Katla siltuma rekuperācijas siltummainis nodrošina enerģijas taupīšanu un oglekļa emisiju samazināšanu tērauda rūpniecībā

Serdes pozicionēšana: katlu siltuma rekuperācijas siltummaiņu pamatvērtība
Tērauda ražošanu nevar atdalīt no dažāda veida katlu atbalsta, piemēram, domnas karstās strūklas krāsnis, gāzes elektroenerģijas ražošanas katli, saķepināšanas gredzenu dzesētāji, koksa krāsnis utt. Šīs iekārtas darbības laikā ģenerē lielu daudzumu siltuma pārpalikuma dažādos temperatūras līmeņos - no vidējas un zemas temperatūras dūmgāzēm 100 grādi līdz augstas temperatūras dūmgāzēm 1050 grādi. Ja tas tiek tieši izvadīts, tas ne tikai rada nopietnus enerģijas atkritumus, bet arī saasina vides termisko piesārņojumu. Katlu siltuma reģenerācijas siltummaiņu pamatvērtība slēpjas slēgtas -cikla sistēmas "atkritumu siltuma uztveršanas efektīvai siltuma apmaiņas enerģijas atkārtotai izmantošanai" izveidē, precīzi saskaņojot tērauda rūpnīcu katlu atkrituma siltuma raksturlielumus, pārvēršot zaudēto siltumenerģiju izmantojamā enerģijā, piemēram, uzsildot sadegšanas gaisu, uzsildot katla padeves ūdeni un radot tvaiku, panākot "atkritumu pārvēršanu dārgumos". Tā veiktspēja tieši nosaka katla siltuma atgūšanas efektivitāti un enerģijas{8}}taupīšanas un oglekļa samazināšanas efektu, un tas ir galvenais tilts, kas savieno katla atkritumu siltumu un enerģijas atkārtotu izmantošanu.

(1) Enerģijas taupīšana un patēriņa samazināšana, uzlabojot enerģijas izmantošanas efektivitāti

Tērauda rūpnīcu katlu izdalītajā siltumenerģijā siltums, ko pārvadā augstas{0}}temperatūras dūmgāzes, veido vairāk nekā 40% no kopējās iekārtas siltuma izkliedes. Augstas kvalitātes katlu siltuma reģenerācijas siltummaiņi var sasniegt siltuma pārneses efektivitāti virs 85%, ievērojami uzlabojot enerģijas izmantošanas efektivitāti. Piemēram, pēc tam, kad domnas karstās domnas krāsns dūmgāzes ir apstrādātas ar siltummaini, gaisu un gāzi var iepriekš uzsildīt līdz 190–380 grādiem, ievērojami samazinot karstās domnas krāsns degvielas patēriņu un palīdzot uzlabot domnas procesa maksimālo energoefektivitāti. Kopējais ieguvums var tikt palielināts par 2% -4%; Pēc liela rotējošā siltummaiņa ievietošanas 2500 kubikmetru domnā noteiktā 10 miljonus tonnu tērauda uzņēmumā sadegšanas gaisa temperatūra paaugstinājās no istabas temperatūras līdz 380 grādiem, domnas kurināmā sadegšanas efektivitāte palielinājās par 12%, un koksa attiecība samazinājās no ievērojama enerģijas ietaupījuma 548 kg/t. Tajā pašā laikā siltummainis var samazināt katla izplūdes temperatūru līdz 100-130 grādiem, izvairoties no siltuma zudumiem un veicinot tērauda rūpnīcas kopējo enerģijas patēriņa līmeni, lai tas tuvotos nozares etalonam.

(2) Samazināt izmaksas un palielināt efektivitāti, uzlabot uzņēmumu galveno konkurētspēju

