冶金余热回收节能方案的研究冶金技术毕业论文

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1、XX大学毕业设计论文学 号： 系、班级： 姓 名： 论文题目： 冶金余热回收节能方案的研究 指导教师： 日 期： 32目录摘 要2一、前言31冶金工业能源现状3（1）节能与能耗3（2）国内外钢铁能源结构比较6（3）钢铁企业各工序耗能情况72冶金工业节能8(1)节能差距及不足分析8(2)节能潜力分析8(3)冶金余热余能及系统节能93本文问题的提出10(1)冶金工业余热回收技术的应用情况10(2）本文研究的主要内容及意义12二、炼钢转炉生产余热节能方案研究121炼钢生产的烟气余热产生及回收13（1）烟气余热产生13（2）论燃烧温度及烟气焓值15（3）烟气的净化回收系统172汽化烟道强化研究18（1

2、）汽化烟道基本结构和烟气热力学参数18（2）基本模型与计算条件20（3）计算结果分析223余热锅炉循环系统264回收蒸气核算285蒸汽节能方案研究31（1）蒸汽蓄热器节能31(2)水暖改造节能361结论412展望41参考文献 河北联合大学迁安学院毕业论文 摘 要本文首先对冶金工业中余热回收利用进行了分析，从能源、节能的角度入手，对冶金工业的余热回收利用进行了分析研究，提出问题，找出差距，以实例应用为研究导入点，展开研究。本文以崇利制钢两座30t转炉生产工艺的具体运行参数为研究依据，结合烟气汽化烟道的余热回收技术的基本原理与理论基础，对转炉炼钢烟气汽化烟道进行了方案对比研究，在厂房安装位置允许的

3、情况下，应选用烟道直径较大。长度较长的汽化烟道，这样有利于热量回收。在讨论烟道余热锅炉水循环时，建议在中小转炉系统中，优先选用自然循环系统，该系统安全可靠，运行费用低。对蒸汽的间断性和波动性进行了分析论证，并列举了两套节能方案进行了讨论研究并进行了经济效益分析，希望能对工程的设计选型起到一定的借鉴作用。关键词： 冶金，余热回收，热管应用一、前言本章首先对冶金工业的能源现状进行了分析，对国内外冶金工业能源结构和工序耗能进行了对比，列举了我国与国外先进水平的差距与不足。和国外先进水平相比，国内的节能潜力还很大，需要做的工作还很多，尤其在冶金工业的余热回收上，应有新认识，在节能减排、吨钢综合能耗等方

4、面，应有新举措。在本章的最后提出了以本文研究的内容和意义。1冶金工业能源现状（1）节能与能耗在工业生产中，很多方面已经采用了一些新工艺、新技术和新设备，相应地降低了热能的消耗。但是在生产过程中由煤、油、天然气等一次能源所转化出来的热能只有一部分得到了有效的利用，还有相当一部分热能一余热在燃烧或加热之后没有被充分利用而浪费掉了。从节能和提高能源利用率的角度来看，合理地回收和利用余热，不仅是十分必要的，而且也是完全可能的。但这并不是说，对所有的余热都要全部加以回收。第一，这既没有科学根据，技术上暂时也不可能实现；第二，回收多少，必须进行综合经济效益分析才能决定。所以，合理而充分地回收余热资源，才能

5、达到迅速提高能源利用率的目的。余热利用“余热利用”这个概念可以这样来认识，就是从某一个生产过程中所排放出来的热量具有相当的温度(一般高于环境温度)，并能利用其中一部分热量进行再生产，从而提高热能利用率。余热可根据它所具有的温度来分类。工业余热一级可分为三类：高温余热：高于500；中温余热：介于500至300之间；低温余热低于300。回收利用余热资源的办法很多，其基本方法之一是将一种较高温度的流体余热经过传热装置传给另种温度较低的流体。从余热热源将其热量传递给被加热的物体或工质的时候，除去必须遵守一定的规律(热力学第一、第二定律)外，还离不开必要的设备和一定的媒介物质。比如本文将讨论的热管余热锅

6、炉等。能源与节能冶金工业长期以来被称为高耗能、高污染行业，节能降耗、开发新品种一直是冶金工业近年来追求的首要目标。现将相关概念介绍如下：一次能源：自然界原来就存在，没有经过加工或转换。品种：煤炭、石油、天然气、电力。二次能源(或为再生能源)；以多种形式由其它载能体转换而来的。品种：煤气、蒸汽、压缩空气、物体显热、液体或气体的压力能。节能概念：节能含义包括减少浪费和增加回收两个部份。减少浪费：加强对用能的质量和数量的管理，优化用能结构，减少物流损失，能源介质的无谓排放等。增加回收：大力回收生产过程中产生的二次能源(包括余压、余热、余能和煤气等)。节能工作的内容；直接节能和间接节能。直接节能：减量

7、化用能，提高能源利用效率、降低产品单位能耗。间接节能；工艺结构调整、优化工艺流程、减少生产中间环节、提高产品性能和寿命等。能耗的基本概念能耗是能源消耗量的简称，能耗是企业或产品的直接能源消耗量，包括用于过程和散失于环境的全部热量。严格说来，能耗的单位应采用实物量单位，但为了计算方便，采用能量单位表示能耗，如kJ、kWh等。为了便于比较，能耗的单位都折算为标准煤，任何具有2931010KJ能量的物质均折算成lkg标准煤。我国钢铁企业能源消耗指标主要用吨钢能耗表示，吨钢能耗是反映钢铁企业(工业)能源消耗和能源利用状况的重要技术经济指标，它能大致反映出钢铁联合企业钢铁生产的技术水平、原材料条件和管理

