AOD爐煙氣余熱回收應用工程實踐

趙麗 趙忠良

【摘 要】介紹了北海誠德鎳業(yè)有限公新建3臺70噸AOD爐各配置一套雙壓余熱鍋爐，三套余熱鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽用于除塵系統(tǒng)汽輪機透平做功，驅動引風機工作，從而達到節(jié)能降耗、并為后續(xù)除塵系統(tǒng)安全運行提供保障。

【關鍵詞】AOD爐煙氣；翅片管式余熱鍋爐；蓄熱器

1、概況

AOD精煉爐與一般轉爐相比，有著冶煉時間長，吹氧強度低，脫碳速度小，CO含量低等特點，因此AOD精煉爐煙氣中的CO回收價值不大。精煉爐爐氣一般采用完全燃燒方式，冶煉時產(chǎn)生的含CO的煙氣在爐口和吸入的空氣混合燃燒后，產(chǎn)生的煙氣溫度～1450℃，完全燃燒后的精煉爐煙氣具有溫度高，煙溫波動大，含塵量高等特點。目前AOD精煉爐煙氣冷卻一般采用水冷處理方式，即將AOD精煉爐冶煉所產(chǎn)生的煙氣從其爐頂抽出，經(jīng)水冷煙道冷卻降溫后，再經(jīng)機力空冷機或直接混入冷風降到150℃，進入布袋除塵器凈化，并經(jīng)風機由煙囪排往大氣。故采用水冷方式不僅浪費了煙氣中大量高品位的能源，而且還要消耗大量水資源和電力，且水冷設備使用故障率高、壽命短，占地面積大，無經(jīng)濟效益。

北海誠德鎳業(yè)有限公司新建有3臺70噸AOD爐，為充分利用電爐冶煉產(chǎn)生的高溫廢氣，將傳統(tǒng)的水冷方式改為余熱鍋爐降溫方式，為防止進入余熱鍋爐的溫度過高損壞鍋爐，在爐頂采用水冷彎頭輻射受熱，溫度降至～1000℃進沉降室，沉降室出來的煙氣進入余熱鍋爐冷卻降溫，然后進入后續(xù)布袋除塵器凈化、排放。余熱鍋爐產(chǎn)生的低壓蒸汽用于除塵系統(tǒng)汽輪機透平做功，驅動引風機工作，從而達到節(jié)能降耗、并為后續(xù)除塵系統(tǒng)安全運行提供保障的目的。

采用余熱鍋爐降溫與水冷方式相比不僅產(chǎn)生了蒸汽，驅動除塵風機工作，而且大量節(jié)約了電能，同時余熱鍋爐的使用壽命比水冷煙道大為提高，并減少了煙道的維修時間及運行費用；系統(tǒng)也無需設置循環(huán)水冷卻塔，所以，通過對AOD爐煙氣余熱進行回收，不僅節(jié)約了煉鋼車間的電耗，減少了噸鋼能耗指標，還提高了全廠的循環(huán)經(jīng)濟效益。

2、主要技術方案及措施

2.170噸AOD爐余熱回收裝置設計參數(shù)（單套）

廢氣量：110000Nm3/h

廢氣性質：AOD爐冶煉高溫煙氣

廢氣粉塵含量：<120g/m3（標態(tài)）

煙氣CO含量：<3%

翅片管式余熱鍋爐入口煙氣溫度：平均630℃（最高900℃）

余熱鍋爐出口廢氣溫度：≤250℃（平均）

余熱鍋爐系統(tǒng)阻力：<1000Pa

余熱鍋爐額定產(chǎn)汽壓力（表顯）：≤2.4MPa/0.3MPa

蓄熱器出口飽和蒸汽壓力（表顯）：1.6MPa

蓄熱器出口飽和蒸汽流量（表顯）：13t/h（連續(xù)）

蓄熱器出口飽和蒸汽溫度（表顯）：～204℃

進大氣式熱力氧器軟水進水溫度：20/60℃

大氣式熱力氧器出口水溫：104℃

2.2余熱回收系統(tǒng)流程

本工程主要是利用AOD爐沉降室出口的高溫煙氣余熱產(chǎn)生飽和蒸汽，然后送入蓄熱器蓄熱、穩(wěn)壓，并用于除塵系統(tǒng)汽輪機透平做功，驅動引風機工作，其流程模塊見圖1。為充分利用余熱，提高能量的利用率，本系統(tǒng)為雙壓產(chǎn)汽系統(tǒng)，即：利用高溫煙氣余熱產(chǎn)中壓蒸汽，進入蓄熱器；之后的低溫煙氣用來產(chǎn)低壓蒸汽?？晒┳陨硐到y(tǒng)除氧用，實現(xiàn)了能量梯級利用，逐級回收。

