Kazan Isı Geri Kazanım Eşanjörü, Çelik Endüstrisinde Enerji Tasarrufunu ve Karbon Azaltımını Güçlendiriyor
Çekirdek konumlandırma: Kazan ısı geri kazanımlı ısı eşanjörlerinin temel değeri
Çelik üretimi, yüksek fırın sıcak hava sobaları, gaz enerji üretim kazanları, sinterleme halkası soğutucuları, kok fırınları vb. gibi çeşitli kazan türlerinin desteğinden ayrılamaz. Bu ekipmanlar, çalışma sırasında - 100 derecede orta ve düşük sıcaklıktaki baca gazından 1050 derecede yüksek sıcaklıktaki baca gazına kadar farklı sıcaklık seviyelerinde büyük miktarda atık ısı üretir. Doğrudan deşarj edildiği takdirde ciddi enerji israfına neden olmakla kalmaz, aynı zamanda çevresel termal kirliliği de artırır. Kazan ısı geri kazanımlı ısı eşanjörlerinin temel değeri, çelik fabrikası kazanlarının atık ısı özelliklerini doğru bir şekilde eşleştiren, kayıp atık ısıyı yanma havasının ön ısıtılması, kazan besleme suyunun ısıtılması ve buhar üretilmesi gibi kullanılabilir enerjiye dönüştüren ve "atıkları hazineye dönüştürmeyi" başaran "atık ısıyı yakalama, verimli ısı değişimi enerjisinin yeniden kullanımına" yönelik kapalı bir-döngü sistemi oluşturmakta yatmaktadır. Performansı, kazan atık ısı geri kazanımının verimliliğini, enerji-tasarrufu ve karbon azaltma etkilerini doğrudan belirler ve kazan atık ısısı ile enerjinin yeniden kullanımını birbirine bağlayan önemli bir köprüdür.
(1) Enerji tasarrufu ve tüketimin azaltılması, enerji kullanım verimliliğinin artırılması
Çelik fabrikası kazanlarından yayılan atık ısıda, yalnızca yüksek-baca gazının taşıdığı ısı, ekipmanın toplam ısı yayılımının %40'ından fazlasını oluşturur. Yüksek kaliteli kazan ısı geri kazanımlı ısı eşanjörleri, %85'in üzerinde bir ısı transfer verimliliğine ulaşabilir, bu da enerji kullanım verimliliğini büyük ölçüde artırır. Örneğin, yüksek fırın sıcak hava sobasından çıkan baca gazı bir ısı eşanjörü tarafından işlendikten sonra, hava ve gaz 190-380 dereceye kadar önceden ısıtılabilir, bu da sıcak hava fırınının yakıt tüketimini önemli ölçüde azaltır ve yüksek fırın prosesinin nihai enerji verimliliğinin arttırılmasına yardımcı olur. Genel fayda %2 - %4 oranında artırılabilir; 10 milyon tonluk bir çelik işletmesinin 2500 metreküplük yüksek fırınına büyük bir döner ısı eşanjörünün eklenmesiyle, yanma havasının sıcaklığı oda sıcaklığından 380 dereceye çıkarıldı, yüksek fırının yakıt yanma verimliliği %12 arttı ve kok oranı 550kg/t'den 480kg/t'ye düşerek önemli miktarda enerji tasarrufu sağlandı. Aynı zamanda, ısı eşanjörü, kazanın egzoz sıcaklığını 100-130 dereceye düşürebilir, ısı kaybını önleyebilir ve çelik tesisinin genel enerji tüketim düzeyinin endüstri ölçütüne yaklaşmasını teşvik edebilir.