8、水平等。我国吨钢能耗有反映企业能源消耗的吨钢综合能耗和用于钢铁联合企业间能耗对比的吨钢可比能耗。1吨钢综合能耗。企业吨钢综合能耗是指企业在报告期内每吨钢消耗的各种能源消耗总量。能源消耗总量必须是将各种能源按规定的计算方法分别折算为统一标准单位后的总和。2吨钢可比能耗。吨钢可比能耗是指企业每生产1吨钢，从炼焦、烷结、炼铁、炼钢直到成品钢材配套生产所必需的耗能量及企业燃料加工与运输，机车运输能耗及企业能源亏损所分摊到每吨钢的耗能量之和。包括联合企业的矿山、选矿、铁合金、耐火材料、碳素制品、焦化回收产品精制及其他产品生产、辅助生产及非生产的能耗。（2）国内外钢铁能源结构比较与世界主要产钢国钢铁工业的

9、能源结构相比，中国钢铁制造业煤炭所占比例高于其它国家，而天然气和燃料油的比重明显低于发达国家。如表1一l所示钢铁工业属于资源、能源密集型产业。钢铁工业的能耗约占全国工业总能耗的1 1；排放的废水和废气约占工业总排放量的14；固体废弃物约占工业废弃物总量的16。2003年，我国GDP增长91，而能源消耗增长154，钢材消费增长266。如果今后按此速度发展下去，我国铁、锰、铬矿产资源可持续供应的矛盾将日益加剧，原材料供应、水资源和土地资源紧缺、环境污染和运输负荷等问题将成为我国国民经济发展的重大障碍。冶金工业将以资源高效利用和循环利用为核心，以低消耗、低排放、无毒化、无害化、高效率为目标，以转变增

10、长方式、调整产业结构、加快技术进步为根本，把冶金工业建成资源节约型行业。（3）钢铁企业各工序耗能情况近年全国重点钢铁企业各工序能耗情况表12所示说明：2006年全国产钢421亿吨，年增长率在1848，但吨钢可比能耗是下降62。由于钢铁工业节能成绩显著，能源年增长率低于钢产量增长率。从2007年上半年统计数据可看出钢铁企业之间能耗的先进水平与落后水平之间的差距甚大，说明企业的节能潜力巨大。工业发达国家的吨钢可比能耗为642姆t与我国重点钢铁企业平均值相比差112。2006年以后国家规定电力折标煤系数从0404Kgcekwh改为01229Kgcekwh致使全行业能耗指标约下降18。由此可见，对于全

11、行业来讲是需要加强节能的普及与提高工作。“十五”以来，全国重点钢铁企业加大节能工作力度，吨钢可比能耗下降604，炼铁工序能耗下降166，焦化工序下降108，烧结工序下降672。我国炼钢系统能耗与国际先进水平的差距最大，是目前钢铁行业节能工作应加强的地方。2冶金工业节能(1)节能差距及不足分析由于我国钢铁工业产量增长较快，占全国能源总消耗量的15左右。另外，废钢产生量相对短缺，每年大约30005000万吨，电炉钢占钢产量的比例约15，高炉转炉长流程在中国钢铁工业占主导地位，转炉钢比例占85；全球钢铁工业两类流程之间比例约为67和33。我国钢铁工业与国际先进水平在能耗与节能方面差距较大。废钢资源对

12、我国钢铁工业的制约，只是客观上造成我国钢铁工业能耗偏高，而设备大型化程度低；落后产能比例大；先进节能技术普及率低；二次能源回收利用率低；能源统计、管理有待进一步完善是产生差距的重要因素。(2)节能潜力分析由表1-3和图1-3展示出我国钢铁工业与国际先进节能水平相比，我国钢铁工业节能潜力还有多大，与日本钢铁工业节能成绩相比，对我们的启示有多大。日本钢铁工业1990年比1973年节省能源20。1990年到1995年，日本钢铁工业已经实现节能69。1996年12月，又提出了到2010年的能耗将比1996年减少10的自主行动节能计划目标。 (3)冶金余热余能及系统节能余热利用方面：我国冶金工业的余热资

13、源回收量有1 140万吨标准煤，但当年余热资源回收量为200万吨标准煤，余热资源回收率为17，而实际余热利用量仅占钢铁工业消耗能源量的20左右。在焦炉干熄焦、烧结余热回收、高炉热风炉余热回收、加热炉余热回收等方面才刚刚起步，余热回收利用技术有较大市场。“十五”规划目标争取达到余热利用普及率50，要实现此目标，必须普及推广新的较成熟的余热回收技术。干熄焦技术：所谓干熄焦技术就是将从炼焦炉推出的约1000的赤热焦炭在熄焦室中被与其逆流的冷惰性气体(主要成分为氮气，温度170-190C)熄灭，被加热到700800的惰性气体经除尘后进入余热锅炉，产生的余热蒸汽送汽轮发电机发电。每干熄It焦炭可产生50

