节能减排案例-转炉烟气余热回收和球形蒸汽蓄热器技术

0引言为了改善全球环境资源,各国统一部署,提出二氧化碳减排计划,即要求2030年前二氧化碳排放量达到峰值,2060年前实现二氧化碳超净排放,排放量为零。

我国为适应国际环保政策变化,将废钢资源合理化利用,在15年时间内逐步用电炉炼钢技术取代转炉炼钢技术。

而电炉炼钢生产过程产生的烟气具有一定的热能焓值,可以回收利用,节能减排,降低能耗。

高温烟气通过余热锅炉与水对流换热,锅炉汽包产生饱和蒸汽驱动饱和蒸汽汽轮机发电,降低电炉炼钢流程每吨钢的能耗,产生较大的经济效益和社会效益。

值得深入研究饱和蒸汽汽轮机发电技术在电炉炼钢烟气余热回收的应用。

Abstract:In this paper,the characteristics and process flow of electric furnace steelmaking flue gas are analyzed.The working principle of heat accumulator and its parameter calculation in saturated steam power generation technology are introduced.Measures to improve steam dryness in saturated steam turbines are described.Saturated steam turbine power calculations are described,among other things.Key words:saturated steam,steam turbine,electric furnace steelmaking第一作者简介:刘向东(1979-)男,本科,高级工程师,毕业于长沙理工大学自动化专业,主要从事发电厂调试,检修方面工作。

DOI:10.13808/ki.issn1674-9987.2023.04.004刘向东(中冶南方都市环保工程技术股份有限公司,湖北武汉,430205)摘要:文章分析了电炉炼钢烟气的特点及工艺流程,重点介绍了饱和蒸汽发电技术中蓄热器工作原理及其参数计算,讲述了饱和蒸汽汽轮机提高蒸汽干度措施,描述了饱和蒸汽汽轮机功率计算等内容。

烟气余热回收成余热锅炉节能减排的新途径发表时间：2018-08-17T09:51:57.240Z 来源：《电力设备》2018年第15期作者：孔繁宇[导读] 摘要：随着社会经济的快速发展，我国的环境问题也越加严重。

（天津陈塘热电有限公司天津 300385）摘要：随着社会经济的快速发展，我国的环境问题也越加严重。

许多工业的生产发展都是建立在环境污染和资源浪费的基础上的。

因此，如何利用新技术改善生产设备来达到节能减排的效果是目前我们亟待解决的问题。

烟气余热回收成为余热锅炉目前一种节能减排的新措施，它的推广和应用对我国的生产发展和环境保护有很大意义，文章对其进行了深入分析和阐述，探寻其节能减排的原理。

关键词：烟气余热；回收；余热锅炉；节能减排；途径1、前言目前，我国经济的发展在一定程度上造成了严重的环境的污染，这已经严重危害了人们的身体健康，影响了人们的生活质量水平。

因此，采用新技术新设备来解决环境污染问题是我国应该重视的问题。

而余热锅炉烟气余热回收这一项措施可谓是大大解决了这一问题，通过内部系统设计来达到资源循环利用，减少废气排放的效果，对于我国生产发展有着重要的意义。

进行节能减排的措施有很多，需要每一个公民和政府一起来努力，但是相关企业工厂也应该承担起自己的责任，将经济利益和社会利益相统一，尽量采用余热锅炉烟气余热回收的措施来减轻环境的污染程度。

2、余热锅炉烟气余热回收的技术原理2.1燃气蒸汽联合循环机组为了应对资源环境污染愈发严重的问题，我国大多数工厂都采用了余热锅炉烟气余热回收这种技术，在现代社会，科学技术水平快速提升，而利用燃气蒸汽联合循环机组进行余热回收的方法正是利用了烟气余热回收的高端前沿创新技术。

在燃气蒸汽联合循环机组中，通过内部安装的热量交换装置对烟气余热进行回收利用，通过再次加工进行二次运用。

这种方法通过我国近些年的实践，取得了非常好的效果，我们应该加大推广力度，增加燃气蒸汽联合循环机组的应用普遍度，并且不断完善和创新，争取创造出性能更好的节能减排设备和技术。

中科院力学所科技成果——转炉烟气全干法余
热回收技术
技术介绍及特点
该技术针对炼钢转炉低品位余热烟气间断性、多尘性、具有爆炸性等特点，结合目前850~1000℃以下的烟气直接通过喷水或喷雾冷却而余热无法利用现状，开发出具有完全自主知识产权的低品位复杂余热高效利用及综合发电技术，该技术集成了先进可靠防爆技术、大容量高精度蒸汽蓄热稳流技术、紧凑高效间歇性热源余热换热技术、高效清灰技术、饱和蒸汽发电新技术等，使得炼钢转炉烟气全干法余热完全回收，有效降低企业能耗和水耗，实现“负能炼钢”节能减排。