(2) Maliyetleri azaltın ve verimliliği artırın, işletmelerin temel rekabet gücünü artırın
Enerji maliyeti, çelik işletmelerinin üretim maliyetinin önemli bir bileşenidir. Kazan ısı geri kazanımlı ısı eşanjörleri, satın alınan yakıt ve elektrik tüketimini azaltarak işletmelerin işletme maliyetlerini doğrudan düşürürken, ekipman işletme ve bakım yatırımını azaltarak çift verimlilik kazancı elde eder. Örnek olarak Qinggang'ın 1800 metreküplük yüksek fırını ele alındığında, özel bir ısı geri kazanımlı ısı eşanjörünün desteğiyle, her yıl 39,57 milyon standart metreküp gaz tasarrufuna eşdeğer miktarda ek ısı geri kazanılabilir. Hava kaçağının azalması ve gaz tasarrufuyla birlikte yıllık enerji-tasarrufu avantajı 9,116 milyon yuan'a ulaşıyor. İşletme maliyetleri düşüldükten sonra, artan enerji-tasarrufu avantajı yaklaşık 8,91 milyon yuan'dır; 120 tonluk bir konvertör atölyesinde, çelik fırını başına 12 milyon kcal ısıyı geri kazanabilen, 1,2 ton standart kömür tasarrufuna eşdeğer, spiral kanatlı borulu bir ısı eşanjörü kullanılıyor. Yıllık enerji üretimi 18 milyon kWh artarken, ekipman bakım döngüsü yılda 4 defadan 2 defaya düşürülerek bakım maliyetleri %40 oranında azaltılıyor. Büyük çelik işletmeleri için, eksiksiz bir kazan ısı geri kazanımlı ısı eşanjör sistemi, maliyetleri yılda milyonlarca, hatta on milyonlarca yuan azaltabilir ve şirketin pazardaki rekabet gücünü önemli ölçüde artırabilir.
(3) Yeşil karbon azaltımı, endüstrinin düşük-karbon dönüşümüne yardımcı oluyor
"Çift karbon" hedefi kapsamında çelik endüstrisi katı emisyon azaltma gereklilikleriyle karşı karşıyadır. Kazan ısı geri kazanımlı ısı eşanjörleri, fosil yakıtları yakmak yerine atık ısıyı geri kazanarak kömür ve doğal gaz gibi enerji tüketimini etkili bir şekilde azaltabilir ve böylece karbondioksit, kükürt dioksit ve nitrojen oksitler gibi kirletici emisyonları azaltabilir. Hesaplamalara göre, geri kazanılan her 1 GJ atık ısı için yaklaşık 80-100 kg karbondioksit emisyonu azaltılabilir; Örnek olarak 5 milyon ton üretim kapasiteli bir çelik işletmesi kazan ısı geri kazanımlı ısı eşanjörleri desteği ile yılda 26.000 ton karbondioksit, 750 ton kükürt dioksit ve 375 ton azot oksit azaltımı yapılabilmektedir. Shiheng Special Steel, kok fırını yükseltici ceketli ısı eşanjörü yoluyla ham kömür gazından atık ısıyı geri kazanarak, koklaşabilir enerji tüketimini azaltma ve kirletici emisyonları kontrol etme gibi birçok fayda elde ediyor. Temperlenmiş çelik ortak üretimi karbon azaltma ve sabitleme projesi, karbon emisyonlarını yılda 300.000 ton azaltıyor ve Ekoloji ve Çevre Bakanlığı tarafından "tipik bir karbon nötrlüğü örneği" olarak kabul ediliyor; Önde gelen bir çelik işletmesi, tüm süreç boyunca çeşitli ısı geri kazanımlı ısı eşanjörlerini kullandıktan sonra karbondioksit emisyonlarını yılda 850.000 ton azalttı ve 230 milyon yuan'ın üzerinde ekonomik fayda sağladı; bu da ısı eşanjörlerinin düşük karbon değerini tam olarak ortaya koydu.
Çekirdek Tipleri ve Teknik Özellikler: Çelik Fabrikalarında Çoklu Kazan Senaryolarına Uygun
Çelik fabrikalarında, atık ısı özelliklerinde ({0}} 100 derece C ila 1050 derece C arasında değişen sıcaklıklarda ve karmaşık baca gazı bileşimlerinde (kükürt, klor, toz vb. dahil) önemli farklılıklar olan çeşitli kazan türleri vardır. İlgili kazan ısı geri kazanımlı ısı eşanjörleri, çekirdeğin "kademeli kullanım, hassas ısı değişimi" etrafında döndüğü, farklı kazan senaryolarına ve atık ısı kalitesine uyum sağlayan, atık ısı kaynaklarının maksimum kullanımını sağlayan ve korozyon, kül birikimi ve geleneksel ekipmanın performans düşüşü gibi sıkıntılı noktaları çözen farklı tipler sergiler.
