導讀：余熱余能技術是一項重要資源綜合利用技術，其對于節約資源、改善環境狀況、提高經濟效益，實現資源的循環優化配置和可持續發展具有重要的意義，其中鋼鐵企業電爐余熱回收技術研究近年來備受行業關注。2011年貴陽鋼廠康斯迪電爐成功進行了煙氣余熱回收系統的改造。
某鋼廠電爐2000年建成投產，2005年經過工藝改造，入爐鐵水比例由過去的15％提高到90％左右，電爐產能由每年60萬t擴大到110萬t。電爐在冶煉鋼水的同時，產生約200000m3／h電爐高溫煙氣，攜帶大量余熱資源。除少量煙氣余熱通過預熱廢鋼的方式得到利用外，仍有350～800℃的煙氣經過燃燒沉降室后，通過直接水冷方式進行冷卻，將煙氣溫度降至300℃以下；降溫后的煙氣與來自屋頂大罩的低溫煙氣混合，使煙氣溫度繼續降到180℃以下；同時在進高溫布袋除塵器前段的煙氣總管上設有事故混風閥，在煙氣超溫時及時開啟繼續降低煙氣溫度，以保護布袋除塵器的運行安全。滿足溫度要求的煙氣最后進入布袋式除塵器中凈化后經引風機送入煙囪排放。現有電爐煙氣冷卻方式不僅導致大量電爐煙氣余熱資源浪費，同時冷卻系統新增電力消耗，導致能源浪費。
另外，國內鋼鐵企業為進一步降低電爐煉鋼成本，電爐工序普遍出現鐵水兌廢鋼冶煉模式，且鐵水比例可高達70％左右，呈現電爐設備“轉爐化”的趨勢。隨著電爐入爐鐵水比例增加，所產生的煙氣溫度、流量及含塵量相對原來設計負荷有很大變化，原有除塵系統基本滿負荷甚至超負荷運行，增加了環保達標排放的難題。
1、技術改造方案分析
1.1存在問題分析
電爐生產工藝的特點決定了煙氣溫度和流量均具有較大的周期波動性，同時電爐煙氣含塵特點對后續余熱回收設備的布置和結構形式的要求很高。一方面吹氧冶煉期間煙氣流量大、溫度最高，此時煙氣對余熱鍋爐的換熱管束的熱沖擊和磨損沖刷最大，鍋爐的結構形式要適應由于煙氣的波動所帶來的熱應力的影響。另一方面出鋼期間煙氣溫度低、流量最小，煙氣流速降低，鍋爐受熱面積灰趨勢越來越嚴重，影響了下一個煉鋼周期鍋爐傳熱效率，排煙溫度就會逐漸上升，繼而影響了后續除塵設備的運行。因此鍋爐的選型和針對性的設計尤為重要。
同時，由于電爐冶煉條件與最初設計條件已發生很大變化，因此煙氣量、含塵量及煙氣溫度與設計參數已大為不同，此方面需要對相關參數進行理論分析和測試驗證分析。
1.2主要技術方案內容
根據電爐的工藝特點、現場空間場地的擺放、煙氣系統阻力以及灰分等的綜合考量，經過反復設計比較，最終選擇采用輻射水冷沉降除塵與對流換熱相結合的技術方案，主要設備包括水冷沉降室、高溫蒸發器、過熱器、中低溫蒸發器、省煤器、加熱器及相關系統。
（1）煙氣余熱回收系統設置
首先在現有的二燃室出口前方設計一組輻射水壁沉降段，后續經過90°轉角后在原有煙氣管線下方設計一組對流換熱段。在第一組受熱面中采用輻射水冷壁組件可將通過二燃室出來的高溫煙氣的溫度進行初步整合，同時降低煙氣流速來完成煙氣中大的粉塵顆粒的初步沉降，以減輕后續鍋爐和除塵裝置的負荷，同時將煙氣中未充分燃燒的煤氣在沉降室繼續反應燃燒徹底，以避免給后續設備或裝置帶來爆炸破壞影響，起到對高溫煙氣削峰的作用。
