冶金工業(yè)是耗能大戶，不論是有色冶金或黑色冶金工業(yè)都存在大量的節(jié)能問題。以鋼鐵企業(yè)為例，焦?fàn)t、高爐及煉鋼工序均有相當(dāng)數(shù)量的的余熱未能回收利用。余熱的溫度最高可達(dá)1600℃，熱能的形態(tài)有固體、氣體、液體，其中很多為間隙排放，因之給余熱回收帶來了一定的難度。由于熱管的的眾多特點(diǎn)，特別適用于上述場合的余熱回收利用。高溫?zé)峁芗案邷責(zé)峁芸諝忸A(yù)熱器、高溫?zé)峁苷羝l(fā)生器開發(fā)運(yùn)用成功，給冶金企業(yè)的高品位余能利用帶來了新的希望。
一、加熱爐和均熱爐的余熱利用
軋鋼連續(xù)加熱和均熱爐是鋼鐵企業(yè)中耗能較多的設(shè)備。其熱效率一般只有20%～30%，約有70%～80%的熱量散失于周圍環(huán)境和被排煙帶走。其中煙氣帶走的熱損失約占30%～35%。加熱爐的煙氣量根據(jù)爐型大小不同，一般在（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）7000～300000m3/h的范圍內(nèi)。煙氣溫度一般為550～990℃，也有超過1000℃以上的。從直接節(jié)能來考慮，工程界希望將煙氣的余熱用來加熱助燃空氣。當(dāng)助燃空氣被加熱到400℃時(shí)，可以得到節(jié)能20%～25%的效果。
二、燒結(jié)工序的余熱利用
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%?；厥蘸屠眠@些余熱，顯然極為重要。回收余熱主要在成品顯熱及冷卻機(jī)的排氣顯熱兩個(gè)方面。
燒結(jié)生產(chǎn)時(shí)，在燒結(jié)機(jī)尾部及溜槽部分，燒結(jié)礦熱料溫度可達(dá)700～800℃，除熱廢氣外，料品還以輻射形式向外界散發(fā)熱量。這部分高品位熱量主要通過余熱鍋爐回收。熱管技術(shù)目前主要應(yīng)用在冷卻機(jī)廢氣的余熱回收。
熱燒結(jié)礦從燒結(jié)機(jī)尾部落下經(jīng)過單輥破碎振動(dòng)篩篩分后，落到冷卻機(jī)傳送帶上，在冷卻機(jī)上布置有數(shù)個(gè)冷卻風(fēng)罩，風(fēng)罩內(nèi)裝有軸流風(fēng)機(jī)（吸風(fēng)式），使冷卻風(fēng)通過礦料層，能過礦料層后的風(fēng)溫在第一風(fēng)罩內(nèi)一般可達(dá)250～400℃，第二風(fēng)罩內(nèi)風(fēng)溫一般為200℃左右。冷卻礦料的另一種形式是鼓風(fēng)冷卻，即風(fēng)機(jī)在礦料層底部鼓風(fēng)，通過礦層后進(jìn)入風(fēng)罩排空。
三、 高爐熱風(fēng)爐余熱回收
高爐熱風(fēng)爐是產(chǎn)生熱風(fēng)的設(shè)備，由于風(fēng)溫可高達(dá)1200℃以上，因之熱風(fēng)爐都是蓄熱式。其工作原理是先使煤氣和助燃空氣在燃燒室燃燒，燃燒生成的高溫?zé)煔膺M(jìn)入蓄熱室內(nèi)的格子磚加熱，然停止燃燒，再將鼓風(fēng)機(jī)送來的冷空氣通過蓄熱式格子磚，將格子磚所積蓄的熱量帶走，冷空氣被加熱到所需的溫度進(jìn)入高爐。熱風(fēng)爐煙道廢氣的溫度一般限制在300～350℃，最高不行超過400℃。使用熱管換熱器回收的這部分余熱，用來加熱助燃空氣則可以改善蓄熱爐內(nèi)的燃燒狀況，從而使?fàn)t頂溫度提高。對于以煤氣為燃料的單位，一般多采用分離式熱管換熱器回收排煙余熱，回收的余熱同時(shí)用來加熱空氣和煤氣，因之稱為“雙預(yù)熱”。