14、0kg过热蒸汽，折合省能源46埏左右标准煤。蓄热式加热炉技术：是一种燃烧系统自身回收余热的燃烧技术。它是通过两个蓄热烧嘴交替工作于进气和排气系统，将炉子烟气中的余热交换给炉气体，可将煤气、空气预热至700一1 100，排烟温度降至150以下，使加热余热回收率达到90以上，能耗降低30左右，大大提高了能源利用率。现已有30多家钢铁企业应用了此技术，使过去多为与转炉或焦炉煤气混用的加热炉，采用单一低热值高炉煤气燃料同样可行。余压利用方面：高炉煤气炉顶余压发电技术(简称TRT)是利用炉顶煤气压力回收炼铁生产过程中的二次能源，是不消耗燃料，无污染的最经济的发电设备。所回收的电能接近高炉鼓风机功率消耗的

15、30。高炉在冶炼过程中产生的高压煤气，通过减压阀组的强制节流和形成噪声变成低压煤气，然后送往低压管网送给用户使用。高炉煤气炉项余压发电装置就是将原来损失在减压阀机组的压力能，通过透平机膨胀做功，带动发电机工作变为电能的设备。此装置运转时，不需要燃料，不改变高炉煤气的化学性质，也不影响原有煤气用户的正常使用，既回收了原减压阀组白白损失的压力能和热能，发出可观的电能或回收可观的机械能，又降低了噪声污染，可谓是环保节能双见效的一种措施。3本文问题的提出我国冶金工业近十年发展很快，钢产量自1996年起连续7年超过l亿吨，约占世界钢产量的18，居世界第一位。虽然对能源利用取得了较大的进步，在节约能源采取

16、了一些措施，但是企业提高二次能源回收利用技术装备水平差，普及和推广综合利用新技术意识不强。本文对此问题展开分析研究。(1)冶金工业余热回收技术的应用情况在冶金工业余热回收应用方面，热管作为一种高效的传热元件，近年来已在电力、冶金、化工等众多领域的余热利用方面获得成功。热管换热器与传统的换热器相比，有传热效率高、阻力损失小、结构简单、工作可靠等优点。在冶金行业中，如何回收中、低温烟气余热一直是一个难题。热管式余热回收装置是目前中温(300左右)气一气热交换最理想的换热装置。例如，宝钢二号高炉热风炉、攀钢四号高炉热风炉的烟气余热回收均采用热管换热设备。烧结生产的能耗一般占钢能耗的10,-,20，热

17、烧结矿冷却废气显热和烧结烟气显熟占烧结过程热耗的50以上，合理地回收利用这些热能很有意义，但这些余热资源属中、低品位余热，热管技术为经济有效地回收这部分余热开拓一条路。例如，在环冷烧结机上热管换热器多用于回收300左右的中温余热：在机冷烧结机上因烟气流量较大，温度低，含尘高，使余热回收利用困难。首钢采用气汽热管换热器回收机冷烧结机上烟气余热用以产生蒸汽，供给二次混料机预热烧结混合料，(要求过热蒸汽温度达到180(2左右)实现了烧结系统生产用汽自给有余。炼钢的方法主要采用转炉和电炉工艺，在其生产过程中会产生大量的800-1000的高温气体，需要冷却降温。以往采用自然冷却或水冷却形式，需要较长的烟

18、道来增大散热面积或消耗大量的冷却水，热量全部耗散未得到充分的回收和利用，而且周围的操作环境较差。回收这部分能量，难点主要在于含尘量高、灰堵、磨损且流量和温度呈周期性变化、热应力大等特点。因此目前在国内冶金行业中，电炉、转炉炼钢等冶炼过程的高温余热均未得到充分有效的利用。于2006年12月28日在莱钢50T电炉炼钢余热回收系统中投用的新型热管式蒸汽发生系统装置，现运行稳定，各项参数均已达标。该项目属国内首创，是节能减排示范项目之一，得到了用户的高度认可和冶金同行的充分肯定。的优势:(2）本文研究的主要内容及意义本文将以余热回收技术在冶金工业应用为依据，研究工作从冶金主要冶炼工序的余热利用逐步展开

19、。通过对余热的产生、系统的建立进行分析研究，建立数学模型，并结合实例进行核算与效益研究。主要工作内容如下：以转炉炼钢烟道余热回收为研究对象，进行方案对比研究；对回收余热所产蒸汽进行节能方案研究；进行效益分析与推广性研究。本课题研究的意义在于，对冶金工业生产主要工序的余热，进行回收利用的方案研究，以达到节能减排、挖潜增效的目的，同时进行投资与经济效益分析，达到推广应用的目的。希望本文的研究工作，能为中小型冶金企业的余热回收利用，提供参考依据和起到一定的借鉴作用，为我国的节能和余热回收事业做出贡献。二、炼钢转炉生产余热节能方案研究本章以崇利制钢30t转炉为研究对象，对炼钢生产过程的烟气产生、余热回

20、收系统的建立进行了论述，基于现状存在的一些不足，为完善系统余热回收效果，达到能量有效储存与能量合理利用，结合实际情况，对系统提出了几种完善性设计要求，并逐一进行了论证研究。1炼钢生产的烟气余热产生及回收（1）烟气余热产生以崇利制钢30t顶吹转炉为例，首先从转炉热平衡入手展开讨论。转炉炼钢是一个复杂的物理化学过程，转炉的热量收支受物料平衡和物料质量制约，因此通常把它们放在一起研究以便全面掌握转炉的物料和能量利用情况，了解转炉的工作能力和热效率，为降低原材料消耗及合理利用能源和节能提供方向。表3-1为以lOOkg铁水为基础的转炉物料平衡表，铁水成分()为：420C，0805Si，O60Mn，020