Enerģijas izmaksas ir svarīga tērauda uzņēmumu ražošanas izmaksu sastāvdaļa. Katlu siltuma rekuperācijas siltummaiņi tiešā veidā samazina uzņēmumu darbības izmaksas, samazinot iepirktās degvielas un elektroenerģijas patēriņu, vienlaikus samazinot ieguldījumus iekārtu ekspluatācijā un uzturēšanā, panākot dubultu efektivitātes pieaugumu. Kā piemēru ņemot 1800 kubikmetru domnu no Qinggang, ar speciāla siltuma reģenerācijas siltummaiņa atbalstu katru gadu var atgūt papildu siltuma daudzumu, kas atbilst 39,57 miljonu standarta kubikmetru gāzes ietaupījumiem. Apvienojumā ar gaisa noplūdes samazināšanos un gāzes ietaupījumu ikgadējie enerģijas-taupīšanas ieguvumi sasniedz 9,116 miljonus juaņu. Pēc darbības izmaksu atskaitīšanas papildu enerģijas{8}taupīšanas ieguvumi ir aptuveni 8,91 miljons juaņu; 120 tonnu pārveidotāju darbnīcā tiek izmantots spirālveida cauruļu siltummainis, kas var atgūt 12 miljonus kcal siltuma uz vienu tērauda krāsni, kas atbilst 1,2 tonnu standarta ogļu ietaupījumiem. Ikgadējā elektroenerģijas ražošana palielinās par 18 miljoniem kWh, un iekārtu apkopes cikls tiek samazināts no 4 reizēm gadā līdz 2 reizēm, samazinot uzturēšanas izmaksas par 40%. Lieliem tērauda uzņēmumiem pilnīga katla siltuma reģenerācijas siltummaiņa sistēma var samazināt izmaksas par miljoniem vai pat desmitiem miljonu juaņu gadā, ievērojami uzlabojot uzņēmuma konkurētspēju tirgū.

(3) Zaļās oglekļa emisijas samazināšana, palīdzot nozarei pārveidot zemu{1}}oglekļa emisiju līmeni
Saskaņā ar "dubultā oglekļa" mērķi tērauda rūpniecība saskaras ar stingrām emisiju samazināšanas prasībām. Katlu siltuma reģenerācijas siltummaiņi var efektīvi samazināt enerģijas patēriņu, piemēram, ogles un dabasgāzi, reģenerējot siltumenerģiju, nevis sadedzinot fosilo kurināmo, tādējādi samazinot piesārņojošo vielu, piemēram, oglekļa dioksīda, sēra dioksīda un slāpekļa oksīdu, emisijas. Saskaņā ar aprēķiniem, uz katru 1GJ reģenerētā siltuma, var samazināt aptuveni 80-100 kg oglekļa dioksīda emisijas; Par piemēru ņemot tērauda uzņēmumu ar 5 miljonu tonnu ražošanas jaudu, ar katlu siltuma rekuperācijas siltummaiņu atbalstu gadā var samazināt 26 000 tonnas oglekļa dioksīda, 750 tonnas sēra dioksīda un 375 tonnas slāpekļa oksīdu. Shiheng Special Steel atgūst atkritumu siltumu no neapstrādātas ogļu gāzes, izmantojot koksa krāsns stāvvada apvalka siltummaini, panākot vairākas priekšrocības, samazinot koksēšanas enerģijas patēriņu un kontrolējot piesārņotāju emisijas. Tā rūdīta tērauda kopražošanas oglekļa samazināšanas un fiksācijas projekts samazina oglekļa emisijas par 300 000 tonnām gadā, un Ekoloģijas un vides ministrija to ir atzinusi par "tipisku oglekļa neitralitātes gadījumu". Pēc dažādu siltuma reģenerācijas siltummaiņu izvietošanas visā procesā vadošais tērauda uzņēmums samazināja oglekļa dioksīda emisijas par 850 000 tonnām gadā un radīja ekonomiskos ieguvumus vairāk nekā 230 miljonu juaņu apmērā, pilnībā parādot siltummaiņu zemo oglekļa vērtību.

Galvenie veidi un tehniskās īpašības: piemērots vairākiem katlu scenārijiem tērauda rūpnīcās

Tērauda rūpnīcās ir dažāda veida katli ar ievērojamām atkrituma siltuma raksturlielumu atšķirībām - temperatūras diapazonā no 100 °C līdz 1050 °C, kā arī sarežģītu dūmgāzu sastāvu (tostarp sēru, hloru, putekļus utt.). Atbilstošajiem katlu siltuma reģenerācijas siltummaiņiem ir arī dažādi tipi, kuru kodols griežas ap "kaskādes izmantošanu, precīzu siltuma apmaiņu", pielāgojoties dažādiem katlu scenārijiem un atkrituma siltuma kvalitātei, panākot maksimālu siltuma pārpalikumu izmantošanu un novēršot tādus sāpju punktus kā korozija, pelnu uzkrāšanās un tradicionālo iekārtu veiktspējas pasliktināšanās.

