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冷軋硅鋼廠退火爐煙氣余熱回收利用

  
評(píng)論: 更新日期:2020年03月05日

我國(guó)的工業(yè)爐窯是能源消耗大戶,其能耗約占全國(guó)總能耗的21%。我國(guó)爐窯的平均熱效率僅為30%左右,先進(jìn)國(guó)家一般在50%以上,產(chǎn)生如此差距的主要原因之一就是我國(guó)對(duì)余熱的回收和利用不夠,熱損失占供給熱量的30%~60%。

冷軋硅鋼生產(chǎn)存在大量的退火爐,其余熱利用方式主要為直接助燃空氣和預(yù)熱帶鋼(即一次利用),而經(jīng)過一次利用后的煙氣溫度約350℃,還有大量的熱量可繼續(xù)回收利用(即二次利用),但硅鋼連退機(jī)組中大部分沒有進(jìn)行余熱二次利用,而是將這部分煙氣吸入冷風(fēng)降溫后排放,只有少數(shù)機(jī)組將余熱資源二次利用,加熱熱風(fēng)干燥器所需熱空氣。由于可回收余熱熱源多,單個(gè)熱源量并不大,目前,對(duì)二次余熱利用僅限于單個(gè)機(jī)組或者單熱源—單用戶的形式,余熱還沒有得到充分利用。可見,硅鋼廠節(jié)能降耗還有很大的提升空間。

目前,煙氣余熱利用方式較多,若采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)利用,則能源匹配存在差異,余熱利用不充分,且設(shè)備換熱類型多樣導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜。選擇過熱水作為中間換熱介質(zhì),將全廠煙氣余熱通過氣—水換熱器加熱生產(chǎn)過熱水,再通過過熱水向用戶供熱,由于過熱水良好的換熱和傳輸特質(zhì),可實(shí)現(xiàn)余熱的最大化利用。同時(shí),該系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單、投資小,若熱量供應(yīng)不足,還可利用蒸汽補(bǔ)充熱量,生產(chǎn)穩(wěn)定、波動(dòng)小,能適應(yīng)停機(jī)或者生產(chǎn)波動(dòng)的影響。

余熱回收方法各有利弊

余熱回收的原則是根據(jù)余熱資源的數(shù)量和品位以及用戶的需求,盡量做到能級(jí)的匹配,在符合技術(shù)經(jīng)濟(jì)原則的條件下,選擇適宜的系統(tǒng)和設(shè)備,使余熱發(fā)揮最大的效果。目前,冷軋硅鋼廠對(duì)各工序余熱資源的回收主要有直接回收、間接回收、綜合回收和余熱制冷等方式。這些回收方法可以單獨(dú)使用,也可以綜合使用,以充分利用煙氣資源。

直接回收余熱進(jìn)行空氣、原料預(yù)熱和干燥。余熱直接回收利用是將需要加熱的氣體或液體通過換熱器與高溫?zé)煔庵苯舆M(jìn)行熱量交換,經(jīng)過加熱的氣體或者液體可滿足機(jī)組生產(chǎn)的需要,如熱空氣用于帶鋼干燥,熱水用于帶鋼清洗等。

為了不影響爐內(nèi)氣氛和壓力,一般采用低壓熱交換器。其最大的優(yōu)點(diǎn)是熱交換系統(tǒng)壓力低,維護(hù)方便,沒有安全隱患;缺點(diǎn)是熱回收效率低,投資比較大。

以連退機(jī)組(CAPL)熱回收系統(tǒng)為例,煙氣經(jīng)過該回收系統(tǒng),熱能被回收約10%,產(chǎn)生熱水或者熱空氣供在線設(shè)備使用,基本能滿足供熱風(fēng)干燥或者清洗段的熱量需要。因廢氣風(fēng)機(jī)的極限耐熱溫度為400℃,為確保廢氣風(fēng)機(jī)正常工作,系統(tǒng)設(shè)置了吸冷風(fēng)口對(duì)熱風(fēng)降溫。但是當(dāng)機(jī)組產(chǎn)能較大時(shí),煙氣溫度很高,相應(yīng)產(chǎn)生的熱水或者熱空氣增加,若大于本機(jī)組用戶的需要,則多余的熱介質(zhì)就只有排放掉,造成資源浪費(fèi)。直接回收余熱的方式不能適應(yīng)生產(chǎn)波動(dòng)導(dǎo)致的煙氣參數(shù)的波動(dòng)。