系統(tǒng)由3臺熱管管箱組成，熱風(fēng)爐的煤氣燃燒所產(chǎn)生的煙氣溫度約250℃左右進(jìn)入煙氣管箱，在煙氣管箱中，煙氣將熱量分別傳給煤氣加熱側(cè)的管束和空氣加熱側(cè)的管束。兩組管束并聯(lián)布置。煙氣分二路流過管箱。煤氣和空氣加熱側(cè)的管束吸收煙氣的熱量后，分別由各自的管內(nèi)的工作液體所產(chǎn)生的蒸汽通過各自的上升管分別傳送到煤氣和空氣加熱側(cè)的管箱。為便于現(xiàn)場調(diào)試及設(shè)置了旁路。
鋼鐵行業(yè)白灰窯空氣（CGK-I）
煤氣（CGM-I）預(yù)熱器簡介
隨著國內(nèi)鋼鐵生產(chǎn)能力的不斷增加，對白灰（CaO）的需求量也越來越大。各鋼鐵企業(yè)利用自身高爐產(chǎn)生的高爐煤氣，輸送到白灰窯作為燃料進(jìn)行燒制白灰并從中獲取鈣元素來滿足生產(chǎn)的需求。
高爐煤氣是高爐煉鐵的副產(chǎn)品，是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)內(nèi)部的重要?dú)怏w燃料，它的主要可燃成分為CO，而H2和CH4的含量很少。有大量的不可燃?xì)怏wN2和CO2，所以它的燃值很低，一般只有3000-3800kj/m--3。
另外，從高爐引出的煤氣中含有大量的灰塵，一般為60-80g/m3或更多，這些粉塵會堵塞管路和設(shè)備。作為氣體燃料的使用，工藝規(guī)定高爐煤氣必須經(jīng)過除塵凈化處理，并達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)后才能輸送和使用。按照工業(yè)爐用氣標(biāo)準(zhǔn)，含塵量必須小于或等于20mg/m3。作為煤氣預(yù)熱器的換熱器而言，也必須達(dá)到此項(xiàng)規(guī)定要求。再則是煤氣中的機(jī)械水應(yīng)盡量除去，降低腐蝕，減少在換熱管內(nèi)的機(jī)械水份及灰水粘接，增高煤氣的預(yù)熱溫度，保證換熱器的正常運(yùn)行及煤氣在灰窯爐內(nèi)正常燃燒。
由于高爐煤氣的理論燃燒溫度較其它煤氣低，燃燒溫度只有1400-1500℃。通過燃燒后的高溫?zé)煔鈱⒖諝夂兔簹忸A(yù)熱來提高它的燃燒溫度，是切實(shí)有效和節(jié)能的大舉措。助燃空氣每提高100℃，高爐煤氣的燃燒溫度可提高40℃；高爐煤氣進(jìn)爐溫度每提高1000C，高爐煤氣的燃燒溫度可提高60℃。采用新型高效節(jié)能的CGK-1、CGM-1煤氣預(yù)熱器，分別能將空氣預(yù)熱到300℃、煤氣預(yù)熱到250℃。則高爐煤氣的燃燒溫度可提高270℃，能使高爐煤氣的燃燒溫度高達(dá)1700℃。
據(jù)對國內(nèi)部分鋼廠白灰窯的生產(chǎn)狀況調(diào)查了解，使用未經(jīng)預(yù)熱的高爐煤氣作為燃料進(jìn)行生產(chǎn)的，因熱量不足，爐窯溫度偏低，而導(dǎo)致白灰產(chǎn)量及質(zhì)量均偏低。在冬天使用，則情況可能更差，時(shí)常因煤氣含塵較多和含機(jī)械水而堵塞燒嘴。如180m3容量的白灰窯日產(chǎn)量只在90噸左右，而且白灰夾生率高，夾生率一般在20%以上。同時(shí)，白白排放掉400~500℃能產(chǎn)生二次能量的利用煙氣，并對大氣造成熱污染及灰塵污染。
也有鋼鐵廠安裝有光管式空氣、煤氣預(yù)熱器，但由于換熱面積小，預(yù)熱溫度不是很高，空氣預(yù)熱溫度只有100~150℃，煤氣溫度在80~120℃之間，工藝效果不很明顯。河南濟(jì)源鋼廠6座150m3白灰窯安裝有光管式空氣、煤氣預(yù)熱器，白灰夾生率仍在15~18%之間，日產(chǎn)量80噸/座左右。
針對白灰窯現(xiàn)行工藝狀況，本企業(yè)利用自身專業(yè)設(shè)備及專業(yè)技術(shù)的優(yōu)勢，為現(xiàn)行的白灰窯專門設(shè)計(jì)和制作了具有先進(jìn)技術(shù)的CGK-1、CGM-1型雙向翅片管式空氣、煤氣預(yù)熱器。
