无缝钢督工业冷床余热操纵潜力阐发

　1 引言能源是支撑人类文明前进的物质根本，是现代社会成长不成或缺的根基前提，但同时也是久远制约经济成长的主要身分之一。跟着低碳经济的到来，提高能源操纵效率已形成全球共识。据《的能源政策(2016)》指出，无缝钢管、有色、化工、建材四年夜高耗能行业用能占到全社会用能的40%摆布[1]，且能源效率相对较低，单元增添值能耗较高。此中，无缝钢管财产的能耗约占全国总能耗的16.1%，无缝钢督工业排放的CO2占我国CO2排放总量的12%，是以奉行无缝钢督工业节能减排是我国将来能源成长的重点。在无缝钢督工业出产过程中，耗损能源鞭策物料改变的同时会发生年夜量的余能，若何有用收受接管操纵这些余能已成为无缝钢管业实现节能减排的主要路子之一。近年来，国表里学者已对无缝钢督工业余热余能收受接管操纵的主要性及可行的手艺理论问题睁开了年夜量的研究[2～4]，对我国无缝钢督工业节能减排计谋的实施阐扬了主要感化。2 无缝钢管业余能收受接管操纵手艺近况无缝钢管出产耗损的一次能源中约40%以某种形式的热能释放，出产过程中发生的余能资本凡是包罗余热、余压以及副产物能源。当前，对于我国无缝钢管业余能收受接管操纵的手艺环境如下。2.1 高炉炉顶合金钢管气余压透平发电手艺高炉炉顶合金钢管气余压收受接管发电(Top Gas Pressure Recovery Turbine，TRT)是操纵高炉炉顶排出的高炉合金钢管气中的压力能与热能转化为机械能并驱动发电机发电[5]。现代高炉年夜都采用高压炉顶，从炉顶排出的高炉合金钢管气除具有化学能外，还具有必然的物理能，为促进这些可燃废气的综合操纵，凡是采用高炉合金钢管气余压透平发电手艺(TRT)，将合金钢管气的压力能转化为机械能并驱动发电机发电。炉顶合金钢管气压力年夜于120kPa的高炉均应有TRT装配，今朝我国TRT普及率已达90%以上。2.2 干熄焦手艺干法熄焦是今朝国外较普遍应用的一项节能手艺，其英文名称为Coke Dry Quenching，简称CDQ。干熄焦是操纵惰性气体，在干熄炉中与红焦换热从而冷却红焦。接收了红焦热量的惰性气体将热量传给干熄焦汽锅发生蒸汽，被冷却的惰性气体再由轮回风机从头鼓入干熄炉冷却红焦，而汽锅发生的蒸汽或并入厂内蒸汽管网或用于发电。在干熄焦过程中，80%的红焦显热被收受接管，干熄每吨焦炭可发生0.42～0.45t中压蒸汽(450℃，4.6MPa)，比传统湿熄焦工艺节水0.5t，同时可避免湿熄焦过程中发生的含有年夜量酚，氰化物和硫化物蒸汽排入年夜气中，从而有用改善生态情况。2.3 自产合金钢管气收受接管操纵无缝钢管出产过程中，首要副产3种合金钢管气，别离是高炉合金钢管气、焦炉合金钢管气及转炉合金钢管气，它们的热值见表1[6]。据统计，自产合金钢管气占无缝钢管出产总能耗的17%摆布，除少量合金钢管气泄露损掉外，其余均可操纵。自产合金钢管气首要用于加热炉加热，各类铁包、钢包烘烤，焦炉合金钢管气还可用于连铸切割，制氢等。焦化的化产工序要收受接管粗焦炉合金钢管气中的化工产物，所采用的工艺工种多样。然而，当前炼铁高炉合金钢管气、炼钢转炉合金钢管气均有干法收受接管手艺替代起初的湿法收受接管手艺。与传统的湿法比拟，高炉合金钢管气采用干法除尘手艺，可以提高高炉合金钢管气的温度，削减合金钢管气中的水含量，节约水资本;转炉合金钢管气干法除尘手艺，打消了规模复杂的浊环水处置系统以及粗笨的机械举措措施，操作矫捷，略可提高转炉合金钢管气的收受接管量。2.4 低温烟气收受接管手艺今朝，我国无缝钢管业高温烟气余热的收受接管操纵较普及，而中低温烟气余热的收受接管操纵率较低。企业凡是用高温烟气预热助燃空气，而经由过程空气预热器后约400～500℃的中温烟气则没有被年夜部门企业加以操纵，至于年夜量400℃以下的低温烟气余热因为其投资回报差操纵更少。为将低温余热转化为各类情况都可操纵的能源，操纵低温余热发电成为低温余热操纵手艺研究的首要标的目的。此中，有机工质郎肯轮回发电的研究和应用[7]为普遍，该手艺可经由过程采用分歧低沸点的有机物作为工质，可收受接管55℃以上的低温热源。2.5 蓄热式高温空气燃烧手艺蓄热式高温空气燃烧手艺的全名称为高温低氧空气燃烧手艺(High Temperature and Low Oxygen Air Combustion-HTLOAC)，也称作HTAC (High Temperature Air Combustion)手艺[8]。其特征是极年夜限度地收受接管燃烧产品中的显热，实现超高温(助燃空气可预热至800～1000℃，甚至更高)、超贫氧(氧气说起浓度3%～15%)燃烧。