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梅钢1422线1号炉空气预热器改造项目
发布时间：
2022-02-21
上海梅山钢铁股份有限公司热轧厂1422mm热轧1号加热炉1993年11月投产，并于2009年完成燃烧和冷却系统技术改造，加热炉燃料为高焦混合煤气，采用常规烧嘴供热、连续燃烧控制。该加热炉是步进式加热炉，炉型为三段供热侧进侧出步进梁加热炉。加热炉自装料端至出料端沿炉长上分为预热段、加热一段、加热二段及均热段。为充分有效回收烟气余热，在烟道内设置列管式空气预热器。
加热炉基本信息
上海梅山钢铁股份有限公司热轧厂1422mm热轧1号加热炉1993年11月投产，并于2009年完成燃烧和冷却系统技术改造，加热炉燃料为高焦混合煤气，采用常规烧嘴供热、连续燃烧控制。该加热炉是步进式加热炉，炉型为三段供热侧进侧出步进梁加热炉。加热炉自装料端至出料端沿炉长上分为预热段、加热一段、加热二段及均热段。为充分有效回收烟气余热，在烟道内设置列管式空气预热器。
列管式换热器使用情况
原空气预热器为传统列管式预热器，换热效率较低，且由于列管形式换热器积灰问题严重以至于换热器效率逐年减低，直接影响到加热炉的热效率和加热炉的安全运行，提高了企业运行成本和增加了安全隐患。
原列管式空气预热器技术参数见表1。
表1 列管式空气预热器参数表
|
项 目 |
额定工况 |
最大工况 |
单 位 |
|
总空气量 |
72080 |
97520 |
Nm3/h |
|
总烟气量 |
98600 |
133400 |
Nm3/h |
|
预热器组数 |
6 |
6 |
组 |
|
每组空气量 |
12013 |
16253 |
Nm3/h |
|
每组烟气量 |
16433 |
22233 |
Nm3/h |
|
空气入口温度 |
20 |
20 |
℃ |
|
烟气入口温度 |
620 |
620 |
℃ |
|
空气出口温度 |
360 |
330 |
℃ |
|
烟气出口温度 |
420 |
390 |
℃ |
|
单组换热器换热面积 |
266.2 |
266.2 |
m2 |
|
空气阻力 |
1616 |
2654 |
Pa |
|
烟气阻力 |
58 |
110 |
Pa |
采用列管式换热器进行烟气余热回收的主要问题如下：
1)烟气余热回收效率低
原空气预热器为传统列管型式，本身换热效率较低，且材质原因要求烟气入口温度限制在较低水平，需要掺冷风给烟气降温，一方面增加了冷风风机耗电，另一方面，热损失较大。
2)积灰问题严重
原空气预热器为列管式预热器，烟气流动方向水平换热管阻挡烟气流动，结构原因积灰问题无法解决。而且，换热器构件中未安装辅助清灰装置，设备运行过程中，换热效率逐年衰减，一般运行超过6个月空气余热温度明显下降。
3)煤气超温报警
在实际生产过程中，1号加热炉空气预热温度较低，出空气预热器的烟气温度偏高，即使采用开启稀释风机向烟道掺冷风的方法降温，其后的煤气预热器的煤气预热温度也时常达到320℃以上，发生超温报警(煤气超温报警温度为320℃)。这样既增加了稀释风机的开启频率，增加了电耗，又不能充分利用烟气余热，还具有较大的安全运行隐患。
板式换热器的基本特点
板式换热器是以特殊强化传热板型作为换热面，在烟气和空气流动过程中形成湍流，从而破坏换热面表面边界层[9]，有效的强化了传热。
新型高效板式换热器技术特点如下：
1)使用温度高，采用不锈钢材质时，使用温度可达1100℃以上;
2)结构紧凑度高，占地面积仅为列管式换热器1/3左右，特别适用于步进加热炉隧道有限空间布置要求。
3)传热效率比列管式的提高近1倍，而压降增加并不明显。金属耗量低，在同等热负荷的前提下，金属耗量仅为列管式的1/3左右。
4)由于板式空气预热器的板片表面接近于镜面，且与烟气流动方向一致，因此不易积灰，即便少量积灰也可以采用清洗或者超声波吹灰方式除灰。
5)由于板式空气预热器材质均为不锈钢，使用寿命大为延长。
改造后的节能效果
对梅山钢铁1422线1号炉更换新型高效板式换热器后的节能效果进行记录，节能情况如下表2。
表2 改造前后吨钢消耗标煤记录
|
|
阶段 |
吨钢消耗标煤量(kgce/t) |
节能率 |
|
改造前 （列管式换热器） |
基准期 |
51.61 |
|
|
改造后 （板式换热器） |
2020.2 |
47.18 |
10.64% |
|
2020.3 |
49.84 |
4.22% |
|
|
2020.4 |
48.84 |
6.76% |
|
|
2020.5 |
49.35 |
5.55% |
|
|
2020.6 |
47.41 |
10.26% |
|
|
2020.7 |
47.22 |
10.06% |
由表中可以看出由列管式换热器更换高效板式换热器后，加热炉轧钢线上每生产一吨钢可以节约2-4千克标准煤，减小了热轧线上的煤气消耗量，大幅减少碳排放。
经济可行性分析
根据加热炉列管式空预器使用经验可知，由于换热器表面积灰和金属表面碳化的因素影响，列管式换热器在使用初期1-3年内的空气预热效果会快速下降，然后趋于稳定。新型高效板式换热器在5年内性能不衰减，8年内空气预热温度降低温度小于30℃。
结合1422线1号炉换热器改造情况分析，对冶金加热炉使用新型高效板式换热器代替列管式换热器的节能经济效益进行分析，结果如下表3。
表3 高效板式换热器经济性分析
|
时间 |
列管式换热器℃ |
高效板式换热器℃ |
节省煤气量万Nm3 |
节能效益万元 |
|
第一年 |
470 |
530 |
881.0 |
370 |
|
第二年 |
450 |
530 |
1173.8 |
493 |
|
第三年 |
430 |
530 |
1466.7 |
616 |
|
第四年 |
410 |
530 |
1761.9 |
740 |
|
第五年 |
400 |
530 |
1907.1 |
801 |
|
第六年 |
400 |
500 |
1435.7 |
603 |
|
第七年 |
400 |
500 |
1435.7 |
603 |
|
第八年 |
400 |
500 |
1435.7 |
603 |
由表3可以看出，1422线1号加热炉在分别安装高效板式换热器和列管式换热器后，新型高效板式换热器的烟气余热回收效果要超出普通列管式换热器，并且随着列管式换热器换热效率的逐年降低，节能效益前五年会逐年增加，到第五年使用高效板式换热器会比列管式换热器多创造节能收益801万元，大幅度的降低钢企煤气消耗成本
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