圖1余熱回收系統(tǒng)模塊圖

2.2.1煙氣系統(tǒng)

AOD爐煙氣通過保溫煙道進入翅片管式余熱鍋爐，煙氣經(jīng)鍋爐蒸發(fā)器1、蒸發(fā)器2、低壓蒸發(fā)器產(chǎn)生兩種不同壓力的飽和蒸汽后降溫至～250℃，再通過鍋爐出口低溫煙道送至增壓風機，經(jīng)風機送入后續(xù)袋式除塵器。

考慮到煙氣系統(tǒng)的含塵量較高，易積灰，余熱鍋爐本體設置了吹灰裝置；底部設置輸灰系統(tǒng)和集中貯灰槽，每組換熱器底部設灰斗，插板閥、星型卸灰閥，灰塵通過輸灰系統(tǒng)進入集中貯灰槽定期處理。

考慮冶煉時產(chǎn)生的含CO的煙氣在爐口和吸入的空氣混合燃燒不充分，為提高系統(tǒng)安全性，防止鍋爐進口溫度超溫，煙氣高溫段設置混風閥；且對鍋爐進行溫度監(jiān)控，當進口溫度>900℃時，控制室顯示、報警。

2.2.2水汽系統(tǒng)

水汽系統(tǒng)設有集中式泵房（3套鍋爐共用），自界區(qū)外來除鹽水（～0.5MPa）進入軟水箱，然后由設置的2臺軟水泵（1用1備）送入熱力除氧器除氧；除氧后的除氧水分成兩路，其中一路通過設置的4臺低壓給水泵（3用1備）送入3臺低壓汽包；另一路通過設置的4臺中壓給水泵（3用1備）送入3臺中壓汽包；蓄熱器的補水通過備用中壓給水泵供給。

本余熱鍋爐系統(tǒng)還配置了排污系統(tǒng)、取樣系統(tǒng)、放空、放凈系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)及加藥裝置

2.3余熱鍋爐技術特點

翅片管余熱鍋爐是本次余熱利用項目的核心設備，針對本項目的特點，余熱鍋爐設計采用中、低壓兩段復合型的翅片管式的結構，即余熱鍋爐采用中、低壓兩段復合型模塊化組合結構。雙壓翅片式余熱鍋爐可適應廢氣溫度大范圍波動的工況，在煙氣溫度高達1000℃時仍然保證換熱管強度及其管壁溫度在允許范圍內，相比熱管式鍋爐避免了因超溫爆管而影響設備的使用壽命。鍋爐本體設計采用模塊化組合結構，減少了鍋爐漏風熱損失，同時能有效縮短現(xiàn)場安裝周期。

本工程中翅片管式高效蒸汽發(fā)生器設計為上下集箱翅片管型式，采用高頻焊接翅片管作為換熱元件，通過翅片來強化傳熱，整套裝置傳熱效率高，設備結構緊湊，熱側流體流動阻力小。其基本特點是鍋筒和產(chǎn)汽部分分離，水的受熱和汽化在翅片管內完成，眾多翅片管通過上下集箱組成一片，再通過聯(lián)絡管與鍋筒連接，這就使本套裝置有別于一般上下鍋筒結構的余熱鍋爐。產(chǎn)汽套管與鍋筒間用導管相連，管道可任意調整長度，現(xiàn)場布置靈活，設計計算時充分考慮到廢氣溫度的大范圍的變化特點，設置合理的換熱強度范圍，從而適應大溫變工作狀況，適應了復雜現(xiàn)場的要求。全套設備除給水系統(tǒng)外，無運轉部件，運行可靠，操作維修方便。

2.4主要技術措施

（1）本系統(tǒng)余熱鍋爐本體設脈沖除灰器，是防止換熱器表面的積灰，實現(xiàn)余熱鍋爐的穩(wěn)定、連續(xù)、安全運行的重要保障。所以余熱鍋爐本體必須布置足夠數(shù)量的脈沖除灰器噴吹點，并均勻的布置在余熱鍋爐迎風面上。從而保證余熱鍋爐正常運行。

由于脈沖除灰器采用爆炸沖擊波吹灰原理，在爆炸瞬間會有火花產(chǎn)生，如果鍋爐本體內煙氣中CO含量超過5%，則會給整個系統(tǒng)的運行帶來極大的威脅。所以脈沖吹灰器系統(tǒng)吹灰的工作時間必須嚴格控制在出鋼后期，這時鍋爐中不存在CO，在線自動吹掃非常安全。