煙氣經水冷沉降室后進入余熱鍋爐，余熱鍋爐本體根據現場實際情況，采用臥式布置，高溫煙氣依次經過高溫蒸發器、過熱器、中低溫蒸發器、省煤器、換熱器（耐低溫露點腐蝕），最后排出的煙氣再經除塵器凈化后排往大氣。
（2）帶蓄熱器的蒸汽回收系統
由于電爐為周期性間斷吹煉，因此在蒸汽系統中增設了2臺蓄熱器，其作用是將余熱鍋爐產生的周期性波動的蒸汽，通過蓄熱器的調節，能連續而穩定地向外供汽，使蒸汽得到最大限度的回收和利用。
通過余熱鍋爐可產生1暢6MPa飽和蒸汽，經蓄熱器后，供給出1暢1MPa飽和蒸汽回至鍋爐本體的過熱器實現基本穩定輸出，蒸汽經過熱后可達到260～350℃并入主蒸汽管網。
2、改造節能效果分析
（1）余熱回收效益分析
電爐煙氣按200000m3／h、500℃來計算校核，通過余熱鍋爐，可平均回收產生1暢0MPa、250℃的蒸汽約25t／h，年回收約20萬t，節約能250℃的蒸汽約25t／h，年回收約20萬t，節約能源2萬tce，可為企業創造可觀的經濟效益。
（2）降低原有冷卻系統能耗
增設一套余熱回收裝置回收煙氣余熱，可以停用原有水冷方式，使煙氣溫度降至合理的煙溫后再進行排空，降低了冷卻水的消耗。
（3）降低煙氣除塵系統煙氣處理量余熱鍋爐后煙氣的溫度可降低到200℃以下，使得后續從屋頂大罩中引入的混風量也減少，除塵系統需要處理的煙氣量相應減少。
3、結論
（1）該余熱回收改造方案技術可行，系統設計布置合理。
（2）改造后可大大降低煉鋼的運行成本，降低能耗指標，經計算改造后電爐的噸鋼單位能耗可下降18.32kgce，改造完成后每年可節約2萬tce。
（3）通過改造可徹底解決電爐存在的除塵問題，滿足國家環保要求。
（4）回收利用廢氣中的余熱產生蒸汽回用于生產，代替部分燃氣鍋爐生產蒸汽，降低鋼廠CO2、SO2、NOx排放量，達到了節能減排目的。
某鋼廠電爐2000年建成投產，2005年經過工藝改造，入爐鐵水比例由過去的15％提高到90％左右，電爐產能由每年60萬t擴大到110萬t。電爐在冶煉鋼水的同時，產生約200000m3／h電爐高溫煙氣，攜帶大量余熱資源。除少量煙氣余熱通過預熱廢鋼的方式得到利用外，仍有350～800℃的煙氣經過燃燒沉降室后，通過直接水冷方式進行冷卻，將煙氣溫度降至300℃以下；降溫后的煙氣與來自屋頂大罩的低溫煙氣混合，使煙氣溫度繼續降到180℃以下；同時在進高溫布袋除塵器前段的煙氣總管上設有事故混風閥，在煙氣超溫時及時開啟繼續降低煙氣溫度，以保護布袋除塵器的運行安全。滿足溫度要求的煙氣最后進入布袋式除塵器中凈化后經引風機送入煙囪排放。現有電爐煙氣冷卻方式不僅導致大量電爐煙氣余熱資源浪費，同時冷卻系統新增電力消耗，導致能源浪費。
另外，國內鋼鐵企業為進一步降低電爐煉鋼成本，電爐工序普遍出現鐵水兌廢鋼冶煉模式，且鐵水比例可高達70％左右，呈現電爐設備“轉爐化”的趨勢。隨著電爐入爐鐵水比例增加，所產生的煙氣溫度、流量及含塵量相對原來設計負荷有很大變化，原有除塵系統基本滿負荷甚至超負荷運行，增加了環保達標排放的難題。
1、技術改造方案分析
1.1存在問題分析