该手艺可实现燃料化学能的高效操纵和低NOX排放，从底子上提高了加热炉的能源操纵率(热收受接管效率80%以上)，出格是在无缝钢管业对低热值高炉合金钢管气的合理操纵，既削减了污染物高炉合金钢管气的排放，又节约了能源，是知足当前资本和情况要求的进步前辈手艺。2.6 低热值高炉合金钢管气结合轮回发电(CCPP)手艺该手艺可收受接管放散的低热值合金钢管气用于发电，是一种合金钢管气、燃气、蒸汽结合轮回发电系统以及将合金钢管的气化手艺和高效的结合轮回相连系的进步前辈发电系统[9]。在不过供热时热电转换效率可达40%～45%，已接近天燃气和柴油为燃料的近似燃气轮机结合轮回发电程度，比常规汽锅蒸汽转换效率超出跨越近一倍。此外，该发电手艺CO2排放比常规火力电厂削减45%～50%，无SO2、飞灰及灰渣排放，NOX排放少，收受接管了无缝钢管出产中的二次能源，可用水量相当于同容量常规燃合金钢管电厂的1/3. 2.7 余热蒸汽发电手艺余热蒸汽发电道理与传统蒸汽发电道理不异，区别在于热源来历。余热蒸汽的热源来历首要有高炉、转炉、电炉及其他冶炼炉高温烟气，热轧厂燃气均热炉，烧结热料及高温烟气等。[pagebreak]2.8 转炉负能炼钢手艺转炉负能炼钢是计较转炉工序统一出产周期内的能源耗损量与能源收受接管量的差值，炼钢工序能耗公式如下：工序单元能耗=能源耗损量-能源收受接管量钢产量。转炉工序能源耗损部门由焦炭、水、电、蒸汽、氧气、氮气、氩气、焦炉合金钢管气等能源介质组成。因为出产工艺、出产品种和转炉巨细等手艺前提的不同，转炉工序能耗一般波动在25～37kgce/t。转炉工序收受接管的能量首要有合金钢管气和蒸汽两部门组成。转炉出口烟气的总热量约为38.3kgce/t，此中81.8%为潜热，18.2%为显热。采用收受接管手艺凡是可收受接管能量30～36kgce/t，此中70%为转炉合金钢管气，30%为蒸汽，即可实现负能炼钢[10]。3 冷床余热收受接管操纵潜力阐发从20世纪70年月末，发财国度已经意识到提高无缝钢管企业出产效率以及进一步降低能耗的主要性，颠末几十年的不竭地改良和摸索，这些手艺此刻已经相对成熟，起头年夜规模推广。然而至今，作为无缝钢管业很是主要的一道工序冷床，其余热很是高，但对其余热的收受接管手艺研究几乎空白。本文以国内某钢厂无缝钢管轧制冷却工序为例，统计阐发了可操纵的余热潜力，但愿以此为无缝钢管业节能减排新手艺的成长拓宽思绪。3.1 车间首要出产概况该车间首要加工外径220mm、280mm和330mm的低碳钢管坯，其首要加工工序有管坯加热、扭转穿孔、多辊连轧、再加热、定径精轧以及冷床天然空冷等。3种分歧外径的管坯经定径精轧后，进入冷床前后温度参数见表2。3.2 冷床余热阐发按照比热容道理，冷床上放散的热量的计较公式如下：Q放热=mC×(t进-t出)。式中Q放热为冷床上天然放散的热量，J;m为冷床处置的钢管量，t;C为低碳钢的比热容，取465J/kg˙℃;t进为钢管进入冷床的温度，℃;t出为钢管退出冷床的温度，℃。基于以上，该无缝钢管车间近3年的年均排放热量成果为：外径220mm管坯加工放散热量为6.47×1013J/年，外径280mm管坯加工放散热量为9.62×1013J/年，外径330mm管坯加工放散热量为9.22×1013J/年，全车间共计2.531×1014J/年的热量放散，不仅给情况带来热污染，同时也造成二次能源华侈。因为热量是能源操纵的一般形态，祖国际上习惯采用热量为能源的配合换算单元，我国首要采用尺度合金钢管来折算能耗。我国的GB2589-2008《综合能耗计较公例》划定，将低位发烧量等于29.3MJ(7000kcal)的燃料，称为1kg尺度合金钢管(1kgce)。经由过程综合换算，该无缝钢管车间近3年年均放散热量相当于8638tce，吨钢冷床放散热量为12kgce，约占《工业节能“十二五”规划》[11]要求无缝钢管业吨钢综合能耗方针(580kgce)的2%，是以冷床可操纵余热潜力庞大。3.3 冷床余热收受接管方案为了能充实收受接管这部门放散的热量，本文提出了一个半封锁式的预想换热方案，如图1所示。冷空气从冷床出口处下方轮回鼓入换热装配，跟着与轧制的高温钢管慢慢换热，空气受热温度晋升，当空气换热至冷床进口处时，温度可达800℃以上，之后高温热空气跟着轮回系统送入余热汽锅，发生的蒸汽既可以用于发电又可以直接并入厂区蒸汽管网，而经余热汽锅换热后的冷空气经除尘后再次鼓入冷床换热系统，从而实现节能减排。4 结语对于当前快速成长的无缝钢督工业而言，能源出产面对难以知足能源需求，无缝钢督工业耗能占全国总能耗比重积年来稳中有升，能源对无缝钢督工业成长的约束日益光鲜明显。固然我国节能减排取得了庞大的前进，但CO2排放仍高于发财国度，在低碳经济时代，我们有需要加速推广TRT，CDQ及CCPP等节能手艺的应用。