（2）由于AOD爐冶煉存在周期性，煙溫波動大，余熱鍋爐產(chǎn)汽量不能連續(xù)、穩(wěn)定輸出，為確保進入汽輪機蒸汽壓力、流量穩(wěn)定，此時需要借助于變壓式蒸汽蓄熱器。蒸汽蓄熱器使用時筒體內部充有90%以下的飽和熱水，水面以上為蒸汽空間，水空間裝有充熱裝置。當余熱鍋爐產(chǎn)汽量大于汽輪機用汽量時，蒸汽通過蓄熱器內部充熱裝置噴入熱水中，加熱熱水，提高熱水溫度，相應的使蓄熱器空間內的飽和蒸汽壓力升高。當余熱鍋爐產(chǎn)汽量低于汽輪機用汽量時，進蓄熱器蒸汽壓力就會降低，低于蓄熱器汽空間飽和壓力時，蓄熱器中飽和水成過熱水沸騰放熱，產(chǎn)生蒸汽補給汽輪機用汽。從而實現(xiàn)汽輪機連續(xù)穩(wěn)定運行。

（3）為了防止余熱鍋爐換熱管及煙道出現(xiàn)磨損而影響設備的使用壽命，本工程設計時考慮了以下措施。

余熱鍋爐入口煙道垂直爬升20米后水平進鍋爐，煙氣中夾帶的大顆粒粉塵在通過這段垂直煙道后均已沉降。

磨損程度與煙氣流速的3次方成正比，因此嚴格將煙氣流速設計為10m/s，在這種情況下，磨損程度能大大減小。

（4）本余熱鍋爐采用自然循環(huán)，設計鍋爐上升、下降管必須充分考慮汽水流動的可靠性。針對本工程AOD爐煙氣溫度波動大的特點，在進行水力計算的設計中，采用最高煙氣溫度條件下，循環(huán)水管道內汽水循環(huán)倍率在20以上。

2.5設備布置

余熱鍋爐系統(tǒng)采用露天雙跨立式布置，換熱器布置在獨立的鋼架上，中壓、低壓汽包布置于鋼架頂部，汽包平臺邊緣設置檢修起重設施。余熱鍋爐周邊留有余熱鍋爐檢修空間。

余熱回收系統(tǒng)軟水箱（建議室外）、變頻軟水泵、中壓變頻給水泵、低壓變頻給水泵布置于泵房內EL0.000層；熱力除氧器布置于泵房EL10.000樓層。取樣器布置于泵房附近EL0.000地面上。

蓄熱器、分汽缸布置于汽機房邊上EL0.000地面。

3、設備運行狀況

AOD爐煙氣余熱回收系統(tǒng)于2012年11月18日熱試成功后投入使用，目前三套AOD爐兩用一備，正常情況下運行兩臺。目前煙氣進口溫度最高890℃，未超900℃，這情況下，汽包出口壓力2.2MPa，蓄熱器出口壓力1.6MPa，產(chǎn)汽量：27t/h，優(yōu)于原設計13t/h（單臺）。余熱鍋爐出口煙氣溫度約180～220℃，未高于250℃；吹氧期煙氣量最大時系統(tǒng)阻力約為700～800Pa，未高于1000Pa，根據(jù)現(xiàn)場儀表記錄，自動控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定。達到設計要求。

4、經(jīng)濟技術分析

運行費用計算：①軟水：系統(tǒng)排污損耗8%，補水流量14.5t/h，折合14.5x1.32=19.2元/h；②電耗：工作電耗月86Kw，折合86x0.56=48.2元/h。

收益：飽和蒸汽：1.6MPa，13.5t/h，折合13.5x100=1350元/h。

按年工作330天計算330x24=7920，每套余熱鍋爐的年效益1015萬元。

0.6年回收基建投資。

單套余熱鍋爐所產(chǎn)蒸汽按燃煤鍋爐的折算，年節(jié)約標煤約0.86萬t，減少CO2排放1.94萬t/年，減少SO2排放171.4t/年。減少灰塵，灰渣等大氣污染物排放0.24萬t/年。

5、總結

該工程工藝簡單，設備換熱效率高，投資少，效益好，達到設計要求。AOD爐煙氣余熱回收系統(tǒng)將顯熱充分回收，產(chǎn)生蒸汽送入汽輪機，驅動除塵風機。從而降低AOD爐冶煉運行成本，經(jīng)濟效益顯著，符合國家產(chǎn)業(yè)政策。該工程的成功應用，是鋼鐵行業(yè)節(jié)能和環(huán)保技術的重大突破。

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