高温炼钢中具有回收价值的余热主要包括熔融钢渣和高温转炉烟气所携带的物理热。在转炉内,钢渣温度达1600℃以上,携带的物理热占总支出热量的11%~14%;转炉烟气的温度在1450~1500℃,携带的物理热占总支出热量的10%左右。
转炉余热利用
将转炉在炼钢操作中产生的、由高温物料承载的具有利用价值的物理热加以利用的技术。
- 英文名称
- reuse of waste heat of converter steelmaking
- 所属学科
- 冶金工程
1977~1985年,日本钢管和三菱重工进行了试验研究,通过风淬-换热器法产生蒸汽,对余热进行回收,但由于存在技术瓶颈,并未进行工程应用,尚处于研发阶段。
通常采用烟气汽化冷却系统来实现。转炉高温烟气进入烟道需要被冷却,早期投产的转炉,多采用水冷烟道,不仅耗水量大,热量也无法回收利用。20世纪80年代,德国的OSCHATZ公司成功开发了电炉烟气的汽化冷却系统,后来应用于转炉烟气的冷却。汽化冷却的原理是利用水的汽化潜热带走被冷却部件的热量。
转炉烟气汽化冷却系统包括汽化冷却烟道、汽包、蓄热器和循环管路。汽化冷却烟道的壁面是膜式水冷壁结构,水冷壁管内部的汽水混合物不仅保证烟道壁面被冷却到安全的温度范围,而且所带走的热量可以进行后续利用。在此过程中,高温烟气与冷却水之间发生热交换,烟气温度降低,冷却水吸收热量,蒸发成饱和蒸汽。转炉烟气汽化冷却系统可以回收800~1600℃的烟气所携带的余热,但是,对于烟气温度为800℃以下的余热,因没有相关的设备和成熟技术,尚不能回收,余热还存在浪费问题。转炉烟气通过汽化冷却烟道产生蒸汽后,经上升管进入汽包,汽包最高压力可达2.5~3.2兆帕,然后进入蓄热器,从蓄热器出来的蒸汽通过调节阀,蒸汽压力降到1兆帕以下,饱和蒸汽温度为169~179℃,这样的低压蒸汽,只能服务于低压蒸汽用户,如用于化工生产、生活和采暖。部分低压饱和蒸汽可通过电加热等措施,变成中高压过热蒸汽,可供真空循环脱气(RH)法抽真空,或者接入钢铁厂蒸汽管网。但由于转炉饱和蒸汽压力低、湿度大以及供应不连续等原因,回收的蒸汽往往被大量放散,造成能源的二次浪费。
转炉汽化冷却饱和蒸汽发电是解决剩余蒸汽放散、减少能源浪费的重要途径,冷却烟道余热产生的低压饱和蒸汽直接发电,系统简单,安全性高,可靠性好,不须补充其他燃料或能源,整个发电系统包括两部分,即转炉汽化冷却系统和汽轮发电机系统。转炉汽化冷却饱和蒸汽发电可减少钢铁企业购电量或者企业发电的一次能源消耗量。