热管换热器在钢铁冶炼工序中余热回收的节能应用

　　长期以来，我国的钢铁产量连续十余年都位居****。虽然产量位居**，但是钢铁的生产耗能也是居高不下的。据钢铁行业能耗数据显示，钢铁工业是能源消耗大户，约占全总能耗的15%左右。

　　钢铁冶炼的主要原材料为铁矿石，经过炼制成焦炭的煤与铁矿石一起进入到烧结工序中，随后在高炉中炼铁，在转炉中炼钢，*后在加热炉中轧钢。钢铁生产环节包括干熄焦、烧结、高炉炼铁、转炉炼钢、加热炉轧钢等，在这些环节里都会有余热资源的产生。数据显示，在钢铁冶炼过程中产生的总余热资源占能源消耗量的33%左右，回收利用的空间较大。据前瞻经济研究院数据显示，钢铁生产冶炼过程中，余热主要集中在高炉炼铁环节，余热资源占整个钢铁生产的40%以上，焦化、炼钢、轧钢等占比在16%-18%左右。

　　占有很大占比的余热资源，余热回收技术一直以来都是重要研究课题，虽然有余热回收锅炉可以使用，但是因为在钢铁冶炼过程中产生的余热资源种类繁多、品位高低不同等原因，导致扔有部分余热资源被浪费掉，因此在当下，提高余热资源回收利用率仍是主要任务。

　　在钢铁冶炼过程中,会产生大量的余热,如果能将这些余热进行有效回收利用,对钢铁行业推行节能降耗、改善环境，都有着重要意义。

　　1、烧结环冷：在烧结矿尾部有800℃的烧结饼卸出，可产生大量的辐射热。可充分运用烧结矿显热来生产蒸汽，以达到节能的效果。

　　2、高炉渣显热回收：可利用产生热解反应的化学能，实现高效率的炉渣显热回收，减少水资源浪费，以提高回收率。

　　3、焦炉余热回收：进行回收后，可解决产生焦炉荒煤气所占比的大量热量，解决热能浪费情况。

　　3、大烟道余热回收：在生产工序中，烟道的余热回收也是重中之重，大量的余热通过烟气排放到外界，造成热量的浪费。进行回收后，可根据企业的自身情况对这部分热量进行综合利用。

　　余热主要利用方式有：

　　（1）在点火前对烧结料层进行预热；

　　（2）送到点火器，进行热风点火；

　　（3）实行热风烧结，回收烧结过程的热量和成品矿显热，降低烧结能耗；

　　（4）利用余热锅炉回收烧结或冷却热废风，所产蒸汽用于预热烧结混合料或生活取暖等，或者进行蒸汽升值发电。

　　（5）回收热余热资源，可进行并联发电，用于生产或生活中。

　　在多年前《钢铁工业调整升级规划》中的钢铁余热发电技术方面提出：**推广烧结矿余热回收、钢渣高效处理及深度综合利用技术；重点推广烧结烟气多种污染物协同治理，高温高压干熄焦，超高压煤气锅炉发电，中低温烟气余热回收与利用技术；示范推广竖炉式烧结矿显热回收利用技术，焦炉煤气初冷系统余热高效利用；前瞻性的发展炉渣余热回收和资源化利用技术。

　　近几年来，节能降耗、双碳政策成为主旋律，节能减排也成为钢铁行业转型发展的重要任务之一。热管换热器的存在，可助力企业双碳目标的达成，帮助企业实现节能减排，降低能耗。

　　热管换热器不仅是一种常见的通用热工设备，也是在工业中实现余热回收和节能的主要设备。热管换热器的主要作用是将工业生产中产生的热量，由较高温度的流体传递给较低温度的流体，即将热量通过热管热传递的方式进行回收，并再次进行利用的节能设备。

　　热管换热器主要是由数根热管管束组成，而热管是通过工质的相变进行热交换的换热元件。热管主要由热管管壳、吸液芯、蒸汽腔、工质等组成。热管按照工作过程可划分为三个部分：蒸发段、绝热段和冷凝段。在热管的两端，受热的一端为蒸发端，受冷的一端为冷凝端。在工作时，当热管的一端与热流体接触（即蒸发端），管内工作介质吸热蒸发后，沿管流向冷凝端，蒸汽状态的工作介质在冷凝端遇冷放热，凝结为液体状态后，在管芯毛细作用下，回落到蒸发端。在吸热、放热的过程中，热量从热流体传递给冷流体，也就完成了热量的传递。