21、0P，0035S，铁水温度为1250。表3-2为热平衡表。 转炉炼钢过程中由于CO反应产生大量富含可燃气体(CO)的烟气，吨钢可达200Nm3，烟气主要含有CO，C02，02和基本成分为氧化铁的尘粒，烟气温度为(15501700)，CO含量为40-80，含尘量为1509m3。这部分烟气带出大量潜热和显热，这些有害气体若直接外排，会严重污染大气环境，钢铁企业必须对转炉烟气进行有效治理。在治理的同时，尽可能回收烟气中的热能和化学能，以降低炼钢工序能耗，减少环境污染。转炉采用间歇性作业，每炉冶炼周期大约为25-30min，其中吹炼时间1820min。在吹炼过程中熔池脱碳产生大量CO煤气，可以进行回收

22、。而在冶炼间歇时间烟道里充满了大量的冷空气，对转炉烟气余热的回收利用造成困难。转炉烟气产生规律见图3-1。氧气转炉在吹炼期间产生大量含尘炉气，其温度高达1400-1600，炉气中含大量CO并有含铁量为60左右的粉尘(约占铁水装入量的1 oA2)。如果让这些炉气出炉口后任意放散不但会污染环境同时也浪费了大量能源和有用物质。通常每炼It钢可收得转炉煤气60-90m3、粉尘10-20kg，回收蒸汽约60-70kg，因此无论从治理环境还是回收能源方面，都必须对转炉炉气进行净化处理和回收利用。 （2）论燃烧温度及烟气焓值铁水中的碳和氧气在炉内进行燃烧，输入热量包括燃料拥有的热量、燃烧所需氧气拥有的热量以

23、及外部热源和加热氧气带人炉内的热量等。如果燃烧过程在绝热条件下进行并且燃烧完全，则上述热量全部用于加热烟气本身，此时烟气所能达到的温度为理论燃烧温度或称为绝热燃烧温度，且可以写成为： 燃烧分为完全燃烧和不完全燃烧两种。当燃料中可燃物质被完全燃烧干净，燃烧所产生的烟气中不含有可燃物质为完全燃烧。当只按化学计量比供给空气量时，燃料完全燃烧后产生的烟气量为理论烟气量。理论烟气的组成主要为C02、S02、N2和H20。当有过量空气时，烟气中除有上述成分外，还含有过量的空气。当不完全燃烧时，则除上述成分外，根据燃料的成分，烟气中还出现CO、H2等可燃成分。因此烟气的成分是比较复杂的。理论燃烧温度是燃料燃

24、烧过程的一个重要指标，它标明某种成分的燃料在某一燃烧条件下所能达到的最高温度。理论燃烧温度是分析炉的热工作和热工计算的一个重要依据，对燃料和燃烧条件的选择、温度制度和炉温水平的估计及热交换计算方面，都有实际意义。理论燃烧温度的高低与燃料的热值、燃烧产物的热容量、燃料与氧气的温度和过量空气系数等因素有关。若过量空气系数太小，由于燃烧不完全，不完全燃烧热损失增大，使得炉内燃烧温度降低。若过量空气系数太大，则增加了燃烧产物的数量，也使得燃烧温度降低。因此，为了提高燃烧温度，应在保证完全燃烧的前提下尽量降低过量空气系数的数值。预热空气和燃料均可提高理论燃烧温度，由于燃烧时空气量比燃料量大，预热空气对提

25、高理论燃烧温度的影响更为明显。烟气烩的计算是以lkg固体及液体燃料或标准状态下lm3气体燃料为基础进行计算的，并且以OC作为起算点。烟气是多种气体的混合物，其焓值等于理论烟气焓、过量空气焓和飞灰焓之和，即（3）烟气的净化回收系统实例采用的是未燃法煤气回收净化除尘系统，如图3-2所示团】，该系统的流程如下：转炉烟气一活动烟罩、固定烟罩一汽化冷却烟道一溢流文氏管一重力脱水器一可调喉口文氏管一喷淋箱一复挡脱水器一抽风机一三通切换阀一水封逆止阀一煤气柜。该系统特点是采用活动烟罩降罩控制空气过剩系数a值，高温烟气经过汽化冷却烟道降至900左右，再进入两级串联的内喷文氏管除尘，第一级溢流文氏管将烟气降温至

26、70-80并进行粗除尘，第二级可调喉口文氏管进行精除尘，含尘量达lOOmg(标)m3以下，烟气温度降至67左右。二文后的喷淋箱和复挡脱水器进一步用水洗煤气并脱水。该系统负压较高，故采用高压风机。一文和二文耗水量分别为50th喷淋箱46th。未燃法具有能够回收煤气，烟气量小、净化系统设备体积小、烟尘粒度大，且FeO颗粒容易捕集，除尘效率高等优点，所以，国内外采用未燃法除尘的比较多。但是未燃法烟气是种含CO很高的可燃性气体。要求系统密封性好，防止爆炸和系统漏气引起煤气中毒。2汽化烟道强化研究（1）汽化烟道基本结构和烟气热力学参数崇利制钢现用30t汽化烟道基本结构如图3-3所示。烟道中烟气的组成：该

