电炉烟气全余热回收装置

摘要:针对电炉烟气冷却中存在的部分余热没有回收、除尘负荷大、蒸汽压力低、利用困难等问题，中冶赛迪集团有限公司开发了电炉烟气全余热回收装置，该装置能够回收电炉烟气约2100～250℃全部余热，且具有合适的过剩空气系数、沉降效率高、蒸汽压力高、锅炉寿命等优势。该装置在110t电炉上进行了工程示范和测试验证，测试结果显示列管余热锅炉出口烟温低于250℃，沉降室沉降效率大于94%，达到了预期指标。

在电炉冶炼的过程中，要产生大量的高温烟气，其最高温度可达2100℃，含尘量高，且所含氧化铁尘具有工业回收价值。高温含尘烟气携带的热量约为电炉输入总能量的11%，有的甚至高达20%。这些高温烟气不仅带走大量的热，而且给电炉的除尘系统带来了巨大的负担，不但降低了氧化铁尘的回收率，而且造成了严重的污染问题。随着钢铁行业的发展，电炉炼钢的铁水比例逐渐上升，有的甚至超过了30%。铁水比例的升高，引起电炉炼钢烟气量增加、热量浪费和除尘问题的日趋严重[1-2]。如何将这部分高温烟气中的显热充分地回收，变“废”为宝，使之转化为热能，并使得电炉烟气更加稳定，为高效除尘创造条件，从而降低除尘系统运行成本和企业的生产成本，这是电炉炼钢企业必须重视的问题。中冶赛迪集团有限公司研发中心(以下简称中冶赛迪)从2010年开始了电炉烟气全余热回收装置的研究，从提高余热回收量、烟尘沉降效率、锅炉的压力及使用寿命3个角度进行研发，从而降低电炉的吨钢能耗。2013年6月该装置在江苏联峰能源装备有限公司(以下简称永钢)110t电炉成功投运，并对装置出口烟气温度、吨钢回收蒸汽量等关键参数进行了现场测试，测试结果显示装置达到了预期指标。

1电炉烟气冷却方式现状

目前电炉烟气冷却的方式有水冷+机力风冷、废钢预热+水冷、水冷+热管余热锅炉等几种。

1.1水冷+机力风冷

水冷+机力风冷系统的流程见图1。电炉第四孔出口的高温烟气进入水冷烟道，同时，混入从电炉四孔水冷弯头和水冷滑套间的缝隙吸入的空气，进行燃烧，之后进入燃烧沉降室，在燃烧沉降室进行燃烧和灰尘沉降后，从燃烧沉降室出来的高温烟气经过水冷烟道冷却到600℃左右，进入机力风冷器，冷却后的烟气与电炉密闭罩的除尘烟气混合降温后进入布袋除尘器除尘，之后通过风机、消声器，从烟囱排出。

目前国内外有大量电炉烟气采用水冷方式的案例。例如2006年投产的太原钢铁(集团)有限公司1座160t电炉，2009年投产的日本新日铁1座100t电炉，2009年投产的印度EASSR公司2座180t电炉，均采用了水冷烟道冷却烟气的方式[3]。水冷烟道具有一次投资少、技术可靠、运行稳定的特点，所以目前还在大量应用。该方式最大的弊端就是烟气中大量的显热无法被利用，浪费了能源，增加了冷却水的消耗量，同时工业水的循环又消耗大量的电能。

1.2废钢预热+水冷

电炉烟气冷却的另一种方案为废钢预热+水冷。先利用电炉烟气预热废钢，之后800～500℃的高温烟气再经过燃烧沉降室、喷雾冷却器冷却后进入布袋除尘器，其后续工艺和水冷+机力风冷相同[4]。

因此该种方式也存在较大部分烟气余热未利用，喷入大量冷水，增加除尘负荷等问题。同时该技术在二恶英排放、废钢预热效果等方面仍存在问题。

1.3水冷+热管余热锅炉

该方案中，机力风冷器前流程与水冷+机力风冷相同，仅以热管余热锅炉替代机力风冷器，将原来通过机力风冷器排放到大气中的余热加以回收利用，产生蒸汽[5]。2006年投产的山钢集团莱芜钢铁集团有限公司50t电炉余热回收系统便属于该种形式。

该方案的缺点主要是在建设余热锅炉系统时，仍需建设庞大的水冷系统，回收的热量有限，仅回收部分(约800～250℃)的烟气余热。另一个问题是热管余热锅炉的换热效率随时间下降很快。某钢厂100t电炉余热锅炉采用热管形式，投产初期冶炼期内蒸汽回收量8t/h，3年左右下降到3.5t/h。同时由于常用的碳钢-水重力热管本身结构的原因，温度过高会引起其内部H2的积累，热管锅炉进口温度一般要求低于850℃。这样使得热管余热锅炉的压力很难提高，一般情况下其出口蒸汽压力小于2.0MPa，蒸汽的利用较为困难。