(1) Ana ısı değiştirici tipleri ve teknolojik avantajları
1. Akıllı sıcaklık kontrollü çift ön ısıtmalı ısı eşanjörü: Isı ortamı olarak termal yağ kullanılarak, baca gazı ısı eşanjörü, hava ısı eşanjörü, gaz ısı eşanjörü ve akıllı kontrol sisteminden oluşan bir "baca gazı termal yağ hava/gaz" ısı değişim sistemi inşa edilmiştir; esas olarak yüksek fırın sıcak hava sobası ve gazlı enerji üretim kazanının düşük- sıcaklıktaki baca gazı atık ısı geri kazanımı için uygundur. Temel avantajı, düşük-sıcaklıktaki asit çiğlenme noktası korozyonu sorununu temel olarak çözmek, kül birikimi olgusunu hafifletmektir ve ekipmanın hizmet ömrü, geleneksel plakalı ve ısı borulu ısı eşanjörlerinin hizmet ömrünü 3-5 yıl kadar aşarak 10 yıldan fazlaya ulaşabilir. Normal çalışma koşulları altında, 280 derecelik baca gazı giriş sıcaklığındaki atık ısı, gazı ve havayı 190 derecelik bir sıcaklığa önceden ısıtmak için geri kazanılabilir; Baca gazı giriş sıcaklığı 330 derece olduğunda ön ısıtma sıcaklığı 230 dereceye kadar arttırılabilir ve egzoz sıcaklığı minimum 100 derece olmak üzere 130 derecenin altına düşürülebilir.
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 derece), termal stres hasarını önleyerek, baca gazının radyasyon özellikleri yoluyla ısı enerjisini aktarmak için manşon tipi bir radyasyon ısı transfer modülü kullanır; Sıcaklık 750 derecenin altına düştüğünde konvektif ısı transfer moduna geçin, plakalı ısı eşanjörlerinin yüksek-verimli ısı transfer avantajıyla birleştiğinde, ısı transfer katsayısı 3500W/(m²·K)'ye ulaşabilir ve ekipmanın kapladığı alan geleneksel çözümlere kıyasla %40'tan fazla azalır [2]. Belirli bir çelik fabrikasında bulunan 2000m³ yüksek fırının yenilenmesinden sonra, gazdan duyulur ısı geri kazanımının verimliliği %22 artarak yıllık 12000 ton standart kömür tasarrufu sağlandı.
3. Borulu ısı eşanjörü: En yaygın kullanılan türlerden biri olan çekirdek, çok sayıda yüksek- sıcaklığa dayanıklı metal borudan (310S paslanmaz çelik, Inconel alaşımı vb.) oluşur. Yüksek sıcaklıktaki baca gazı boru demetinin dışına akar ve ısıtılacak ortam borunun içinde dolaşarak boru duvarı ısı iletimi yoluyla ısı transferi sağlanır. Yapı sağlamdır, 800-1200 derecelik yüksek sıcaklıklara ve basınçlara dayanabilir, temizlenmesi ve bakımı kolaydır ve çelik fabrikalarındaki yüksek fırınlar ve konvertörler gibi yüksek toz içeriğine sahip baca gazı ortamları için uygundur. Özel bir çelik işletmesinin 120 tonluk konvertörü, 3200 metrekarelik tek bir ısı değişim alanına sahip, spiral kanatlı borulu bir ısı eşanjörünü benimser. Kanatlar, 850 derecelik bir sıcaklık direncine sahip, yüksek sıcaklıktaki korozyona etkili bir şekilde direnen ve baca gazı sıcaklığını 800 dereceden 280 dereceye düşüren nikel krom alaşımlı malzemeden yapılmıştır. Atık ısı geri kazanım etkisi önemlidir.
4. Plakalı eşanjör: Isı değişim elemanı olarak oluklu metal plakalar kullanılarak plakalar arasında dar kanallar oluşturulur ve yüksek- sıcaklıktaki baca gazı ısıtılacak ortamla ters yönde akar. Isı transfer alanı geniştir ve verimlilik yüksektir; bu, geleneksel borulu ısı eşanjörlerine göre %10 - %30 daha yüksektir. Kompakt hacim, sınırlı alan senaryoları için uygundur. Çelik haddeleme ısıtma fırınındaki 650 derecelik yüksek sıcaklıktaki baca gazı için, kül önleyici tip plakalı ısı eşanjörü, özel bir plaka tasarımını benimser ve baca gazının ısısını, yanma havasını ve haddehanenin soğutma suyunu önceden ısıtmak için kullanabilen, ısıtma fırınının yakıt tüketimini% 10 azaltan otomatik bir kül temizleme sistemi ile donatılmıştır.