27、转炉烟道中的烟气成分主要是CO和C02，根据对烟气热值的测定，可估计CO和C02的体积分数分别为50和50。烟道中烟气的基本热力学参数：与计算相关的热力学参数主要有烟气的密度、比热容、热导辜、分子动力粘度等。这些参数都可咀表示成温度的函数，其形式为：查阅文献29得到CO和C02的熟力数据，加权平均后经多项式拟合得到cp，P，与温度的关系分别是；烟气流量核算：根据实际测量结果，烟气进口温度1650，出口温度约900C，在连续运行半小时内的平均蒸汽量为85吨。总换热量为：烟气平均比热为：根据热量平衡得出烟气流量为：（2）基本模型与计算条件由于转炉烟道内的烟气温度相当高(进口达到1650C)，所以气

28、体辐射的影响相当大。为此采用离散传播模型(DT)。该模型将整个烟道分成多个辐射面和辐射体，在每一个辐射体内假定气体具有灰体性质。气体的辐射黑度和辐射吸收率有以下关系：辐射冷却烟道中高温烟气与受热面问的传热量根据斯蒂芬一波尔兹曼定律可有下试计算： 基本计算条件：方案一：烟道直径为1500mm，由72根妒42X4锅炉管围焊而成；方案二：烟道直径为1300mm，由62根尹42 X4锅炉管围焊而成：方案三：烟道直径为1700rnm，由82根妒42X4锅炉管围焊而成。进口条件进口烟气质量流量：12968 kgs进口湍流强度：10进口面发射率：0出口条件压力：01 MPa回流温度：300K出口湍流强度：1

29、0出口面发射率：0壁面条件材料表面粗糙度：0045mm壁面温度：210(比工况饱和水蒸气的温度约高30。0)壁面发射率：08（3）计算结果分析根据上述计算条件，按烟道长度均分为15个单元，烟气进口温度1650，出口温度900计算，三套方案计算结果分别表3-3所示如下：表3-3三方案计算结果方案一方案二方案三T(K)gQadgQadQad19230183982152177601837377128174018312615217384187302161043062162302167834527976021613397517261182302461064042146702467992127774024

30、6136669171361773027310543421307027379193275660273135424170091723029710216021143029776733273540297131218168781673O3189720620974031873012271370318124855167431623033691083208020336684132691303361169911660615730353842052062403536324726684035310815616464152303677690520442036757764264480367987801631814730

31、379694472025403795216326204037989201161681423039062040200600390465992595403907968716014137303985484319860039841193256950398704431585413230405479771965304053603625427040561623156891273041l41527194390411311912515104115333915518122304143555219218041426704248640414456651534111730414299491898804142249524

32、56704143846815158 由于烟道入口段是主要受热段，约占总长度的三分之一，比较表中结果，总结表3-4内容：比较三套方案可以得出，在烟道直径增大的情况下，回收的热量的能力要大，在高温区，烟道入口段以三分之一的长度，回收了总传热量的428。但是烟道的直径要根据厂房布局合理制定。在实际应用中，烟道入口段的使用寿命较短，跟它的高温区的烟气冲刷和受热有很大关系，所以它的在于使用周期是其设计的关键问题之一。因为方案一是现用烟道的设计方案，故以方案一的计算数据，讨论对应参数的变化关系。图34是烟气黑度随温度变化曲线，可以看出，在温度较低时，烟气黑度值较大，随着温度逐渐升高，烟气黑度下降较快。图3

33、5所示为烟道传热量随温度变化的曲线图，由此看出，烟气的传热量随温度升高而加大，在1550时达到最大，之后有减小趋势，分析其原因主要受烟气密度影响，在高温情况下，烟道入口是非密封性的，烟气密度在高温下减小，对传热量造成影响。图3 6所示的是放熟系数随温度变化情况，随着温度提高，放热系数随之增大，传热量相应增加。对比三套方案，如图37和图3-8所示，在烟道直径加大的情况下，换热面积加大，传热量加大。而随着流速的减缓，放热系数减小。实例中采Hj的是方案因为受到厂房安装位置的限制已达到最人烟道直径，应用效果满意。3余热锅炉循环系统实例采用的是自然循环系统，自然循环系统见图3-9所示该系统考虑的主要因素

34、是根据主厂房布置台理分段，保证各段安装更换得以实现：转炉冶炼期产牛足够的循环动压头保证余热锅炉运行的安全。自然循环系统多用于中小型转炉余热锅炉汽化冷却系统中一般用于小于或等于50t转炉的余热锅炉循环系统中。自然循环锅炉的优点是水容量大，当热气体量变化时，锅筒的水位变化很小，即使突然发生停电事故，其工作也比较安全另外，由于不用循环泵，运行费用比强制循环省，锅炉管理也比较简单。但为了保证自然循环，管路和受热面布置就受到一定的限制。自然循环的基本原理如上图所示，设上升管中汽水混合物的密度为，下降管中水的密度为，下降管的重位压头为，上升管的重位压头为。由于下降管的重位压头大于上升管的重位压头，水放沿着

35、下降管向下流动，而汽水升管向上流动，这样就形成了自然水循环由此可知，造成循环流动的动力是下降管与上升管中工质的重位压头之差，称之为流动压头，用表示，则可得出：水循环回路的工作特性主要决定于下述各因素：受热强度。受热越强，上升管中工质的含汽量就越多，密度差就越大，流动压头也就越大。因此，在自然循环锅炉中，随着负荷增加，回路的流动压头增大，使循环水量也随着增加，具有一定的自补偿能力，这是自然循环的一个优点。相反，如负荷很小，则水循环的稳定性就较差。当然，受热管的含汽率不能过高，否则将使管壁的冷却条件恶化。回路高度。回路越高，流动压头越大。在设计水循环回路时应尽量减少水平段的长度，因为期加水平段长度

