Warmtewisselaar met ketelwarmteterugwinning maakt energiebesparing en koolstofreductie in de staalindustrie mogelijk

Kernpositionering: De kernwaarde van warmtewisselaars met warmteterugwinning uit ketels
De staalproductie kan niet los worden gezien van de ondersteuning van verschillende soorten ketels, zoals hoogovens, heteluchtkachels, ketels voor de opwekking van gas, sinterringkoelers, cokesovens, enz. Deze apparatuur genereert tijdens bedrijf een grote hoeveelheid afvalwarmte op verschillende temperatuurniveaus - van rookgas met gemiddelde en lage temperatuur van 100 graden tot rookgas met hoge temperatuur van 1050 graden. Als het rechtstreeks wordt geloosd, veroorzaakt het niet alleen ernstige energieverspilling, maar verergert het ook de thermische vervuiling van het milieu. De kernwaarde van warmtewisselaars met warmteterugwinning uit ketels ligt in het bouwen van een gesloten-lussysteem van "efficiënt hergebruik van energie voor warmte-uitwisseling", waarbij de restwarmte-eigenschappen van ketels in staalfabrieken nauwkeurig worden afgestemd, waarbij verloren afvalwarmte wordt omgezet in bruikbare energie, zoals het voorverwarmen van verbrandingslucht, het verwarmen van ketelvoedingswater en het opwekken van stoom, waardoor "afval in schatten wordt omgezet". De prestaties ervan zijn rechtstreeks bepalend voor de efficiëntie van de terugwinning van restwarmte uit de ketel en de energiebesparing-- en CO2-reductie-effecten, en vormen een belangrijke brug tussen de restwarmte van de ketel en het hergebruik van energie.

(1) Energiebesparing en vermindering van het verbruik, waardoor de efficiëntie van het energieverbruik wordt verbeterd

In de afvalwarmte die wordt uitgestoten door ketels van staalfabrieken, is de warmte die wordt getransporteerd door het hoge- rookgas alleen al verantwoordelijk voor meer dan 40% van de totale warmtedissipatie van de apparatuur. Warmtewisselaars met warmteterugwinning uit ketels van hoge kwaliteit kunnen een warmteoverdrachtsefficiëntie van meer dan 85% bereiken, waardoor de efficiëntie van het energieverbruik aanzienlijk wordt verbeterd. Nadat het rookgas uit de hoogovenkachel bijvoorbeeld is behandeld door een warmtewisselaar, kunnen de lucht en het gas worden voorverwarmd tot 190-380 graden, waardoor het brandstofverbruik van de hoogovenoven aanzienlijk wordt verminderd en de uiteindelijke energie-efficiëntie van het hoogovenproces wordt verbeterd. Het totale voordeel kan met 2% -4% worden verhoogd; Na de introductie van een grote roterende warmtewisselaar in een hoogoven van 2500 kubieke meter van een staalbedrijf van 10 miljoen ton, steeg de temperatuur van de verbrandingslucht van kamertemperatuur naar 380 graden, nam de brandstofverbrandingsefficiëntie van de hoogoven toe met 12% en daalde de cokesverhouding van 550 kg/t naar 480 kg/t, waardoor aanzienlijke energiebesparingen werden bereikt. Tegelijkertijd kan de warmtewisselaar de uitlaattemperatuur van de ketel verlagen tot 100-130 graden, waardoor warmteverlies wordt vermeden en het algehele energieverbruik van de staalfabriek wordt bevorderd om de industriële benchmark te benaderen.

(2) Verlaag de kosten en verhoog de efficiëntie, verbeter het kernconcurrentievermogen van ondernemingen