直接熱交換方式的系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠,但氣-氣換熱器體型龐大,相對(duì)價(jià)格也高。同時(shí),退火爐的余熱源同熱風(fēng)干燥設(shè)施不能太遠(yuǎn),否則,大型送熱風(fēng)氣管會(huì)占用大量空間,熱損失也必將增大。

間接回收余熱產(chǎn)生蒸汽。采用余熱鍋爐回收余熱生產(chǎn)蒸汽,供工藝流程使用,加熱介質(zhì)為空氣或者水,也是一種常用的余熱利用方式。大多數(shù)企業(yè)采用的余熱鍋爐,進(jìn)口溫度平均在500℃~700℃,出口溫度一般在250℃~300℃,煙氣余熱的回收率為50%左右。

采用余熱鍋爐回收余熱效果最好,工作穩(wěn)定,效率較高,熱回收率也較高,其終產(chǎn)品(蒸汽)容易實(shí)現(xiàn)全廠區(qū)域的生產(chǎn)調(diào)度平衡。當(dāng)生產(chǎn)線的蒸汽消耗量低于系統(tǒng)產(chǎn)生量時(shí),富裕的蒸汽將補(bǔ)充到車間蒸汽管網(wǎng)中,因此不存在產(chǎn)能高造成熱回收不充分的問題。余熱鍋爐的生產(chǎn)能力隨著退火爐處理能力的降低而降低。采用余熱鍋爐回收系統(tǒng),熱能回收率可以達(dá)到14%。

但是余熱鍋爐的投資比較大,屬于壓力容器,每年要對(duì)安全閥校驗(yàn),要定期探傷檢查等,維修費(fèi)用也相對(duì)多一些。

承壓熱水綜合回收余熱。退火爐采用承壓熱水的余熱回收系統(tǒng),其主要設(shè)備是承壓熱水系統(tǒng)。承壓熱水系統(tǒng)是一個(gè)封閉的高壓循環(huán)系統(tǒng),系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力為1.2兆帕,采用煙氣余熱對(duì)高壓力的水進(jìn)行熱交換,循環(huán)水熱交換后水溫為140℃,由于管道壓力比較高,該承壓熱水不會(huì)形成蒸汽。承壓熱水通過熱交換器,用于清洗段的熱水漂洗,加熱空氣用于熱風(fēng)干燥器。

這種回收煙氣熱能的方法與余熱鍋爐相似,但設(shè)備結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,投資也小,維護(hù)起來(lái)相對(duì)容易一些。承壓熱水系統(tǒng)是一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng),如果沒有泄漏,不用經(jīng)常補(bǔ)水。而余熱鍋爐為了產(chǎn)生蒸汽實(shí)際上還要消耗很多純水,因此承壓熱水系統(tǒng)安全與便利性比余熱鍋爐要好。

余熱制冷系統(tǒng)。與采用傳統(tǒng)電力空調(diào)制冷相比,吸收式制冷技術(shù)可以充分利用各種余熱、廢熱資源,達(dá)到節(jié)能降耗的目的。吸收式制冷系統(tǒng)也適合中低溫余熱煙氣利用。

余熱吸收式制冷系統(tǒng)將溴化鋰溶液作為吸收劑,水作為制冷劑,蒸發(fā)器內(nèi)水溶液吸收空調(diào)冷凍水熱量后,蒸發(fā)成水蒸氣進(jìn)入吸收器;吸收器內(nèi)溴化鋰濃溶液吸收水蒸氣,稀釋后送入發(fā)生器;發(fā)生器內(nèi)溴化鋰稀溶液在余熱廢氣的作用下,蒸發(fā)出水蒸氣,溶液變濃,流入吸收器,完成再生循環(huán);水蒸氣進(jìn)入冷凝器;冷凝器內(nèi)水蒸氣在冷卻水作用下,冷凝為液態(tài),進(jìn)入蒸發(fā)器,完成制冷循環(huán)。

余熱制冷系統(tǒng)投資高,國(guó)內(nèi)沒有專用于煙氣余熱使用的溴化鋰制冷機(jī),對(duì)溴化鋰制冷機(jī)的再生部分(發(fā)生器)熱管需要重新設(shè)計(jì),這也制約了其發(fā)展。