36、，流动比头不变，而流动阻力增加，因而刘水循环不利。流动吸力。上升管和下降管的流动阻力应尽量减小。锅炉工作压力。压力越高，汽水密度差越小，流动压头也就越小。余热锅炉中一般采用的压力不高，因此对水循环比较有利。4回收蒸气核算汽化冷却系统产生蒸汽的特点是间断性和波动性的，对计算瞬时产汽带来不便，因为它的压力波动直接影响到它的温度及热含量的波动，根据生产操作和补水要求，对多组实测数据进行筛选，取平均数据如表35所示。实际吹炼时间一般为1820分钟，余热锅炉运行工况随炼钢转炉运行工况的变化而急剧化当转炉吹炼时，大量的高温烟气流过余热锅炉，余热锅炉内的热负荷急剧增加，管壁温度。介质温度随之升高且大量汽化，

37、当吹练停止时余热锅炉内的热负荷急剧减小，管壁温度、介质温度随之下降。并且，工况变化非常频繁，造成汽包中位、蒸气压力相应变动，所以，选用较稳定的时段进行分析研究。 吹炼时间段间隔为一分钟，取之于不受补水影响的有代表性的吹炼期中间段蒸汽压力由现场压力读数得到，由于汽包安全阀一级启跳压力设定为1MPa，实际运行误差因素，安全阀读数为097Mpa以上时是开启状态，其对应蒸汽流量值是参照汽包水位变化核算而得出的，瞬时产热量是由对应的蒸气热物性计算而得的，饱和水蒸气温度及相变热由工程常用物质的热物理性质手册28查得，上述变量对应图例分析如下：首先讨论在吹炼期间汽包压力的变化情况，如图310所示 由图中可以

38、看出，根据吹炼操作的不同时间段，汽包蒸汽压力的变化波动性较强，在高峰期安全阀启跳造成蒸汽大量浪费，热量损失较大，而停止吹炼则蒸汽供应不足，产汽的间断性比较突出。生产以炉钢从对铁到出钢大约需要35分钟左右，吹炼时间一般为18-20分钟，而蒸汽高产期只有大约10分钟左右，还存在大量蒸汽放散现象，造成浪费。详细情况可由图35蒸汽流量变化曲线看出。由上图3-1l可以看出，在开始吹炼初期，为烟道余热锅炉的启动阶段，此阶段蒸汽产量并不高，随着吹炼的继续进行与间断操作，蒸汽流量持续上升且有波动产生，到吹炼后期回落下降，高峰长期时间也最多10分钟多一些。由于不同温度不同压力下蒸汽热值略有不同，进一步用瞬时热量

39、曲线来表示，如图3-12所示。图3-13为吹炼期饱和水蒸气温度曲线图，通过以上图例分析可知，在炼钢工序生产过程中，利用余热所产蒸汽存在着时间间隔长、峰值较高、波动较大的现象，如何减少排放，能使使用部门得到持续平稳的蒸气，是以下将要研究的内容。5蒸汽节能方案研究（1）蒸汽蓄热器节能I方案的建立对于蒸汽压力以及流量不稳定、供汽间断且波动较大的情况，采用蒸汽蓄热器能有效地解决这一问题，但蓄热器体积较大，一次性投资也较大，在许多企业推广时困难也较大。然而，在能源日益紧张的当前，蓄热器以其独特的优势，会进一步引起人们的关注与重视。同样是储存蒸汽的容器，蒸汽蓄热器与储汽包不同的是，它在工作时蓄热器内储存的

40、是占总体积90的高温高压饱和水。由于饱和热水的比重是相同压力饱和蒸汽的350倍，等体积的热水和蒸汽的热量比是80倍，因此，蒸汽蓄热器不以蒸汽的形式而是以蒸汽凝结的饱和水来蓄热可以大大缩小蓄热器的体积。在用汽负荷波动的供汽系统中装设蒸汽蓄热器后，当用汽负荷低于汽包额定负荷时蓄热器自动地吸收多余的蒸汽；而当用汽负荷大于汽包额定负荷时，蓄热器自动地放出蒸汽以补充汽包供汽的不足，满足高峰用汽量。所以蒸汽蓄热器在供汽系统中能自动调节用汽和汽包供汽之间的不平衡。 根据崇利制钢30t转炉的设备配置情况，对两套余热烟道回收系统，在总管上模拟设置一套蒸汽蓄热器系统，经过综合分析，选用变压式蓄热器比较适合现场使用

41、要求，其构造原理如图3-14所示：在蓄热器内部沿长度方向有均匀分布的充汽喷嘴和炉水循环套管，在外部还有自动控制阀、止回阀和水位计、压力表等附件。启动时，蓄热器本体内约有50的水，在蓄聚热量时，多余的蒸汽通过喷嘴进入容器，由于汽温高于水温，蒸汽迅速凝结、放热，使水温提高，同时水位升高，水位面上的蒸汽空间减小，压力也相应有所增加。直至蓄热器内压力达到容器规定压力时，充汽蓄热过程才算完结。当需要补充蒸汽时，打开低压侧供汽阀，此时，蓄热器内压力下降，由于高压饱和热水的温度略高于蒸汽空间压力所对应的饱和温度，水将自行沸腾，蒸发成低压蒸汽，送入低压供汽管，直至蓄热器内压力降至用户所需的最小压力为止。蓄热器