Energiekosten vormen een belangrijk onderdeel van de productiekosten van staalbedrijven. Warmtewisselaars met warmteterugwinning uit ketels verlagen rechtstreeks de bedrijfskosten voor bedrijven door het verbruik van aangekochte brandstof en elektriciteit te verminderen, terwijl de investeringen in de exploitatie en het onderhoud van apparatuur worden verminderd, waardoor dubbele efficiëntiewinsten worden bereikt. Als we de 1800 kubieke meter hoogoven van Qinggang als voorbeeld nemen, kan met behulp van een speciale warmtewisselaar met warmteterugwinning elk jaar een extra hoeveelheid warmte worden teruggewonnen, wat overeenkomt met een besparing van 39,57 miljoen standaard kubieke meter gas. Gecombineerd met de vermindering van luchtlekkage en gasbesparingen bedragen de jaarlijkse energiebesparingsvoordelen 9,116 miljoen yuan. Na aftrek van de bedrijfskosten bedragen de aanvullende energie-besparingsvoordelen ongeveer 8,91 miljoen yuan; Een convertorwerkplaats van 120 ton maakt gebruik van een warmtewisselaar met spiraalvormige vinnen, die 12 miljoen kcal warmte per staaloven kan terugwinnen, wat overeenkomt met een besparing van 1,2 ton standaardsteenkool. De jaarlijkse stroomopwekking neemt toe met 18 miljoen kWh en de onderhoudscyclus van de apparatuur wordt teruggebracht van 4 keer per jaar naar 2 keer, waardoor de onderhoudskosten met 40% worden verlaagd. Voor grote staalbedrijven kan een compleet warmtewisselaarsysteem met warmteterugwinning de kosten jaarlijks met miljoenen of zelfs tientallen miljoenen yuan verlagen, waardoor de concurrentiepositie van het bedrijf op de markt aanzienlijk wordt vergroot.

(3) Groene koolstofreductie, die bijdraagt ​​aan de koolstofarme-transformatie van de industrie
In het kader van de ‘dual carbon’-doelstelling wordt de staalindustrie geconfronteerd met strenge eisen op het gebied van emissiereductie. Warmtewisselaars met ketelwarmteterugwinning kunnen het energieverbruik, zoals steenkool en aardgas, effectief verminderen door afvalwarmte terug te winnen in plaats van fossiele brandstoffen te verbranden, waardoor de uitstoot van verontreinigende stoffen zoals kooldioxide, zwaveldioxide en stikstofoxiden wordt verminderd. Volgens berekeningen kan voor elke 1 GJ teruggewonnen afvalwarmte ongeveer 80-100 kg CO2-uitstoot worden verminderd; Als we een staalbedrijf met een productiecapaciteit van 5 miljoen ton als voorbeeld nemen, kan met behulp van warmtewisselaars voor warmteterugwinning uit ketels jaarlijks 26.000 ton kooldioxide, 750 ton zwaveldioxide en 375 ton stikstofoxiden worden verminderd. Shiheng Special Steel recupereert afvalwarmte uit ruw steenkoolgas via een warmtewisselaar in de stijgbuis van een cokesoven, waardoor meerdere voordelen worden behaald: het verminderen van het energieverbruik van de cokesvorming en het beheersen van de uitstoot van verontreinigende stoffen. Het project voor de coproductie van gehard staal voor koolstofreductie en -fixatie vermindert de koolstofuitstoot met 300.000 ton per jaar en is door het Ministerie van Ecologie en Milieu erkend als een "typisch geval van koolstofneutraliteit"; Na de inzet van verschillende warmtewisselaars met warmteterugwinning gedurende het hele proces, verminderde een toonaangevend staalbedrijf de CO2-uitstoot jaarlijks met 850.000 ton en creëerde economische voordelen van meer dan 230 miljoen yuan, wat de lage koolstofwaarde van warmtewisselaars volledig aantoont.

Kerntypen en technische kenmerken: Geschikt voor meerdere ketelscenario's in staalfabrieken

Er zijn verschillende soorten ketels in staalfabrieken, met aanzienlijke verschillen in de kenmerken van afvalwarmte - temperaturen variërend van 100 graden C tot 1050 graden C, en complexe rookgassamenstellingen (waaronder zwavel, chloor, stof, enz.). De overeenkomstige warmtewisselaars met ketelwarmteterugwinning vertonen ook gedifferentieerde typen, waarbij de kern draait om "cascadegebruik, nauwkeurige warmte-uitwisseling", zich aanpassen aan verschillende ketelscenario's en afvalwarmtekwaliteit, een maximale benutting van afvalwarmtebronnen bereiken en pijnpunten zoals corrosie, asophoping en prestatievermindering van traditionele apparatuur oplossen.

