炼钢转炉烟气余热回收利用研究

靳立山

山东钢铁股份有限公司济南分公司

炼钢转炉烟气余热回收利用研究

靳立山

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钢铁生产流程中投入的大量能源，主要是为钢铁产品的生产创造和维持一个高温反应与变形的条件，大部分转变为二次能源被大量放散。有效回收利用钢铁流程中的二次能源，是钢铁企业降低能耗的重要途径。而多种冶金工业炉窑排放的大量高温烟气具有能源回收利用的巨大潜力，其中炼钢转炉烟气因其不稳定性、工艺复杂性为实现其有效回收利用增加了难度，因此进一步加强对其的研究非常有必要。基于此本文分析了炼钢转炉烟气余热回收利用。

炼钢转炉；烟气余热；回收利用

1 、概述

随着工业的发展，科学技术水平的不断提高，余热利用在对改善劳动条件、节约能源、增加生产、提高产品质量、降低生产成本等方面起着越来越大的作用，已经成为生产中不可缺少的部分。钢铁厂的加热炉是大型耗能设备，节能潜力很大，对于钢铁厂的节能降耗、降低生产成本和提高经济效益具有事半功倍的功效，因此需要进一步加强研究。

2 、烟气热能利用的原则

2.1 燃料的燃烧尽可能在高温下进行

温度越高，得到的烟气所具有的火用值越大。燃料种类很多，不但它们的发热量有很大差别，而且绝热燃烧温度也不同，因此，在利用燃烧产物的热能时，从确的观点，它的使用价值不仅要看热能的数量，还要看它的火用值。而燃烧产物的火用值与绝热燃烧温度有关。

高热值燃料由于理论燃烧温度高，燃烧产物的火用值与低热值燃料燃烧产物白如佣值相比，高出的倍数将大于热值相差的倍数。因此，在评价燃料时，仅从热值考虑是不够全面的，应考虑燃料在质量的差异，并应根据不同设备对燃料能质要求的不同，合理地加以使用。在能源管理中，应根据对实际利用的燃烧产物的能级要求，选择所需的燃料。

2.2 尽量减小火用损失

由于少佣损失是由各种不可逆过程中造成的，因此在利用烟气热能的场合，应设法减小各类不可逆损失，包括减小传热温差，避免节流和摩擦等。

在烟气热能的利用过程中，不同的生产工艺以及生活消费对热能的质量有不同的要求。要使热能得到合理利用，就必须根据用户需要，按质提供热能，不仅在数量上要满足，而且在质量上要相匹配，从而达到热尽其用。如果把高质量热能用于只需低质量热能的场合，必然是大材小用，造成不必要的火用值的浪费。

2.3 尽可能采用总能系统的概念

总能系统的主要含义为按照能量品位的高低进行梯级利用，安排好功、热冷与工质内能等多种能量之间的配合关系与转换利用，不仅要着眼于提高单一的设备或工艺的能源利用率，而且要全面考虑热力、动态、控制、经济、环保等多因素、多目标，以取得最佳的总效果。

能源动力系统可分为三代。第一代基本上以热力学第一定律为基础，追求有较高总能利用率第二代的特点是基于第二定律万'注意到能量的品位差别与梯级利用，开始提出总能系统第三代则全面发展了总能系统，注意多学科的交叉结合。常用的总能系统已得到广泛的应用，且形式多种多样，如联合循环，电热并供，先热利用，余热利用，多联产，多重联合循环以及总能工厂等。

3 、炼钢转炉烟气余热回收利用

3.1 汽化冷却原理

汽化冷却系统用水作为介质，利用转炉炼钢时释放的高温烟气余热作为热源产生蒸汽。烟道式余热锅炉设置在转炉炉顶，起到冷却烟气以便于除尘的作用。烟道式余热锅炉中的主要设备包括汽化冷却装置、活动烟罩、炉口可移动烟道、固定烟道、金属软管、汽包。

汽化冷却是采用软化水以汽化的方式(充分利用了水汽化潜热大的优点)冷却钢铁冶金设备并吸收大量的热量从而产生蒸汽的装置。其工作过程是：高温烟气通过汽化器(汽化冷却烟道壁面)，因烟气与壁面温差较大，发生热量传递，将热量传递给受热面的的同时自身温度降低；受热面另一侧管道中的水吸收烟气热量后部分蒸发，并在蒸发管内形成了汽水混合物。由于水蒸汽的密度相对于水较小，在压力作用下，蒸汽在蒸发管内上升，通过上升管最终进入汽包，经汽水分离后，水蒸汽从汽包引出进入蓄热器储存，最终送入蒸汽管网供生产生活使用。同时水下降到蒸发管底部重新进入汽化器的下联箱内，补充的水供给蒸发管内继续蒸发使用。如此反复循环，不断冷却高温烟气，产生蒸汽[5]。氧气转炉余热锅炉工作原理示意图如图1所示。

图1 炼钢生产工艺流程图

3.2 烟气回收技术

目前，国内外转炉炼钢烟气处理采用的主要方法分为两种方式：湿法除尘工艺即OG法和干法除尘工艺即LT法。

(1)OG法的流程为经汽化冷却烟道的烟气首先进入一级水溢流固定文氏管，下设脱水器，再进入二级可调文氏管，烟气中的灰尘主要在这里除去，然后经90°弯头脱水器和塔式脱水器进入风机系统送至用户或放散塔。该流程核心是二级可调文氏管喉I=1，外观称米形的翻板(Rice-Damper，简称RD)。其作用是控制转炉炉口的微压差和二文的喉口阻损，进而在烟气量不断变化的情况下，不断调整系统的阻力分配，从而达到最佳的净化效果。这种流程和设备配置在国内比较普遍，技术上也相对成熟。

(2)LT法处理技术源于德国，20世纪60年代末开发成功，目前世界上已建成十几套LT系统。1994年，在宝钢三期工程250t转炉项目中，我国首次引进奥钢联LT转炉煤气净化回收技术。其基本原理是对经汽化烟道后的高温煤气进行喷水冷却，将煤气温度由900～1000℃降低到180℃左右，采用电除尘法进行炉气除尘处理。

总之，炼钢转炉烟气余热回收具有非常重要的意义，可有效降低济钢炼钢工序能耗，为企业降低成本增加效益发挥积极作用，具有很大推广价值，将推动我国钢铁工业在余热利用领域的技术进步，因此进一步加强对其的研究非常有必要。

[1]赵锦.转炉烟气全干式除尘及余热回收新工艺研究[D].东北大学，2012.

[2]余成华，穆彦均.电炉炼钢烟气余热回收的发展前景[J].冶金能源，2011，05：45-46.

[3]池伟强.转炉烟气余热回收技术的探讨[J].煤气与热力，2006，01：43-45.

[4]郭吉林，张岳良，程林等.烟气余热回收利用与节能分析[J]，能源与环境，2010，6(2)：12-20.