42、的蓄热容量是由其最高压力和最低压力之差决定的，汽包的额定压力与用汽压力之间的压差越大，或者蒸汽用户有高、低压两类时，使用蓄热器的经济价值就越高。II设计参数的确立与核算设计参数的确立依据前面吹炼的实测数据，以两座转炉平均每小时炼四炉钢计算，产蒸汽总量为1618t，平均流量约为17th，最大产汽流量峰值为74th，设计蒸汽蓄热器低压供汽压力为05MPa，蓄热器的热力设计如下：1)蓄聚容量的确定确定蓄聚容积必须以双炉同时吹炼为的设计依据，双炉同时吹炼产汽约为9t，参照前面平均流量数据，吹炼期已输送蒸汽37t，需要最大蓄聚容量为Z=53t，设计蓄热器的最高充汽压力为10MPa，最低供汽压力为05MP

43、a，再蓄热器工作过程中，压力不是恒定的，所以蓄热器所能提供的蒸汽焓并不是一个固定直，而是随压力而变化的，在排放期间压力的变化还将影响到水的密度和蒸发潜热。为了方便，图3一15给出了查取蓄热器从高压P，降到某低压P，时，每lm3的水空间所能排放的蒸汽量Z的线图。由图中可以查得，单位体积储汽量可取为58kgm3，取充水系数厂=09，从而得出实际所需蓄热器的容积为：鐾常规蓄热器做成圆筒形，工作压力在05-20MPa之间。圆筒的直径与长度之比为1 i 4到1：6之间，由此，确定蓄热器内径为3m，长度为15m，两头为椭圆形封头，材质为209，简体壁厚由下式计算而得经计算筒体壁厚定为16mm标准椭圆封头的

44、计算式为经核算椭圆封头的壁厚取为16mm。2)充蓄速率和排放速率由于产汽的间断性、波动性较大，充蓄速率应考虑其产汽瞬时最大情况，依据前面数据，故取为575th，可按此参数设置足够多的充气喷嘴，从而使充汽操作能在无噪音和无振动的情况下进行。最大的排放速率取值为1 7th，依据此值可以确定蓄热器应具有蒸汽空间，以避免蓄热器水空间内的水滴被蒸汽携带出去。这两项速率的确定，可以依此来选定所必需的设备，以及确定蓄热器进、出管道的尺寸。III经济效益分析对于上述转炉烟道余热回收系统来讲，在用汽负荷波动的供汽系统中装设蓄热器，能取得经济效果为：第一、节能。采用蓄热器后，用汽负荷的波动部分可由蓄热器调节，将汽

45、包放空部分进行了回收，管网可基本上保持在稳定的工况下经济地运行，因而能达到节能的效果。第二、保证蒸汽品质，提高蒸汽干度和压力稳定。第三、有利于热电联产。近来，在总能系统中，自备电站正在增加，在用汽轮机的抽汽或排汽供热时，如用汽量变化，则同时影响发电机的发电量。如装设蓄热器后，则可使汽轮机的抽汽或排汽量稳定，从而使发电量也保持稳定。这样，可提高热电联产的效果，有利于热电联产的发展。最主要的是投资与受益的经济比较，按上述方案预计总投资为130万元左右，包括设备与土建投资，而在生产节奏较快的情况下，每小时可减少蒸汽排放浪费lOt，内部核算价为50元t，全年按340天满负荷生产计算，一年可减少浪费蒸汽

46、340X2410=81600t，折合价值8160050=4080000元，投资回收年限为130408=032年，也就是说，投资回收期用不了四个月。可见其效益非常显著。蓄热器的发展已有很长的历史，技术上成熟，而且投资省，经济效益显著，因此，对蒸汽负荷变动激烈的场合，是一种很有效的节能设备。(2)水暖改造节能热水采暖同蒸汽采暖比较在节约能源方面具有明显的优越性。由于历史的原因，过去我国的大多数中小型企业，在采暖设计中采用了蒸汽采暖的形式随着我国工业的发展，能源问题已成为制约着我国经济发展的重要问题近年来我国对节能工作非常重视，早在1982年国务院就明确规定，今后的新建采暖系统要采用热水采暖，现用蒸

47、汽采暖的企业要限期改为热水采暖。对使用转炉烟道余热锅炉蒸汽采暖用户来讲，将汽暖改造为水暖尤为必要，这主要是因为：第一、产汽峰起峰落较大，汽包和管阿缓冲量小，汽包放敞阎超压故散频繁，造成大量蒸汽外泄，不能有效利用等问韪。第二、对于蒸汽用户来说尤其在冬季采暖期间，由于管网压力与温度波动较大，各处管件接头等室内管道漏汽现象较为普遍，维修人员经常疲于维修。更有甚者，由于蒸汽管道热能损耗较大，设在束段的用户，经常由于凝结水太多且压力不足，不能达到理想的采暖效果，这样就造成了两种现象：一方面。在接近汽源的用户疲于处理漏汽，另一方面，远离汽源的用户，采暖效果不理想。I系统的建立以祟利制钢汽暖改水暖为侧，系统

48、尽量靠近汽包主蒸汽管道处，这样有利于减小管路的流动阻力，剩用水暖系统热容大的特点可以有效地吸收汽包峰值所产的热量，避免由于蒸汽超压放空而造成的能量损失。系统设备组成有：两台换热效果优良的浮头盘管式换热器；两台循环水泵；两台补水泵；一个软水补水箱；电控仪控设备。工艺流程图了316所示蒸汽和循环水在换热器中进行热交换，将水加热后由循环泵输送至用户采暖使用，循环永在放热降温后返回换热器中再被加热，将热量持续不断地送至用户；而蒸汽在换热器中放热凝结成水后，回收至软水补水箱参加补水循环，并将补水箱中水预热，使热能得到充分利用：补水泵通过压力联锁在循环水压低于一定值时，将补水箱中的水补入循环系统中去，现场