(1) Galvenie siltummaiņu veidi un tehnoloģiskās priekšrocības

1. Inteliģents temperatūras kontroles divkāršs priekšsildīšanas siltummainis: izmantojot termālo eļļu kā siltumnesēju, ir izveidota "dūmgāzu termiskās eļļas gaisa/gāzes" siltuma apmaiņas sistēma, kas sastāv no dūmgāzu siltummaiņa, gaisa siltummaiņa, gāzes siltummaiņa un inteliģentas vadības sistēmas, kas galvenokārt ir piemērota zemas-temperatūras dūmgāzu atkritumgāzes siltuma reģenerācijai domnas katlā un domnas krāsnī. Tās galvenā priekšrocība ir fundamentāli atrisināt zemas -temperatūras skābes rasas punkta korozijas problēmu, mazināt pelnu uzkrāšanās parādību, un iekārtas kalpošanas laiks var sasniegt vairāk nekā 10 gadus, ievērojami pārsniedzot tradicionālo plākšņu un siltumcauruļu siltummaiņu kalpošanas laiku par 3–5 gadiem. Normālos darbības apstākļos izplūdes siltumu pie dūmgāzu ieplūdes temperatūras 280 grādiem var atgūt, lai uzsildītu gāzi un gaisu līdz 190 grādu temperatūrai; Kad dūmgāzu ieplūdes temperatūra ir 330 grādi, priekšsildīšanas temperatūru var palielināt līdz 230 grādiem, un izplūdes gāzu temperatūru var samazināt līdz 130 grādiem, vismaz par 100 grādiem.

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 grādi) izmanto uzmavas tipa starojuma siltuma pārneses moduli, lai nodotu siltumenerģiju caur dūmgāzu starojuma īpašībām, izvairoties no termiskā stresa bojājumiem; Kad temperatūra nokrītas zem 750 grādiem, pārslēdzieties uz konvektīvo siltuma pārneses režīmu, apvienojumā ar plākšņu siltummaiņu augstas -efektivitātes siltuma pārneses priekšrocībām, siltuma pārneses koeficients var sasniegt 3500 W/(m ² · K), un aprīkojuma nospiedums tiek samazināts par vairāk nekā 40%, salīdzinot ar tradicionālajiem risinājumiem [2]. Pēc 2000m ³ domnas renovācijas noteiktā tērauda rūpnīcā, gāze uztveramās siltuma atgūšanas efektivitāte palielinājās par 22%, ietaupot 12000 tonnas standarta ogļu gadā.
3. Caurules siltummainis: viens no visplašāk izmantotajiem veidiem, serdenis sastāv no vairākām augstas -temperatūras izturīgas metāla caurules (piemēram, 310S nerūsējošais tērauds, Inconel sakausējums utt.). Augstas temperatūras dūmgāzes plūst ārpus caurules saišķa, un karsējamā vide cirkulē caurules iekšpusē, panākot siltuma pārnesi caur caurules sienas siltuma vadīšanu. Konstrukcija ir izturīga, spēj izturēt augstu temperatūru un spiedienu līdz 800{12}}1200 grādiem, viegli tīrāma un kopjama, kā arī piemērota dūmgāzu vidēm ar augstu putekļu saturu, piemēram, domnām un pārveidotājiem tērauda rūpnīcās. Īpaša tērauda uzņēmuma 120 tonnu pārveidotājs izmanto spirālveida cauruļu siltummaini ar vienu siltuma apmaiņas laukumu 3200 kvadrātmetru platībā. Spuras ir izgatavotas no niķeļa hroma sakausējuma materiāla ar 850 grādu temperatūras pretestību, efektīvi izturot augstas temperatūras koroziju un samazinot dūmgāzu temperatūru no 800 grādiem līdz 280 grādiem. Atkritumu siltuma reģenerācijas efekts ir ievērojams.

4. Plākšņu siltummainis: izmantojot gofrētās metāla plāksnes kā siltuma apmaiņas elementus, starp plāksnēm tiek izveidoti šauri kanāli, un augstas temperatūras dūmgāzes plūst pretēji apsildāmajai videi. Siltuma pārneses laukums ir liels un efektivitāte ir augsta, kas ir par 10% -30% augstāka nekā tradicionālajiem cauruļu siltummaiņiem. Kompaktais apjoms ir piemērots ierobežotas telpas scenārijiem. Augstas temperatūras 650 grādu dūmgāzēm tērauda velmēšanas apkures krāsnī pretpelnu tipa plākšņu siltummainis izmanto īpašu plākšņu konstrukciju un ir aprīkots ar automātisku pelnu tīrīšanas sistēmu, kas var izmantot dūmgāzu siltumu, lai uzsildītu sadegšanas gaisu un velmētavas dzesēšanas ūdeni, samazinot apkures krāsns degvielas patēriņu par 10%.

