L'intercanviador de calor de recuperació de calor de caldera potencia la conservació d'energia i la reducció de carboni a la indústria siderúrgica
Posicionament del nucli: el valor bàsic dels intercanviadors de calor de recuperació de calor de la caldera
La producció d'acer no es pot separar del suport de diversos tipus de calderes, com ara estufes d'alt forn, calderes de generació d'energia de gas, refrigeradors d'anell de sinterització, forns de coc, etc. Aquests equips generen una gran quantitat de calor residual a diferents nivells de temperatura durant el funcionament - des de gasos de combustió de mitjana i baixa temperatura a 100 graus fins a gasos de combustió d'alta temperatura a 1050 graus. Si es descarrega directament, no només provoca greus malbarataments energètics, sinó que també agreuja la contaminació tèrmica ambiental. El valor fonamental dels intercanviadors de calor de recuperació de calor de calderes rau en la construcció d'un sistema de bucle tancat de "reutilització eficient de l'energia de l'intercanvi de calor de captura de calor residual", que coincideixi amb precisió amb les característiques de calor residual de les calderes de les plantes d'acer, convertint la calor residual perduda en energia utilitzable, com ara preescalfar l'aire de combustió, escalfar l'aigua d'alimentació de la caldera i generar "vapor". El seu rendiment determina directament l'eficiència de la recuperació de la calor residual de la caldera i els efectes d'estalvi-energètic i de reducció de carboni, i és un pont clau que connecta la calor residual de la caldera i la reutilització d'energia.
(1) Conservació d'energia i reducció del consum, millorant l'eficiència de l'ús de l'energia
A la calor residual emesa per les calderes de les fàbriques siderúrgiques, la calor transportada pels gasos de combustió d'alta-temperatura representa més del 40% de la dissipació de calor total de l'equip. Els intercanviadors de calor de recuperació de calor de caldera d'alta qualitat poden aconseguir una eficiència de transferència de calor superior al 85%, millorant considerablement l'eficiència d'utilització de l'energia. Per exemple, després que el gas de combustió de l'estufa d'alt forn sigui tractat per un intercanviador de calor, l'aire i el gas es poden preescalfar a 190-380 graus, reduint significativament el consum de combustible de l'estufa calenta i ajudant a millorar l'eficiència energètica final del procés de l'alt forn. El benefici global es pot augmentar en un 2% -4%; Després d'introduir un gran intercanviador de calor rotatiu en un alt forn de 2500 metres cúbics d'una determinada empresa d'acer de 10 milions de tones, la temperatura de l'aire de combustió va augmentar de la temperatura ambient a 380 graus, l'eficiència de combustió de combustible de l'alt forn va augmentar un 12% i la relació de coc va disminuir de 550 kg/t a 480 kg/t d'estalvi energètic significatiu. Al mateix temps, l'intercanviador de calor pot reduir la temperatura d'escapament de la caldera a 100-130 graus, evitant la pèrdua de calor i afavorint el nivell global de consum d'energia de la planta d'acer per apropar-se al punt de referència de la indústria.
(2) Reduir costos i augmentar l'eficiència, millorar la competitivitat bàsica de les empreses
El cost de l'energia és un component important del cost de producció de les empreses siderúrgiques. Els intercanviadors de calor de recuperació de calor de la caldera redueixen directament els costos operatius de les empreses reduint el consum de combustible i electricitat comprats, alhora que redueixen la inversió en funcionament i manteniment dels equips, aconseguint guanys d'eficiència dual. Prenent com a exemple l'alt forn de 1800 metres cúbics de Qinggang, amb el suport d'un intercanviador de calor dedicat a la recuperació de calor, es pot recuperar una quantitat addicional de calor cada any, equivalent a l'estalvi de 39,57 milions de metres cúbics estàndard de gas. Combinat amb la reducció de les fuites d'aire i l'estalvi de gas, els beneficis anuals d'estalvi d'energia-arriben als 9,116 milions de iuans. Després de deduir els costos operatius, els beneficis incrementals d'estalvi-d'energia són d'uns 8,91 milions de iuans; Un taller convertidor de 120 tones adopta un intercanviador de calor de tub d'aletes espirals, que pot recuperar 12 milions de kcal de calor per forn d'acer, equivalent a estalviar 1,2 tones de carbó estàndard. La generació d'energia anual augmenta en 18 milions de kWh, i el cicle de manteniment dels equips es redueix de 4 vegades a l'any a 2 vegades, reduint els costos de manteniment en un 40%. Per a les grans empreses d'acer, un sistema complet d'intercanviador de calor de recuperació de calor de la caldera pot reduir els costos en milions o fins i tot desenes de milions de iuans anualment, millorant significativament la competitivitat del mercat de l'empresa.