　　其具有以下特点：

　　1、高导热性能：热管主要靠其内部工作介质的相变来进行传热的，热阻小，因此具有很强的导热能力。

　　2、等温性好：热管内部的蒸汽处于饱和状态，而饱和蒸气的压力随温度的变化而变化。饱和蒸汽从蒸发端流向冷凝端时产生的压降较小，因此温降也很小，所以说热管的等温性能好。

　　3、热流方向的可逆性：热管其内部循环动力是毛细力，热管的蒸发端和冷凝端不是固定不变的，任何一端受热流体接触，那这一端就是蒸发端，放热另一端就是冷凝端。

　　4、热流密度的可变性：热管的蒸发端与冷凝端的面积并不是一分为二的，可根据实际情况调整蒸发端或冷凝端的使用面积。

　　在钢铁冶炼生产中，热管换热器不仅可以用于余热回收中，还可用于钢铁行业烟气烟羽治理中。

　　烟气烟羽产生的主要原因是现在大部分钢铁行业是以湿法烟气来进行脱硫的。通常湿烟羽的温度在45-55℃之间，烟羽内部含有一定温度的大量水蒸气；当这样的烟气从烟囱排出后，受大气温度的影响就形成了湿烟羽。所以治理湿烟羽的关键点就是要控制排放烟气的温度和湿度，治理湿烟羽的过程就是常说的“烟气消白”，即去除湿烟气中的水蒸气。

　　烟气消白，不仅仅是把烟气的白色去掉，而是要把其中含有的各类氮氧化物、硫化物、烟尘颗粒物、结晶盐粒物质等物质消除掉。

　　以钢铁行业烧结机产生的湿烟羽治理为例，来说明热管换热器对湿烟羽治理的效果。

　　烧结是指在一定的高温作用下，使铁矿粉末或粉末压坯加热到低于其基本成分的熔点的温度，产生一定量的液相，并与其他未熔矿石颗粒作用，冷却后液相将矿粉颗粒之间发生粘结，烧结体的强度增加，把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体，从而获得所需的物理、机械性能的制品或材料。在设备上我国一般采用带式烧结机来进行铁矿粉烧结处理。

　　带式烧结机是由铺设在钢结构上的封闭轨道和在轨道上连续运动的一系列烧结台车组成。首先将烧结矿中分出的铺底料加至台车上，以保护台车箅条并减少废气中的含灰量然后再将烧结混合料经布料机加至台车上，并保持规定的高度。随之进行抽风点火烧结，随着台车的前进，通过抽风助燃，烧结过程将由料层表面向下不断进行.将混合料由上至下烧透，生成烧结矿。至机尾时烧结完成，台车翻转而将烧结饼倾卸。烧结饼经破碎和筛出热支矿后，送至冷却机冷却。空台车沿下部轨道继续运行回烧结机头部，进行新一轮的加料点火烧结过程，如此循环。而烧结废气则由料层中抽出至台车下的风箱从而并入除尘入口烟道，经脱硝、脱硫处理后排向烟囱。

　　烟羽消白采用先降温后升温的方式。在原烟道上安装整体式热管换热器，吸收原烟气热量。通过降低原烟道的温度吸收热能，进口烟气温度降低50℃，即将160℃脱硫塔进口烟气降至110℃。大大减少了脱硫塔内的水汽蒸发热，初步从源头上减少水汽的生成量，由于原脱硫系统的吸收反应跟烟气的温度有关系，温度越低对脱硫的吸收效率越有利，即降温的同时能够提升了脱硫塔的反应效率。

　　通过脱硫、除雾、除尘冷凝出来的烟气，温度降至50℃，此时的烟气通常是饱和湿烟气，需要整体式热管换热器再次加热升温到85℃以上，转变为蒸汽，蒸汽在压差的作用下上升至放热段；受管外净烟气的冷却作用，蒸汽冷凝并向外放出汽化潜热，净烟气获得热量，冷凝液依靠重力回到受热段,如此周而复始，原烟气热量便传给净烟气，使净烟气得到加热，达到烟气脱白的效果。

部分内容来源于网络，仅用于学习分享，如发现有侵权，请及时联系删除，谢谢。