje in nadzora emisij onesnaževal. Njegov projekt zmanjšanja in fiksiranja ogljika v skupni proizvodnji kaljenega jekla zmanjša emisije ogljika za 300.000 ton letno in ga je Ministrstvo za ekologijo in okolje prepoznalo kot "tipičen primer ogljične nevtralnosti"; Po uvedbi različnih toplotnih izmenjevalnikov za rekuperacijo toplote skozi celoten proces je vodilno jeklarsko podjetje zmanjšalo emisije ogljikovega dioksida za 850000 ton letno in ustvarilo gospodarske koristi v višini več kot 230 milijonov juanov, kar v celoti dokazuje nizkoogljično vrednost toplotnih izmenjevalcev.
Vrste jeder in tehnične lastnosti: Primerno za scenarije z več kotli v jeklarnah
V jeklarnah obstajajo različne vrste kotlov, s precejšnjimi razlikami v značilnostih odpadne toplote - temperature, ki segajo od 100 stopinj C do 1050 stopinj C, in zapletene sestave dimnih plinov (vključno z žveplom, klorom, prahom itd.). Ustrezni toplotni izmenjevalniki kotla za rekuperacijo toplote prav tako kažejo različne tipe, pri čemer se jedro vrti okoli "kaskadne izrabe, natančne izmenjave toplote", prilagajanja različnim scenarijem kotlov in kakovosti odpadne toplote, doseganja največjega izkoristka virov odpadne toplote in reševanja bolečih točk, kot so korozija, kopičenje pepela in poslabšanje delovanja tradicionalne opreme.
(1) Glavne vrste izmenjevalnikov toplote in tehnološke prednosti
1. Dvojni toplotni izmenjevalnik za predgretje z inteligentnim nadzorom temperature: z uporabo termičnega olja kot toplotnega medija je izdelan sistem za izmenjavo toplote "dimni plin termalno olje zrak/plin", sestavljen iz toplotnega izmenjevalnika dimnih plinov, zračnega toplotnega izmenjevalnika, plinskega toplotnega izmenjevalnika in inteligentnega krmilnega sistema, ki je v glavnem primeren za nizko{1}}temperaturno rekuperacijo odpadne toplote dimnih plinov plavža in plinskega kotla za proizvodnjo električne energije. Njegova glavna prednost je, da temeljito reši problem nizko-temperaturne kisle korozije rosišča, ublaži pojav kopičenja pepela, življenjska doba opreme pa lahko doseže več kot 10 let, kar močno presega življenjsko dobo tradicionalnih ploščnih in toplotnih izmenjevalnikov toplote za 3-5 let. V normalnih delovnih pogojih se lahko odpadna toplota pri vhodni temperaturi dimnih plinov 280 stopinj pridobi za predgretje plina in zraka na temperaturo 190 stopinj; Ko je vhodna temperatura dimnih plinov 330 stopinj, se lahko temperatura predgretja poveča na 230 stopinj, temperatura izpušnih plinov pa se lahko zniža pod 130 stopinj, z najmanj 100 stopinjami.
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 stopinj) uporablja modul za prenos toplote zaradi sevanja s tulcem za prenos toplotne energije skozi značilnosti sevanja dimnih plinov, s čimer se izogne poškodbam zaradi toplotnega stresa; Ko temperatura pade pod 750 stopinj, preklopite na način konvektivnega prenosa toplote, v kombinaciji s prednostjo prenosa toplote z visoko-učinkovitostjo ploščnih izmenjevalnikov toplote lahko koeficient prenosa toplote doseže 3500 W/(m² · K), odtis opreme pa se zmanjša za več kot 40 % v primerjavi s tradicionalnimi rešitvami [2]. Po prenovi 2000m³ plavža v neki jeklarni se je izkoristek rekuperacije toplote, zaznavne s plinom, povečal za 22%, s čimer smo letno prihranili 12000 ton standardnega premoga.
3. Cevni izmenjevalnik toplote: eden najpogosteje uporabljenih tipov, jedro je sestavljeno iz več visoko{1}}temperaturno odpornih kovinskih cevi (kot je nerjaveče jeklo 310S, zlitina Inconel itd.). Visokotemperaturni dimni plini tečejo izven cevnega snopa, medij, ki ga je treba segreti, pa kroži znotraj cevi, pri čemer se doseže prenos toplote skozi toplotno prevodnost stene cevi. Struktura je robustna, sposobna vzdržati visoke temperature in pritiske 800-1200 stopinj, enostavna za čiščenje in vzdrževanje ter primerna za okolja dimnih plinov z visoko vsebnostjo prahu, kot so plavži in pretvorniki v jeklarnah. 120-tonski pretvornik posebnega jeklarskega podjetja uporablja toplotni izmenjevalnik s spiralno rebrasto cevjo z eno samo površino za izmenjavo toplote 3200 kvadratnih metrov. Rebra so izdelana iz materiala iz zlitine niklja in kroma s temperaturno odpornostjo 850 stopinj, ki se učinkovito upira visokotemperaturni koroziji in zniža temperaturo dimnih plinov z 800 stopinj na 280 stopinj. Učinek rekuperacije odpadne toplote je pomemben.