電爐生產工藝的特點決定了煙氣溫度和流量均具有較大的周期波動性，同時電爐煙氣含塵特點對后續余熱回收設備的布置和結構形式的要求很高。一方面吹氧冶煉期間煙氣流量大、溫度最高，此時煙氣對余熱鍋爐的換熱管束的熱沖擊和磨損沖刷最大，鍋爐的結構形式要適應由于煙氣的波動所帶來的熱應力的影響。另一方面出鋼期間煙氣溫度低、流量最小，煙氣流速降低，鍋爐受熱面積灰趨勢越來越嚴重，影響了下一個煉鋼周期鍋爐傳熱效率，排煙溫度就會逐漸上升，繼而影響了后續除塵設備的運行。因此鍋爐的選型和針對性的設計尤為重要。
同時，由于電爐冶煉條件與最初設計條件已發生很大變化，因此煙氣量、含塵量及煙氣溫度與設計參數已大為不同，此方面需要對相關參數進行理論分析和測試驗證分析。
1.2主要技術方案內容
根據電爐的工藝特點、現場空間場地的擺放、煙氣系統阻力以及灰分等的綜合考量，經過反復設計比較，最終選擇采用輻射水冷沉降除塵與對流換熱相結合的技術方案，主要設備包括水冷沉降室、高溫蒸發器、過熱器、中低溫蒸發器、省煤器、加熱器及相關系統。
（1）煙氣余熱回收系統設置
首先在現有的二燃室出口前方設計一組輻射水壁沉降段，后續經過90°轉角后在原有煙氣管線下方設計一組對流換熱段。在第一組受熱面中采用輻射水冷壁組件可將通過二燃室出來的高溫煙氣的溫度進行初步整合，同時降低煙氣流速來完成煙氣中大的粉塵顆粒的初步沉降，以減輕后續鍋爐和除塵裝置的負荷，同時將煙氣中未充分燃燒的煤氣在沉降室繼續反應燃燒徹底，以避免給后續設備或裝置帶來爆炸破壞影響，起到對高溫煙氣削峰的作用。
煙氣經水冷沉降室后進入余熱鍋爐，余熱鍋爐本體根據現場實際情況，采用臥式布置，高溫煙氣依次經過高溫蒸發器、過熱器、中低溫蒸發器、省煤器、換熱器（耐低溫露點腐蝕），最后排出的煙氣再經除塵器凈化后排往大氣。
（2）帶蓄熱器的蒸汽回收系統
由于電爐為周期性間斷吹煉，因此在蒸汽系統中增設了2臺蓄熱器，其作用是將余熱鍋爐產生的周期性波動的蒸汽，通過蓄熱器的調節，能連續而穩定地向外供汽，使蒸汽得到最大限度的回收和利用。
通過余熱鍋爐可產生1暢6MPa飽和蒸汽，經蓄熱器后，供給出1暢1MPa飽和蒸汽回至鍋爐本體的過熱器實現基本穩定輸出，蒸汽經過熱后可達到260～350℃并入主蒸汽管網。
2、改造節能效果分析
（1）余熱回收效益分析
電爐煙氣按200000m3／h、500℃來計算校核，通過余熱鍋爐，可平均回收產生1暢0MPa、250℃的蒸汽約25t／h，年回收約20萬t，節約能250℃的蒸汽約25t／h，年回收約20萬t，節約能源2萬tce，可為企業創造可觀的經濟效益。
（2）降低原有冷卻系統能耗
增設一套余熱回收裝置回收煙氣余熱，可以停用原有水冷方式，使煙氣溫度降至合理的煙溫后再進行排空，降低了冷卻水的消耗。
（3）降低煙氣除塵系統煙氣處理量余熱鍋爐后煙氣的溫度可降低到200℃以下，使得后續從屋頂大罩中引入的混風量也減少，除塵系統需要處理的煙氣量相應減少。
3、結論
（1）該余熱回收改造方案技術可行，系統設計布置合理。
（2）改造后可大大降低煉鋼的運行成本，降低能耗指標，經計算改造后電爐的噸鋼單位能耗可下降18.32kgce，改造完成后每年可節約2萬tce。
（3）通過改造可徹底解決電爐存在的除塵問題，滿足國家環保要求。
（4）回收利用廢氣中的余熱產生蒸汽回用于生產，代替部分燃氣鍋爐生產蒸汽，降低鋼廠CO2、SO2、NOx排放量，達到了節能減排目的。