因地制宜 擇優(yōu)選取

冷軋硅鋼生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng),以取向硅鋼生產(chǎn)工序?yàn)槔?,包括?;嵯?、冷軋、中間退火—涂MgO、高溫退火、熱拉伸平整—涂絕緣層等工序,其中常化酸洗、中間退火、高溫退火和熱拉伸平整—涂絕緣層工序都包含有退火爐。由于加熱方式和目的不同,退火爐存在多個(gè)爐段,因此,存在多個(gè)煙氣排放點(diǎn)。另外,每一個(gè)煙氣排放點(diǎn)排放的廢氣量和溫度都不一樣,因此潛在可換的熱值不一樣。產(chǎn)品規(guī)格、生產(chǎn)節(jié)奏的改變或者停機(jī)維護(hù)時(shí),余熱煙氣量和溫度也會(huì)發(fā)生波動(dòng)。可見冷軋硅鋼可用煙氣余熱熱源數(shù)量多,熱源分布較為分散,且熱源可回收利用熱量會(huì)發(fā)生波動(dòng)。

而煙氣余熱用戶對(duì)熱源的提供方式也存在不同的要求,如熱風(fēng)干燥器適合直接進(jìn)行氣—?dú)鈸Q熱;清洗段加熱液體介質(zhì)由于循環(huán)罐體小、換熱裝置龐大,不適合直接換熱;電氣室需要制冷……可見,退火爐余熱用戶不僅分布分散,而且對(duì)余熱需要的供熱方式也多樣化。

要對(duì)硅鋼廠退火爐煙氣余熱資源進(jìn)行綜合回收利用,必須兼顧熱源和用戶的特征,找到換熱效率高、介質(zhì)傳輸過程損失小、對(duì)不同用戶具有普適性的換熱方法。綜合考慮,采用承壓熱水作為中間介質(zhì)對(duì)用戶進(jìn)行加熱的方案對(duì)煙氣余熱綜合回收利用最可行。承壓熱水裝置既避免了蒸汽余熱回收系統(tǒng)使用余熱鍋爐維護(hù)成本高的問題,又避免了直接換熱設(shè)備龐大、換熱效率不高、傳輸過程熱量損失大的問題。

單個(gè)熱源點(diǎn)和單個(gè)用戶很難做到能級(jí)完全匹配,若采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式,則可能導(dǎo)致余熱利用不充分或者不能完全滿足用戶需要,同時(shí),每個(gè)系統(tǒng)需要增加額外的補(bǔ)充水系統(tǒng)和蒸汽加熱裝置,會(huì)使投資增大。因此,將全廠煙氣余熱換熱制取承壓熱水后收集起來(lái),然后供全廠用戶使用是較好的利用方案?;谌珡S的煙氣余熱利用可做到余熱資源的最大化利用,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,易于控制調(diào)度,同時(shí)投資和運(yùn)行成本易于控制。

退火爐煙氣余熱系統(tǒng)中的過熱水循環(huán)水泵將熱水儲(chǔ)存罐中的140℃的熱水輸送到余熱用戶(熱風(fēng)干燥器、清洗段、電氣室制冷機(jī)等)進(jìn)行換熱,實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣或者堿液等的加熱,過熱水溫度降為90℃。為了方便全廠調(diào)度和適應(yīng)用戶對(duì)熱量需求的變化,每個(gè)用戶點(diǎn)設(shè)置控制閥門,可控制用戶支路的過水量,各支路的水量之和為過熱水循環(huán)泵的輸水量。

降溫后的熱水匯總到干路后,輸送到熱源端承壓熱水換熱器,將降溫的熱水重新加熱到140℃,每個(gè)換熱點(diǎn)前設(shè)置控制閥門,根據(jù)余熱熱量來(lái)控制過水量,避免生產(chǎn)能力不足造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。當(dāng)機(jī)組生產(chǎn)能力大,余熱資源量大時(shí),從用戶端承壓熱水—?dú)?液換熱器出來(lái)的冷水小于熱源端煙氣—水換熱器可加熱量,熱源端可直接排放或吸冷風(fēng)降溫后排放部分煙氣。

為了防止煙氣工藝不足,管路設(shè)置蒸汽加熱裝置,防止熱水在循環(huán)過程中發(fā)生熱損失導(dǎo)致的降溫,也可以防止因煙氣提供的熱量小不能滿足全廠用戶要求的情況發(fā)生。由于熱水會(huì)發(fā)生地漏現(xiàn)象,因此,設(shè)置脫鹽水補(bǔ)充裝置,根據(jù)儲(chǔ)存罐內(nèi)水位自動(dòng)補(bǔ)充脫鹽水。由于過熱水生產(chǎn)裝置存在一定的壓力,因此,需要設(shè)置壓力控制單位控制系統(tǒng)壓力。

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