(3) Reducció de carboni verd, ajudant a la transformació de baixa-emissió de carboni del sector
Sota l'objectiu de "doble carboni", la indústria siderúrgica s'enfronta a requisits estrictes de reducció d'emissions. Els intercanviadors de calor de recuperació de calor de caldera poden reduir eficaçment el consum d'energia com el carbó i el gas natural recuperant la calor residual en lloc de cremar combustibles fòssils, reduint així les emissions de contaminants com el diòxid de carboni, el diòxid de sofre i els òxids de nitrogen. Segons els càlculs, per cada 1 GJ de calor residual recuperat, es poden reduir aproximadament 80-100 kg d'emissions de diòxid de carboni; Prenent com a exemple una empresa siderúrgica amb una capacitat de producció de 5 milions de tones, amb el suport d'intercanviadors de calor de recuperació de calor de caldera, es poden reduir anualment 26.000 tones de diòxid de carboni, 750 tones de diòxid de sofre i 375 tones d'òxids de nitrogen. Shiheng Special Steel recupera la calor residual del gas de carbó cru a través d'un intercanviador de calor de la camisa del forn de coc, aconseguint múltiples beneficis de reduir el consum d'energia de coc i controlar les emissions contaminants. El seu projecte de reducció i fixació de carboni en coproducció d'acer temperat redueix les emissions de carboni en 300.000 tones anuals i ha estat reconegut com un "cas típic de neutralitat de carboni" pel Ministeri d'Ecologia i Medi Ambient; Després de desplegar diversos intercanviadors de calor de recuperació de calor al llarg de tot el procés, una empresa siderúrgica líder va reduir les emissions de diòxid de carboni en 850.000 tones anuals i va crear beneficis econòmics de més de 230 milions de iuans, demostrant completament el valor baix en carboni dels intercanviadors de calor.
Tipus bàsics i característiques tècniques: Apte per a múltiples escenaris de calderes en plantes d'acer
Hi ha diversos tipus de calderes a les siderúrgiques, amb diferències significatives en les característiques de calor residual - temperatures que oscil·len entre 100 graus C i 1050 graus C, i composicions complexes de gasos de combustió (incloent sofre, clor, pols, etc.). Els corresponents intercanviadors de calor de recuperació de calor de la caldera també presenten tipus diferenciats, amb el nucli girant al voltant de "utilització en cascada, intercanvi de calor precís", adaptant-se a diferents escenaris de caldera i qualitat de calor residual, aconseguint la màxima utilització dels recursos de calor residual i solucionant punts dolorosos com la corrosió, l'acumulació de cendres i la degradació del rendiment dels equips tradicionals.
(1) Tipus d'intercanviador de calor principal i avantatges tecnològics
1. Intercanviador de calor de preescalfament dual de control de temperatura intel·ligent: utilitzant oli tèrmic com a mitjà de calor, es construeix un sistema d'intercanvi de calor d'"aire/gas d'oli tèrmic de gasos de combustió", que consta d'intercanviador de calor de gas de combustió, intercanviador de calor d'aire, intercanviador de calor de gas i sistema de control intel·ligent, principalment adequat per a la recuperació de calor residual de gasos de combustió a baixa -temperatura i la recuperació de la calor de la generació de gasos de combustió. El seu avantatge principal és resoldre fonamentalment el problema de la corrosió del punt de rosada àcid a baixa -temperatura, alleujar el fenomen d'acumulació de cendres i la vida útil de l'equip pot arribar a més de 10 anys, superant amb escreix la vida útil dels intercanviadors de calor de plaques i tubs de calor tradicionals en 3-5 anys. En condicions normals de funcionament, la calor residual a la temperatura d'entrada dels gasos de combustió de 280 graus es pot recuperar per preescalfar el gas i l'aire a una temperatura de 190 graus; Quan la temperatura d'entrada dels gasos de combustió és de 330 graus, la temperatura de preescalfament es pot augmentar a 230 graus i la temperatura d'escapament es pot reduir a menys de 130 graus, amb un mínim de 100 graus.
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 graus) utilitza un mòdul de transferència de calor de radiació tipus màniga per transferir energia tèrmica a través de les característiques de radiació dels gasos de combustió, evitant danys per l'estrès tèrmic; Quan la temperatura cau per sota dels 750 graus, canvieu al mode de transferència de calor convectiva, combinat amb l'avantatge de transferència de calor d'alta -eficiència dels intercanviadors de calor de plaques, el coeficient de transferència de calor pot arribar als 3500 W/(m²·K) i la petjada de l'equip es redueix en més d'un 40% en comparació amb les solucions tradicionals [2]. Després de la renovació d'un alt forn de 2000 m³ en una determinada planta d'acer, l'eficiència de la recuperació de la calor sensible del gas va augmentar un 22%, estalviant 12.000 tones de carbó estàndard anualment.
3. Bescanviador de calor de tubs: un dels tipus més utilitzats, el nucli està format per diversos tubs metàl·lics resistents a altes-temperatura (com ara acer inoxidable 310S, aliatge Inconel, etc.). El gas de combustió d'alta temperatura flueix fora del feix de tubs i el medi a escalfar circula per dins del tub, aconseguint la transferència de calor a través de la conducció de calor de la paret del tub. L'estructura és robusta, capaç de suportar altes temperatures i pressions de 800-1200 graus, fàcil de netejar i mantenir, i apta per a entorns de gasos de combustió amb un alt contingut de pols, com ara alts forns i convertidors en plantes siderúrgiques. El convertidor de 120 tones d'una empresa d'acer especial adopta un intercanviador de calor de tub d'aletes espirals, amb una única àrea d'intercanvi de calor de 3200 metres quadrats. Les aletes estan fetes de material d'aliatge de níquel-crom amb una resistència a la temperatura de 850 graus, resistint eficaçment la corrosió a alta temperatura i reduint la temperatura dels gasos de combustió de 800 graus a 280 graus. L'efecte de recuperació de la calor residual és important.