应用领域
该技术可应用于冶金行业和化工生产行业烟气余热回收领域。

以冶金行业为例，若在整个冶金行业应用本系列技术，每年节约标准煤4050万吨，发电1060亿度，减排CO29500万吨，产生经济效益203亿元，市场需求巨大。

技术成熟度及应用案例
该技术目前已成熟，已与海陆重工签署“转炉烟气余热全干法利用技术”合作协议，联合推广应用。

该技术应用案例：
（1）唐山春兴2.24MW转炉蒸汽拖动二次除尘风机工程
（2）济钢一炼钢转炉饱和蒸汽4.5MW余热电站工程
（3）广州珠江钢铁电炉10MW烟气余热电站工程
（4）陕西东岭锌业13MW饱和蒸汽余热电站工程
（5）云南斗南锰业铁合金电炉5.5MW余热电站
（6）云南建水锰矿铁合金电炉12MW余热电站
（7）湘钢烧结线4.5MW余热发电工程
（8）包头稀土焙烧回转窑烟气节能工程
（9）湘钢烧结线4.5MW余热发电工程
广州珠江钢铁电炉10MW烟气余热电站工程
唐山春兴2.24MW转炉蒸汽拖动二次除尘风机工程。

科技成果——热电厂和供热站锅炉烟气余热回收供暖技术技术类别减碳技术适用范围热电联产、集中供热行业，用于集中供暖的热电厂或燃气、燃煤锅炉房，应用条件为锅炉烟气余热未深度回收利用并具有热泵驱动所需的蒸汽、热水、天然气或电力。

行业现状该技术在兰州、北京、天津、乌鲁木齐等城市有较大规模应用，目前在河北省内应用规模相对较小，应用比例不足5%。

成果简介（1）技术原理通过热泵技术回收锅炉烟气降温冷却过程中烟气冷凝热（属于烟气余热，包含湿烟气显热和部分水蒸气冷凝潜热），以燃气、蒸汽、热水或电力等作为热泵驱动能源，将烟气降温过程中低温余热通过热泵技术转移至集中供热热网中。

实现锅炉烟气余热深度回收利用，在回收余热同时，可以降低锅炉在采暖期烟气“白烟”现象，同时回收烟气中冷凝水实现节水功能。

（2）关键技术1、烟气换热系统采用两种形式的烟气换热系统：（A）烟气与水直接接触换热形式。

（B）烟气与水非直接接触，间接换热形式。

2、热泵系统（A）溴化锂吸收式热泵，以蒸汽、热水、天然气等作为驱动热源。

（B）压缩式热泵，以电力作为驱动，电压等级0.4kV-10kV。

3、烟气冷凝水处理系统烟气降温冷凝水呈酸性，通过工艺设置加药系统调整冷凝水PH 值后作为热源厂补水系统，实现节水。

4、辅助系统包含余热水及热网水循环系统、电气系统、热控系统等。

（3）工艺流程热电厂和供热站锅炉烟气余热回收供暖技术工艺流程图主要技术指标锅炉烟气温度由45℃-80℃降至30℃-25℃。

提升现役锅炉热效率约4%-8%。

技术水平该技术获得国家发明专利1项，实用新型专利3项。

典型案例典型案例：诚峰热电有限公司烟羽治理节能技改工程建设规模：回收1×130t/h和3×80t/h燃煤锅炉湿法脱硫后的烟气余热，回收余热功率29MW，年采暖季回收余热量26万GJ。

#1、#2脱硫塔脱硫后饱和湿烟气温度由52℃降至30℃以下，烟气湿度降至9.5%以下，单套脱硫塔烟气量约281000Nm3/h（合计两套）。

科技成果——一类回收余热的方法及装置技术开发单位清华大学成果简介1、痛点问题（1）天然气燃烧后的烟气温度高、且含有大量水蒸气，其中水蒸气的冷凝潜热占到烟气余热的70%以上，亟需回收这部分热量，节能减排。

（2）将工业蒸汽中产生的低压蒸汽的热量回收，从而大幅提高能源利用效率，是行业内要解决的问题。

（3）供热系统中如何进一步降低回水温度，是行业内需要解决的问题。

2、解决方案本项目成果开发了一种喷淋吸收式燃气烟气余热回收方法，一种回收低压蒸汽余热的吸收式热泵蒸发器结构和一种热泵型换热机组。

（1）一种喷淋吸收式燃气烟气余热回收的方法及装置燃气驱动发生器进行燃烧，释放的热量作为吸收式制冷机的高温热源，燃烧后的烟气锅炉烟气混合后进入n级喷淋单元，与其中的喷淋水直接接触进行蒸发冷却，然后由排烟出口排出；自循环水从喷淋单元循环水进口进入第1级喷淋单元进行喷淋，每级喷淋单元的出水在喷淋水泵的作用下输送到下一级喷淋单元进行喷淋，第n级喷淋单元的出水经循环水泵从蒸发器冷冻水入口打入蒸发器被降温，降温后的冷冻水再输送到第1级喷淋单元，从而完成喷淋水的自循环。