5. Yardımcı ısı eşanjörleri: ekonomizörler, hava ön ısıtıcıları, ısı borusu ısı eşanjörleri vb. dahil olup, esas olarak orta ve düşük sıcaklıkta atık ısı geri kazanımı (sıcaklık) için kullanılır<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%.
Endüstri Trendleri ve Gelişme Beklentileri
Ulusal "Çelik Sektöründe Enerji Tasarrufu ve Karbon Azaltımı Özel Eylem Planı"nın teşvik edilmesiyle, 2025 yılı sonuna kadar çelik sektöründeki yüksek fırın ve konvertörlerin birim ürün başına enerji tüketimi 2023 yılına göre %1'den fazla, çelik tonu başına kapsamlı enerji tüketimi ise %2'den fazla azaltılacak. Enerji tasarrufu ve karbon azaltımına yönelik temel ekipman olarak kazan ısı geri kazanımlı ısı eşanjörleri, daha geniş bir geliştirme alanına yol açacaktır. Endüstrinin gelişim ihtiyaçlarına ve teknolojik yenilik yönlerine bağlı olarak, gelecekte kazan ısı geri kazanımlı ısı eşanjörleri için üç ana gelişme eğilimi olacaktır.
Bunlardan biri, ısı eşanjörlerinin çalışma durumuna ilişkin gerçek zamanlı izleme, hassas düzenleme ve arıza uyarısı elde etmek için yapay zeka, dijital ikizler ve Nesnelerin İnterneti gibi yeni teknolojileri entegre ederek teknolojik zekanın yükseltilmesi, ısı değişim verimliliğinin daha da artırılması ve işletme ve bakım maliyetlerinin azaltılmasıdır; Aynı zamanda, uyarlanabilir ısı eşanjörlerinin geliştirilmesi, atık ısı sıcaklığı ve akış hızındaki dalgalanmalara bağlı olarak çalışma parametrelerini otomatik olarak ayarlayarak çelik tesislerindeki karmaşık atık ısı senaryolarına uyum sağlayabilir.
İkincisi, yüksek sıcaklık, yüksek korozyon ve yüksek tozlu ortamlarda ısı eşanjörünün stabilitesini iyileştirmek için INCONEL 625, 310S paslanmaz çelik vb. gibi daha gelişmiş yüksek-sıcaklığa ve korozyona-dayanıklı alaşım malzemeleri kullanan malzeme ve yapısal yeniliktir; Isı eşanjörlerinin yapısal tasarımını optimize edin, kompakt ve verimli ısı eşanjörleri geliştirin, ayak izini azaltın ve yüksek-sıcaklık kovanlı ısı eşanjörlerinin ayak izini geleneksel çözümlere kıyasla %40'tan fazla azaltmak gibi alan kullanımını iyileştirin.
Üçüncüsü, entegre bir enerji geri dönüşüm sistemi oluşturmak, kurumsal enerjinin kendi kendine-yeterliliğini artırmak ve elektrik fiyatlarındaki dalgalanmalar ve enerji tedarik riskleriyle başa çıkmak için kazan ısı geri kazanımlı ısı eşanjörlerini gaz geri kazanımı, buhar döngüsü ve enerji depolama sistemleriyle birleştiren sistem entegrasyonunun geliştirilmesidir; Aynı zamanda, hidrojen metalurjisi gibi yeni eritme teknolojilerinin birleştirilmesi, ısı eşanjörü tasarımının optimize edilmesi, yeni ısı kaynağı yapılarına uyum sağlanması ve çelik endüstrisinin "enerji tasarrufu ve karbon azaltımından" "sıfır karbon emisyonuna" geçmesinin teşvik edilmesi.
Ek olarak, kok fırını yükseltici gazından atık ısının geri kazanılmasına yönelik endüstri standartlarının teşvik edilmesi gibi endüstri standartlarının sürekli iyileştirilmesiyle, kazan ısı geri kazanımlı ısı eşanjörlerinin uygulaması daha standart hale getirilecek ve endüstrinin genel enerji verimliliği seviyesi desteklenecektir. 1 milyar tonluk ulusal demir üretim kapasitesine göre, eğer gelişmiş kazan ısı geri kazanımlı ısı eşanjörleri tamamen teşvik edilirse, maliyetlerde yaklaşık 4,8 milyar yuan tasarruf sağlanabilecek ve karbondioksit emisyonları yılda 5,2 milyon ton azaltılabilecek ve önemli ekonomik ve çevresel faydalar sağlanabilecektir.