5. Papildu siltummaiņi: ieskaitot ekonomaizerus, gaisa priekšsildītājus, siltuma cauruļu siltummaiņus utt., ko galvenokārt izmanto vidējas un zemas temperatūras siltuma atgūšanai (temperatūra<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%.

Nozares tendences un attīstības perspektīvas
Veicinot nacionālo "Īpašo rīcības plānu enerģijas taupīšanai un oglekļa samazināšanai tērauda rūpniecībā", līdz 2025. gada beigām tērauda rūpniecības domnu un pārveidotāju produkcijas vienības enerģijas patēriņš tiks samazināts par vairāk nekā 1%, salīdzinot ar 2023. gadu, un kopējais enerģijas patēriņš uz vienu tonnu tērauda tiks samazināts par vairāk nekā 2%. Katlu siltuma rekuperācijas siltummaiņi kā galvenais aprīkojums enerģijas taupīšanai un oglekļa samazināšanai nodrošinās plašāku attīstības telpu. Balstoties uz nozares attīstības vajadzībām un tehnoloģisko inovāciju virzieniem, nākotnē būs trīs galvenās katlu siltumrekuperācijas siltummaiņu attīstības tendences.

Viens no tiem ir tehnoloģiskās inteliģences uzlabošana, integrējot jaunas tehnoloģijas, piemēram, AI, digitālos dvīņus un lietu internetu, lai panāktu reāllaika uzraudzību,{0}}precīzu regulēšanu un siltummaiņu darbības statusa kļūdu brīdinājumus, vēl vairāk uzlabojot siltuma apmaiņas efektivitāti un samazinot ekspluatācijas un uzturēšanas izmaksas; Tajā pašā laikā adaptīvo siltummaiņu izstrāde var automātiski pielāgot darbības parametrus, pamatojoties uz atkritumsiltuma temperatūras un plūsmas ātruma svārstībām, pielāgojoties sarežģītiem siltuma pārpalikuma scenārijiem tērauda rūpnīcās.

Otrais ir materiālu un strukturālu jauninājumi, izmantojot modernākus augstas -temperatūras un korozijas-izturīgus sakausējumu materiālus, piemēram, INCONEL 625, 310S nerūsējošo tēraudu u.c., lai uzlabotu siltummaiņa stabilitāti augstā temperatūrā, augsta korozijas un augsta putekļu vidē. Optimizējiet siltummaiņu konstrukcijas dizainu, izstrādājiet kompaktus un efektīvus siltummaiņus, samaziniet telpu nospiedumu un uzlabojiet telpas izmantošanu, piemēram, samaziniet augstas temperatūras siltummaiņu nospiedumu par vairāk nekā 40% salīdzinājumā ar tradicionālajiem risinājumiem.

Trešais ir sistēmu integrācijas izstrāde, kas apvieno katlu siltuma rekuperācijas siltummaiņus ar gāzes rekuperācijas, tvaika cikla un enerģijas uzglabāšanas sistēmām, lai izveidotu integrētu enerģijas pārstrādes sistēmu, uzlabotu uzņēmuma energopatēriņu{0}}un risinātu elektroenerģijas cenu svārstības un energoapgādes riskus. Tajā pašā laikā, apvienojot jaunas kausēšanas tehnoloģijas, piemēram, ūdeņraža metalurģiju, optimizējot siltummaiņa konstrukciju, pielāgojot jaunām siltuma avotu struktūrām un veicinot tērauda rūpniecības pāreju no "enerģijas taupīšanas un oglekļa samazināšanas" uz "nulles oglekļa emisiju".

Turklāt, nepārtraukti pilnveidojot nozares standartus, piemēram, popularizējot nozares standartus koksa krāsns stāvvada gāzes pārpalikuma siltuma rekuperācijai, katlu siltuma rekuperācijas siltummaiņu pielietojums tiks standartizētāks un standartizētāks, veicinot nozares kopējo energoefektivitātes līmeni. Saskaņā ar valsts dzelzs ražošanas jaudu 1 miljarda tonnu apmērā, ja tiek pilnībā veicināti uzlaboti katlu siltuma reģenerācijas siltummaiņi, tas var ietaupīt aptuveni 4,8 miljardus juaņu izmaksas un samazināt oglekļa dioksīda emisijas par 5,2 miljoniem tonnu gadā, radot ievērojamus ekonomiskos un vides ieguvumus.