4. Bescanviador de calor de plaques: utilitzant plaques metàl·liques ondulades com a elements d'intercanvi de calor, es formen canals estrets entre les plaques i els gasos de combustió d'alta -temperatura flueixen al revés amb el medi que cal escalfar. L'àrea de transferència de calor és gran i l'eficiència és alta, que és un 10% -30% més alta que els intercanviadors de calor de tubs tradicionals. El volum compacte és adequat per a escenaris d'espai limitat. Per als gasos de combustió d'alta temperatura de 650 graus al forn de calefacció de laminació d'acer, l'intercanviador de calor de plaques anti-cendra adopta un disseny especial de plaques i està equipat amb un sistema de neteja automàtic de cendres, que pot utilitzar la calor dels gasos de combustió per preescalfar l'aire de combustió i l'aigua de refrigeració del laminador, reduint el consum de combustible del forn de calefacció en un 10%.
5. Bescanviadors de calor auxiliars: inclosos economitzadors, preescalfadors d'aire, intercanviadors de calor de tubs de calor, etc., utilitzats principalment per a la recuperació de calor residual a mitja i baixa temperatura (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%.
Tendències de la indústria i perspectives de desenvolupament
Amb la promoció del "Pla d'acció especial per a la conservació de l'energia i la reducció del carboni a la indústria siderúrgica", a finals de 2025, el consum d'energia per unitat de producte dels alts forns i convertidors de la indústria siderúrgica es reduirà en més d'un 1% respecte al 2023, i el consum integral d'energia per tona d'acer es reduirà en més d'un 2%. Els intercanviadors de calor de recuperació de calor de calderes, com a equip bàsic per a la conservació d'energia i la reducció de carboni, marcaran un espai de desenvolupament més ampli. A partir de les necessitats de desenvolupament de la indústria i les direccions d'innovació tecnològica, hi haurà tres tendències de desenvolupament principals per als intercanviadors de calor de recuperació de calor de caldera en el futur.
Un d'ells és l'actualització de la intel·ligència tecnològica, la integració de noves tecnologies com la intel·ligència artificial, els bessons digitals i l'Internet de les coses per aconseguir un seguiment en temps real-, una regulació precisa i un avís d'errors de l'estat de funcionament dels intercanviadors de calor, millorant encara més l'eficiència de l'intercanvi de calor i reduint els costos d'operació i manteniment; Al mateix temps, el desenvolupament d'intercanviadors de calor adaptatius pot ajustar automàticament els paràmetres de funcionament en funció de les fluctuacions de la temperatura de calor residual i el cabal, adaptant-se a escenaris complexos de calor residual a les plantes siderúrgiques.
La segona és la innovació material i estructural, utilitzant materials d'aliatge més avançats resistents a -temperatura i corrosió-, com ara INCONEL 625, acer inoxidable 310S, etc., per millorar l'estabilitat de l'intercanviador de calor en ambients d'alta temperatura, alta corrosió i pols; Optimitzeu el disseny estructural dels intercanviadors de calor, desenvolupeu intercanviadors de calor compactes i eficients, reduïu l'empremta i milloreu la utilització de l'espai, com ara reduir la petjada dels intercanviadors de calor de màniga d'alta-temperatura en més d'un 40% en comparació amb les solucions tradicionals.
El tercer és el desenvolupament de la integració del sistema, que combina intercanviadors de calor de recuperació de calor de caldera amb sistemes de recuperació de gas, cicle de vapor i emmagatzematge d'energia per construir un sistema integrat de reciclatge d'energia, millorar l'autosuficiència energètica de l'empresa i fer front a les fluctuacions del preu de l'electricitat i als riscos del subministrament d'energia; Al mateix temps, combinant noves tecnologies de fosa com la metal·lúrgia de l'hidrogen, optimitzant el disseny d'intercanviadors de calor, adaptant-se a noves estructures de fonts de calor i promovent que la indústria siderúrgica passi de la "conservació d'energia i reducció de carboni" a "zero emissions de carboni".
A més, amb la millora contínua dels estàndards de la indústria, com ara la promoció d'estàndards de la indústria per a la recuperació de la calor residual del gas d'elevació del forn de coc, l'aplicació dels intercanviadors de calor de recuperació de calor de caldera estarà més estandarditzada i estandarditzada, afavorint el nivell d'eficiència energètica general de la indústria. Segons la capacitat de producció nacional de ferro d'1.000 milions de tones, si es promouen completament els intercanviadors de calor avançats de recuperació de calor de la caldera, es poden estalviar uns 4.800 milions de iuans en costos i reduir les emissions de diòxid de carboni en 5,2 milions de tones anuals, amb importants beneficis econòmics i ambientals.