首先依據(jù)加熱與被加熱介質(zhì)同是氣體且換熱系數(shù)較低的特性，在換熱管內(nèi)外同時(shí)增加換熱面積（即內(nèi)、外翅片），來大大提高整體換熱能力。內(nèi)外增加的翅片均采用具有先進(jìn)技術(shù)的焊接方式，保證翅片與基管整體焊接在一起，消除接熱阻（經(jīng)西安交通大學(xué)測試，接觸熱阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它形式的翅片管接觸熱阻，熱阻幾乎為零）。再則，鎳合金滲層翅片管具有抗自身600℃高溫氧化、表層硬度高、抗煙氣沖刷、耐腐蝕等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。
整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮了氣體流動(dòng)方式及氣體均流的合理性，傳熱溫差的最大化，以及換熱管的布置和煙氣自清灰功能設(shè)計(jì)、熱彭脹等問題。保證換熱管的安全正常、高效能的使用。從窯頂引出的煙氣經(jīng)主煙管分叉流到空氣和煤氣預(yù)熱器，各自和高溫?zé)煔獬浞謸Q熱?；厥盏臒崃坑芍伎諝夂兔簹馕蘸笞饔糜诨腋G內(nèi)；降低溫度后的排煙再經(jīng)除塵達(dá)標(biāo)后排入大氣。
國內(nèi)某鋼鐵公司5座140m3白灰窯投入使用了CGK-I、CGM-I雙向翅片管式空氣、煤氣預(yù)熱器，產(chǎn)量和質(zhì)量均有大幅提高。
從以上的5座白灰窯使用的CGK-I、CGM-I型雙向翅片管式空氣、煤氣預(yù)熱器運(yùn)行記錄表上數(shù)據(jù)顯示：
煙氣溫度300℃時(shí)，助燃空氣預(yù)熱至210℃，煤氣170℃
煙氣溫度350℃時(shí)，助燃空氣預(yù)熱至250℃，煤氣200℃
煙氣溫度400℃時(shí)，助燃空氣預(yù)熱至300℃，煤氣240℃
煙氣溫度450℃時(shí)，助燃空氣預(yù)熱至350℃，煤氣260℃
回收熱量平均值：1400KW
（注：煤氣溫升較低，是由于煤氣中的機(jī)械水未出盡，水分受熱蒸發(fā)而消耗部分熱量，使得煤氣溫升比空氣低的多一些。）
由于該型式空氣、煤氣預(yù)熱器預(yù)熱溫度高，顯著提高了高爐煤氣在灰窯內(nèi)的燃燒溫度，并因補(bǔ)充進(jìn)大量的回收能源，使得灰窯內(nèi)熱量充足，成品白灰質(zhì)量和產(chǎn)量顯著提高，白灰夾生率大為降低。在使用了CGK-I、CGM-I型雙翅片管式空氣、煤氣預(yù)熱器后，基本上消除了白灰夾生的問題，而且白灰的品位很好，單窯產(chǎn)量也由原來的90噸/天提高到120噸/天。提高的原因一是燃燒溫度的提高，縮短了燒制周期；二是由煙氣回收的熱量直接作用于爐窯內(nèi)變?yōu)楫a(chǎn)能的增加
從節(jié)能效果上分析：單座140m3白灰窯平均回收熱量為1400KW（既1400KJ/s），高爐煤氣熱值3500KJ/m3左右。相當(dāng)于節(jié)省煤氣0.4m/s或1440m3/h。用戶自己可根據(jù)煤氣單位價(jià)換算出回收價(jià)值。
如果煤氣按0.1元/m3計(jì)，側(cè)回收價(jià)值144元/小時(shí)、3456元/天、10.368萬元/月、124.416萬元/年。一套140m3白灰窯CGK-I、CGM-I型雙向翅片管式空氣、煤氣預(yù)熱器價(jià)位在26萬元左右。
從環(huán)保效果上看，降低排煙溫度意味著直接減少對大氣的熱污染。另外，灰窯多裝有布袋式除塵器，降低排煙溫度對保護(hù)布袋及正常除灰起到可靠的作用。
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