摘 要

在高炉炼铁的工业生产过程中，常常伴随大量的烟气余热损失，而且因为烟气中含有硫化物和水蒸气等物质，当烟气温度低于露点温度时，容易产生低温腐蚀，所以加大了余热回收的难度。本课题基于这样的实际背景，设计了一套用于回收热风炉烟气余热的空气预热器装置。为了防止变工况的影响，本课题采用以导热油T66为热媒的间接取热方式。低温导热油在循环油泵的作用下进入烟气取热段，在吸收烟气余热后变为高温导热油，高温导热油流至放热段，在放热段内释放热量给20°C的空气，使其升温，供高炉使用，从而达到节能的目的。该方式与直接进行余热回收的方式相比，避免了传热面的露点腐蚀，而且导热油在较高温度下也具有一定的稳定性，还可以在低压状态运行，降低了管束成本。

关键词：高炉热风炉 余热回收 热媒式 空预器

Design of heat medium air preheater for 3200m³ blast furnace hot blast furnace

Abstract

In the industrial production process of blast furnace ironmaking, a large amount of waste heat loss of flue gas was accompanied. Since sulfide and water vapor were contained in flue gas, low-temperature corrosion was likely to occur when the flue gas temperature was lower than the dew point temperature. As a result, the difficulty of waste heat recovery was increased. Based on this practical background, a set of air preheater device was designed for recovering the waste heat of flue gas from hot blast furnace. In order to prevent the influence of variable working conditions, the indirect heat extraction method using thermal oil T66 as thermal medium was used. Under the action of circulating pump, low temperature heat conduction oil was pumped into the flue gas heat removal section. After the absorption of flue gas waste heat into high temperature heat conduction oil, it flow to the heat release section. 20°C air was heated and used for blast furnace, so as to achieve the goal of energy saving. Compared with the direct waste heat recovery, the dew point corrosion of the heat transfer surface was avoided, and the heat conduction oil had a certain stability at higher temperature, and can also operate at low pressure, reduce the cost of tube bundle.

Keywords: Blast furnace hot blast furnace; Waste heat recovery; Heat medium; Air preheater

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 高炉热风炉现状 1

1.3 锅炉烟气的余热回收 1

1.4 高炉热风炉中的余热回收换热器 2

1.4.1 整体式热管换热器 2

1.4.2 分离式热管换热器 3

1.4.3 板式换热器 3

1.4.4 列管式换热器 4

1.5 热媒式换热器 4

1.5.1 换热器的简介 4

1.5.2 热媒介质的简介 5

1.5.3 水热媒空气预热系统 5

1.5.4 油热媒空气预热系统 6

1.6 课题的必要性和研究意义 6

第二章 3200m³高炉热风炉热媒式空预器的设计 8

2.1 设计要求 8

2.2 热媒式空预器的设计中要考虑的问题 8

2.3 热力计算中遇到的问题 8

2.4 图纸设计中遇到的问题 9

第三章 热力计算及结构设计 10

3.1 原始参数 10

3.2 热力计算 10

3.2.1 烟气成分计算 10

3.2.2 热平衡计算 11

3.3 结构设计 14

3.3.1 烟气-导热油换热器结构设计及阻力降计算 14

3.3.2 空气-导热油换热器结构设计及阻力降计算 19

第四章 施工图设计 25

4.1主要零部件选型 25

4.2系统图其他设备选型 25

4.3施工图 25

第五章 总结与展望 26

5.1 总结 26

5.2 展望 26

参考文献 27

致谢 30

第一章 绪论

1.1 研究背景

在如今的大环境下，能源几乎成为了一切现代化的运载工具，同时也成为了驱动经济发展的重要力量。而开发利用能源的程度，已经成为了人类社会进步的标志^[1]。

我国的能源储量在世界占有很高地位，煤炭储量丰富。煤炭作为我国的主体能源和重要的工业原料，在能源消耗中占有很大比重，是我国能源消费的支柱^[2]。但随着经济的迅速发展，能源需求的不断提升，不可再生资源的数量逐渐减少，能源供需矛盾已经出现，因此，提高能源利用效率和优化能源结构已经成为我国发展道路上的必然趋势^[3]。党的十九大报告也指出，我国在未来一段时间的能源资源发展方向将从扩张总量转向提质增效的新阶段，能源资源也将发挥更为重要的保障和推动作用^[2]。

锅炉作为一种使用较为广泛的耗能设备，在工业生产中十分常用，尤其是在钢铁行业。大量原材料和能源的消耗在钢铁的生产过程中产生，因而提高能源效率显得极为重要。而空气预热器作为一种热回收装置，可以从锅炉排出的烟气中回收热量，已经成为了提高锅炉热效率的一种重要途径^[4,5]。

1.2 高炉热风炉现状

在高炉炼铁工业生产过程中，高炉热风炉的地位举足轻重，它是根据蓄热原理进行工作的热交换设备^[6]。而热风炉作为高炉的重要附属设备，它是通过燃烧高炉煤气来提供热量，然后再借助蓄热体的换热来提供高温热风的^[7]。我国热风炉的种类众多，且都有各自的适用条件。如莱钢2^#1080m³高炉采用了内燃式热风炉，该热风炉占地面积小且结构简单，但对比顶燃式热风炉蓄热面积小，从而导致高炉入炉风温低^[8]。

随着高炉炉龄的延长，配套使用的热风炉也被要求相应延长寿命。因而，提高热风温度和延长热风炉寿命成为了降低高炉生产成本和提高经济效益的重要目标^[9]。近几年，在吸收国外经验，以及不断地研究与探索下，高炉炼铁技术在高效、低耗、环保方面取得了巨大进步。同时，高炉的一些单项技术的进步也同样突出^[10]。这对我国冶金行业的发展而言，意义重大。

1.3 锅炉烟气的余热回收

在当今能源紧缺的大环境之下，节能已经成为了一项不可忽视的工作，但是节能不仅应该从燃料消耗的角度来看，也应该从保护全球环境的角度来看^[11]。余热回收作为一项重要的节能课题，已经成为了节能减排的主要方式之一。在工业生产过程中，锅炉和窑炉产生的高温烟气具有较高的热量，这种烟气热损是锅炉热损中最主要的热损失，因而回收利用的价值很高^[12,13]，而且高温烟气中含有许多有害物质，会造成严重的环境污染，所以对这种烟气的余热进行回收不但能减少能源损耗，达到节能的目的，也能缓解严重的环境热污染，对环保方面做出一定贡献。目前，我国锅炉烟气余热回收利用的工程实践已有很多，尤其是许多新建的大型机组，它们在设计的时候就采用了余热回收利用技术，且取得一定成果^[14]。