49、实际运亍设定值为0 IMPa，当循环水压高于一定值时停止补水。II工作参数计算由于炼钢生产工序中日常消耗的耐火材料与合金均需要高温蒸汽进行干燥，在冬季厂房内部也需要一部分蒸汽进行采暖，因此，水暖所用蒸汽可先按一座转炉所产蒸汽进行核算。系统中循环水量为500th，正常工作压力为025MPa，在实际运行中循环水温度一般不超过100C，由手册28查得025MPa汽化温度约为127，可见其热容量潜力较大，而100。C蒸汽凝结相变热为539kcalkg，循环水平均水温按85。C计算时，对应定压比热容为4198kJ(kgK)，换热效率按95计，蒸汽凝结水温度根据循环水温不同而不同，小范围的波动变化对整体热

50、交换影响不大。根据前面转炉吹炼产汽波动情况，对应水暖换热器中循环水温升情况如表3-6所示，其结果是根据换热器的热平衡计算而得的，因为实测结果具有其滞后性，且瞬时值对应较困难。 由表中可以看出，在转炉汽包产汽高峰时段，循环水温升也非常明显，但是循环水流量较大，混合较快，大大降低和缓解了热量的波动，其热容能力得到较好的发挥。图317表示换热热量曲线变化情况。参考文献35所述，这套水暖系统可满足40000m2的采暖需求。III投资与效益分析这套系统共投资30多万元，采暖管道在原蒸汽管道的基础上，重新架设了回水管，做到了建设时间短，投资节省度高，在运行中取得了较好的效益。在该系统投用之前，在冬季公司生

51、活区取暖及职工洗澡成为大问题，一方面汽包超压放空，造成蒸汽能源大量浪费；另一方面，由于供汽的波动，温度时高时造成管件漏水漏汽，用户间供暖不均匀，澡堂得不到足够的蒸汽而影响职工洗澡。通过水暖改造上述问题的到了解决，在两转炉同时吹炼的情况下，汽包不会超压放空，蒸汽得到了充分利用，更可取的是没有了凝结水排放，基本上没有了跑、冒、滴、漏现象，便于管理、维修。在冬季采暖期，生产节奏较快的情况下，每小时可减少蒸汽排放浪费约6t，内部核算价为50元t，按120天满负荷生产计算，可减少浪费蒸汽12024X6=17280t，折合价值1728050=864000元，投资回收年限为30864=035年，也就是说，投

52、资回收期用约为四个月。可见其效益非常显著，而且投资省见效快，同时，对蒸汽负荷变动激烈的场合，是一种很有效的节能设备。三、结论与展望1结论本文首先对冶金工业中余热回收利用进行了分析，从能源、节能的角度入手，对冶金工业的余热回收利用进行了分析研究，提出问题，找出差距，以实例应用为研究导入点，展开研究。以崇利制钢两座30t转炉生产工艺的具体运行参数为研究依据，结合烟气汽化烟道的余热回收技术的基本原理与理论基础，对转炉炼钢烟气汽化烟道进行了方案对比研究，在厂房安装位置允许的情况下，应选用烟道直径较大。长度较长的汽化烟道，这样有利于热量回收。在讨论烟道余热锅炉水循环时，建议在中小转炉系统中，优先选用自然

53、循环系统，该系统安全可靠，运行费用低。对蒸汽的间断性和波动性进行了分析论证，并列举了两套节能方案进行了讨论研究，并进行了经济效益分析，希望能对工程的设计选型起到一定的借鉴作用。2展望随着能源问题的日益突出，作为高耗能、高污染的冶金工业，受到的冲击最大，问题也最突出。据统计分析，国内联合钢铁企业生产过程中可回收的二次能源量占本企业能耗总量的15左右(是扣除各种煤气热值之后)，般钢铁联合企业其能源费用是占钢铁产品总成本的20左右，而对于一些独产的炼铁产品成本的30以上。另外，结合对比国内外钢铁企业余热余能回收情况，日本新日铁钢铁公司的余热余能回收率在92以上。其企业的购能源费用占产品成本的14。我

54、国技术装备水平最高水平的宝山钢铁股份公司的余热余能回收率在73，其能源费用占产品成本的213。邯郸钢铁公司能源费用占产品成本的26：55。我国大多数钢铁企业余热余能回收率在50以下，其能源费用占产品成本的30以上。这说明我国钢铁企业的节能潜力还是较大的。因此，需要我们做的工作还很多。本文在对余热节能方案研究讨论过程中，受到资料和我公司现有装备限制，不足之处有望在以后的工作中完善。主要意图是想通过本文的讨论研究内容，增强冶金企业余热回收观念，加强节能减排的管理力度，制定能源利用的长远规划。在冶金工业中需要采取节能措施的范围很广，除本文讨论的内容之外，还有焦化的干熄焦技术、轧钢蓄热式加热炉技术、炼铁热风炉余热回收技术及高炉炉顶余压余能回收技术等。相信随着节能意识的增强，我国冶金工业的余热余能回收率会有一个很大的提高。参考文献 46