本发明的方法能够有效节约能源并提高供热能力，同时除去了烟气中的SO2、NOx气体，减少了烟气对环境的污染。

（2）一种回收低压蒸汽余热的吸收式热泵蒸发器由于低压蒸汽体积流量很大，流动过程中产生的阻力也会相应增大，回收低压蒸汽余热需要更大的流通截面积，本发明中的蒸发器中换热管束采用沿机组宽度方向水平布置或者沿高度方向垂直布置，增大了低压蒸汽流动通道的截面积，以保证低压蒸汽流动顺畅。

低压蒸汽作为低温热源在蒸发器的换热管束内放热凝结成水后排出；冷剂水在换热管束上方喷淋，吸收低压蒸汽的冷凝热后蒸发变成冷剂蒸汽，冷剂蒸汽进入吸收器中被溶液吸收。

本发明用于回收低压蒸汽余热的吸收式热泵机组能回收低压蒸汽余热，并产生较高温度的热水供生产、生活使用。

（3）一种热泵型换热机组该机组水路系统分为一次侧管路和二次侧管路两部分，一次侧管路采用逐级顺序串接的方式，一次侧管路热水依次经过吸收式热泵的发生器、水-水换热器、吸收式热泵的蒸发器；二次侧管路热水经过吸收式热泵的吸收器和冷凝器以及水-水换热器；由于换热机组一次侧热水依次经过吸收式热泵的发生器、水-水换热器和吸收式热泵的蒸发器，将热水的热量进行梯级利用，从而大幅度增大了一次侧热水的供、回水温差。

节能减排案例轧钢加热炉余热回收发电新技术本技术主要针对轧钢加热炉工序的余热进行回收及利用，目前钢铁企业一般采用加热炉炉底支撑梁汽化冷却方式，回收加热炉炉内热量，较少回收加热炉排烟热量。

本技术除对加热炉支撑梁采用汽化冷却，回收加热炉炉内热量外，还对排烟热量进行回收，产生低压饱和或过热的蒸汽进行发电，既降低了烟气和蒸汽排放造成的环境热污染，同时又回收大量的热能，“变废为宝”，提高了企业的经济效益，社会效益和环保效益。

2.主要技术内容(1)加热炉支撑梁汽化冷却目前加热炉炉底支撑冷却方式主要有两种：水冷冷却方式及汽化冷却方式。

水冷冷却方式存在以下缺陷：●电耗高，循环泵消耗大量的电能●水耗大，循环水蒸发及风吹损失占5%～8%●附属设施占地面积大●水冷件设备寿命短●余热资源未能有效利用汽化冷却方式的优势：✓耗水量少，相当于水冷却的1/30✓产生蒸汽，蒸汽生产可达35～50t/吨钢✓不易结垢，延长冷却构件使用寿命✓减轻钢料加热时形成的黑印，改善钢料品质(2)加热炉余热锅炉加热炉尾部排烟一般会设置煤气预热器或空气预热器，对煤气及有设置预热器，炉尾部排烟温度可达450～500 ℃,这部分热烟气有较大的余热回收价值，将这部分热烟气通过烟囱排放到空中，严重浪费能源、污染环境。

设置烟道余热锅炉，回收热量，将烟气温度降至180 ℃左右，产生蒸汽，同样是节能环保的有效方式。

(3)大容量蒸汽蓄热稳压技术钢铁厂余热蒸汽，大部分为饱和蒸汽，且生产不连续，特别是转炉炼钢和轧钢加热炉蒸汽多为1.27MPa 压力下的饱和蒸汽。

北京京诚科林环保科技有限公司开发研制了大容量蒸汽蓄热稳压系统，设置了大容量球形蒸汽蓄热器，保证进入汽轮机的蒸汽连续稳定。

(4)饱和蒸汽干度处理技术进入汽轮机蒸汽参数越高、干度越大，汽轮机的发电效率越高。

京诚科林针对饱和蒸汽含水量大，蒸汽干度低的特点，研发了饱和蒸汽发电前处理系统，设置有蒸汽滤洁器，使饱和蒸汽干度达到99% 以上，有效减轻饱和蒸汽发电汽轮机末级叶片蒸汽强度，保证饱和蒸汽汽轮机的安全运行。