4. Ploščni izmenjevalnik toplote: z uporabo valovitih kovinskih plošč kot elementov za izmenjavo toplote se med ploščama oblikujejo ozki kanali, visoko{1}}temperaturni dimni plin pa teče v obratni smeri z medijem, ki ga je treba segreti. Območje prenosa toplote je veliko in učinkovitost je visoka, kar je 10% -30% višje od tradicionalnih cevnih toplotnih izmenjevalcev. Kompaktna prostornina je primerna za omejen prostor. Za visokotemperaturni dimni plin 650 stopinj v ogrevalni peči za valjanje jekla ima ploščni izmenjevalnik toplote proti pepelu posebno obliko plošče in je opremljen s sistemom za samodejno čiščenje pepela, ki lahko uporabi toploto dimnega plina za predgretje zgorevalnega zraka in hladilne vode valjarne, kar zmanjša porabo goriva v ogrevalni peči za 10 %.
5. Pomožni toplotni izmenjevalniki: vključno z ekonomizatorji, predgrelniki zraka, toplotnimi izmenjevalniki toplotnih cevi itd., ki se večinoma uporabljajo za rekuperacijo odpadne toplote pri srednjih in nizkih temperaturah (temperatura<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%.
Industrijski trendi in razvojne možnosti
S promocijo nacionalnega »Posebnega akcijskega načrta za varčevanje z energijo in zmanjšanje ogljika v jeklarski industriji« se bo do konca leta 2025 poraba energije na enoto proizvoda plavžev in pretvornikov v jeklarski industriji zmanjšala za več kot 1 % v primerjavi z letom 2023, celovita poraba energije na tono jekla pa se bo zmanjšala za več kot 2 %. Toplotni izmenjevalniki kotlovske toplote kot osnovna oprema za varčevanje z energijo in zmanjšanje ogljika bodo odprli širši razvojni prostor. Na podlagi potreb po razvoju industrije in smeri tehnoloških inovacij bodo v prihodnosti obstajali trije glavni razvojni trendi toplotnih izmenjevalnikov kotlov z rekuperacijo toplote.
Ena je nadgradnja tehnološke inteligence, vključevanje novih tehnologij, kot so AI, digitalni dvojčki in internet stvari, da se doseže-nadzor v realnem času, natančna regulacija in opozorilo o napakah glede stanja delovanja izmenjevalnikov toplote, nadaljnje izboljšanje učinkovitosti izmenjave toplote ter zmanjšanje stroškov delovanja in vzdrževanja; Hkrati lahko razvoj prilagodljivih toplotnih izmenjevalcev samodejno prilagaja parametre delovanja na podlagi nihanj temperature odpadne toplote in pretoka ter se prilagaja zapletenim scenarijem odpadne toplote v jeklarnah.
Druga je materialna in strukturna inovacija z uporabo naprednejših visoko{0}}temperatur in korozijsko-odpornih zlitin, kot so INCONEL 625, nerjaveče jeklo 310S itd., za izboljšanje stabilnosti izmenjevalnika toplote v okoljih z visoko temperaturo, visoko korozijo in veliko prahu; Optimizirajte strukturno zasnovo toplotnih izmenjevalnikov, razvijte kompaktne in učinkovite toplotne izmenjevalnike, zmanjšajte odtis in izboljšajte izkoristek prostora, kot je zmanjšanje odtisa visoko-temperaturnih izmenjevalnikov toplote za več kot 40 % v primerjavi s tradicionalnimi rešitvami.
Tretji je razvoj sistemske integracije, ki združuje toplotne izmenjevalnike kotla z rekuperacijo toplote z rekuperacijo plina, parnim ciklom in sistemi za shranjevanje energije za izgradnjo integriranega sistema za recikliranje energije, izboljšanje energetske samozadostnosti-podjetja ter obvladovanje nihanja cen električne energije in tveganj pri oskrbi z energijo; Hkrati združevanje novih tehnologij taljenja, kot je vodikova metalurgija, optimizacija zasnove toplotnega izmenjevalnika, prilagajanje novim strukturam virov toplote in spodbujanje jeklarske industrije, da se premakne z "varčevanja z energijo in zmanjšanja ogljika" na "ničelne emisije ogljika".
Poleg tega bo z nenehnim izboljševanjem industrijskih standardov, kot je spodbujanje industrijskih standardov za rekuperacijo odpadne toplote iz dvižnega plina iz koksarne, uporaba toplotnih izmenjevalnikov za rekuperacijo kotlovske toplote bolj standardizirana in standardizirana, kar bo spodbujalo splošno raven energetske učinkovitosti industrije. Glede na nacionalno proizvodno zmogljivost železa v višini 1 milijarde ton, če se v celoti promovirajo napredni toplotni izmenjevalniki toplote kotla, lahko prihrani približno 4,8 milijarde juanov pri stroških in zmanjša emisije ogljikovega dioksida za 5,2 milijona ton letno, s pomembnimi gospodarskimi in okoljskimi koristmi.