(1) Reguliere typen warmtewisselaars en technologische voordelen

1. Intelligente temperatuurregeling met dubbele voorverwarmingswarmtewisselaar: met behulp van thermische olie als warmtemedium wordt een warmtewisselingssysteem van "rookgas thermische olie lucht/gas" geconstrueerd, bestaande uit een rookgaswarmtewisselaar, een luchtwarmtewisselaar, een gaswarmtewisselaar en een intelligent regelsysteem, voornamelijk geschikt voor het terugwinnen van rookgasafvalwarmte op lage temperatuur van een hoogovenkachel en een ketel voor het opwekken van gas. Het belangrijkste voordeel is het fundamenteel oplossen van het probleem van zuurdauwpuntcorrosie bij lage- temperaturen, het verlichten van het fenomeen van asophoping, en de levensduur van de apparatuur kan meer dan 10 jaar bedragen, wat de levensduur van traditionele platen- en warmtepijpwarmtewisselaars ruimschoots overtreft met 3-5 jaar. Onder normale bedrijfsomstandigheden kan de afvalwarmte bij de rookgasinlaattemperatuur van 280 graden worden teruggewonnen om het gas en de lucht voor te verwarmen tot een temperatuur van 190 graden; Wanneer de inlaattemperatuur van het rookgas 330 graden bedraagt, kan de voorverwarmingstemperatuur worden verhoogd tot 230 graden en kan de uitlaattemperatuur worden verlaagd tot onder de 130 graden, met een minimum van 100 graden.

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 graden) maakt gebruik van een stralingswarmteoverdrachtsmodule van het hulstype om warmte-energie over te dragen via de stralingseigenschappen van rookgas, waardoor schade door thermische spanning wordt vermeden; Wanneer de temperatuur onder de 750 graden daalt, schakelt u over naar de convectieve warmteoverdrachtsmodus. Gecombineerd met het hoge-efficiënte warmteoverdrachtsvoordeel van platenwarmtewisselaars kan de warmteoverdrachtscoëfficiënt 3500W/(m²·K) bereiken en wordt de voetafdruk van de apparatuur met meer dan 40% verkleind vergeleken met traditionele oplossingen [2]. Na de renovatie van een hoogoven van 2000 m³ in een bepaalde staalfabriek is de efficiëntie van de gasgevoelige warmteterugwinning met 22% toegenomen, waardoor jaarlijks 12.000 ton standaardkolen wordt bespaard.
3. Buizenwarmtewisselaar: een van de meest gebruikte typen. De kern bestaat uit meerdere hoge- temperatuurbestendige metalen buizen (zoals 310S roestvrij staal, Inconel-legering, enz.). Rookgas met hoge temperatuur stroomt buiten de buizenbundel en het te verwarmen medium circuleert in de buis, waardoor warmteoverdracht wordt bereikt via warmtegeleiding van de buiswand. De structuur is stevig, bestand tegen hoge temperaturen en drukken van 800-1200 graden, gemakkelijk schoon te maken en te onderhouden, en geschikt voor rookgasomgevingen met een hoog stofgehalte, zoals hoogovens en convertors in staalfabrieken. De 120 ton converter van een speciaal staalbedrijf maakt gebruik van een warmtewisselaar met spiraalvormige ribben, met een enkel warmtewisselingsoppervlak van 3200 vierkante meter. De vinnen zijn gemaakt van materiaal van een nikkel-chroomlegering met een temperatuurbestendigheid van 850 graden, zijn effectief bestand tegen corrosie bij hoge temperaturen en verlagen de rookgastemperatuur van 800 graden tot 280 graden. Het effect van de terugwinning van restwarmte is aanzienlijk.

4. Platenwarmtewisselaar: Door gebruik te maken van gegolfde metalen platen als warmtewisselaarelementen, worden er smalle kanalen gevormd tussen de platen, en stroomt het rookgas met hoge- temperatuur in omgekeerde richting met het te verwarmen medium. Het warmteoverdrachtsoppervlak is groot en het rendement is hoog, wat 10% -30% hoger is dan bij traditionele buizenwarmtewisselaars. Het compacte volume is geschikt voor scenario's met beperkte ruimte. Voor het hoge temperatuur rookgas van 650 graden in de stalen walsverwarmingsoven heeft de anti-as-platenwarmtewisselaar een speciaal plaatontwerp en is uitgerust met een automatisch asreinigingssysteem, dat de warmte van het rookgas kan gebruiken om de verbrandingslucht en het koelwater van de walserij voor te verwarmen, waardoor het brandstofverbruik van de verwarmingsoven met 10% wordt verminderd.

5. Hulpwarmtewisselaars: inclusief economizers, luchtvoorverwarmers, heatpipe-warmtewisselaars, enz., voornamelijk gebruikt voor het terugwinnen van afvalwarmte op middelhoge en lage temperatuur (temperatuur<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%.

Industrietrends en ontwikkelingsvooruitzichten
Met de bevordering van het nationale ‘Speciaal Actieplan voor Energiebehoud en Koolstofreductie in de Staalindustrie’ zal tegen eind 2025 het energieverbruik per eenheid product van hoogovens en converters in de staalindustrie met meer dan 1% worden verminderd ten opzichte van 2023, en zal het totale energieverbruik per ton staal met meer dan 2% worden verminderd. Warmtewisselaars met ketelwarmteterugwinning, als kernuitrusting voor energiebesparing en koolstofreductie, zullen een bredere ontwikkelingsruimte inluiden. Op basis van de ontwikkelingsbehoeften van de industrie en technologische innovatierichtingen zullen er in de toekomst drie belangrijke ontwikkelingstrends zijn voor warmteterugwinningswarmtewisselaars met ketels.

Een daarvan is het upgraden van technologische intelligentie, het integreren van nieuwe technologieën zoals AI, digitale tweelingen en het internet der dingen om realtime monitoring, nauwkeurige regeling en foutwaarschuwingen van de bedrijfsstatus van warmtewisselaars te bereiken, waardoor de efficiëntie van de warmtewisseling verder wordt verbeterd en de bedrijfs- en onderhoudskosten worden verlaagd; Tegelijkertijd kan de ontwikkeling van adaptieve warmtewisselaars de bedrijfsparameters automatisch aanpassen op basis van schommelingen in de temperatuur en het debiet van de afvalwarmte, en zich aanpassen aan complexe afvalwarmtescenario's in staalfabrieken.

De tweede is materiaal- en structurele innovatie, waarbij gebruik wordt gemaakt van meer geavanceerde, hoge- temperatuur- en corrosie- legeringsmaterialen, zoals INCONEL 625, 310S roestvrij staal, enz., om de stabiliteit van de warmtewisselaar te verbeteren in omgevingen met hoge temperaturen, hoge corrosie en veel stof; Optimaliseer het structurele ontwerp van warmtewisselaars, ontwikkel compacte en efficiënte warmtewisselaars, verklein de voetafdruk en verbeter het ruimtegebruik, zoals het verminderen van de voetafdruk van hoge- warmtewisselaars met mof met meer dan 40% in vergelijking met traditionele oplossingen.

De derde is de ontwikkeling van systeemintegratie, waarbij warmtewisselaars voor warmteterugwinning uit ketels worden gecombineerd met gasterugwinnings-, stoomcyclus- en energieopslagsystemen om een ​​geïntegreerd energierecyclingsysteem op te bouwen, de zelfvoorziening op energiegebied- te verbeteren en het hoofd te bieden aan schommelingen in de elektriciteitsprijzen en de risico's van de energievoorziening; Tegelijkertijd combineren we nieuwe smelttechnologieën zoals waterstofmetallurgie, optimaliseren we het ontwerp van warmtewisselaars, passen we ons aan nieuwe warmtebronstructuren aan en bevorderen we de staalindustrie om over te stappen van ‘energiebesparing en koolstofreductie’ naar ‘nul koolstofemissies’.

Bovendien zal, met de voortdurende verbetering van industriële normen, zoals de bevordering van industriële normen voor het terugwinnen van afvalwarmte uit cokesovenstijggas, de toepassing van warmtewisselaars voor ketelwarmteterugwinning meer gestandaardiseerd en gestandaardiseerd zijn, waardoor het algehele energie-efficiëntieniveau van de industrie wordt bevorderd. Volgens de nationale ijzerproductiecapaciteit van 1 miljard ton kan, als geavanceerde warmtewisselaars met ketelwarmteterugwinning volledig worden gepromoot, ongeveer 4,8 miljard yuan aan kosten worden bespaard en de CO2-uitstoot jaarlijks met 5,2 miljoen ton worden verminderd, met aanzienlijke economische en ecologische voordelen.