冶金工业是耗能大户，不论是有色冶金或黑色冶金工业都存在大量的节能问题。以钢铁企业为例，焦炉、高炉及炼钢工序均有相当数量的的余热未能回收利用。余热的温度最高可达1600℃，热能的形态有固体、气体、液体，其中很多为间隙排放，因之给余热回收带来了一定的难度。由于热管的的众多特点，特别适用于上述场合的余热回收利用。高温热管及高温热管空气预热器、高温热管蒸汽发生器开发运用成功，给冶金企业的高品位余能利用带来了新的希望。
一、加热炉和均热炉的余热利用
轧钢连续加热和均热炉是钢铁企业中耗能较多的设备。其热效率一般只有20%～30%，约有70%～80%的热量散失于周围环境和被排烟带走。其中烟气带走的热损失约占30%～35%。加热炉的烟气量根据炉型大小不同，一般在（标准状态）7000～300000m3/h的范围内。烟气温度一般为550～990℃，也有超过1000℃以上的。从直接节能来考虑，工程界希望将烟气的余热用来加热助燃空气。当助燃空气被加热到400℃时，可以得到节能20%～25%的效果。
二、烧结工序的余热利用
烧结工序是高炉矿料入炉以前的准备工序。有块状烧结和球团状烧结两种工艺。块状烧结是将不能直接加入炉的炼铁原料，如精矿粉、高炉炉尘、硫酸渣等配加一定的燃料和溶剂，加热到1300～1500℃，使粉料烧结成块状。球团烧结则是将细磨物料，如精矿粉配加一定的黏结剂，在造球设备上滚成球，然后在烧结设备上高温烧结。两种烧结过程都要消耗大量的能源。据统计，烧结工序的能耗约占冶金总能耗的12%。而其排放的余热约占总能耗热能的49%。回收和利用这些余热，显然极为重要。回收余热主要在成品显热及冷却机的排气显热两个方面。
烧结生产时，在烧结机尾部及溜槽部分，烧结矿热料温度可达700～800℃，除热废气外，料品还以辐射形式向外界散发热量。这部分高品位热量主要通过余热锅炉回收。热管技术目前主要应用在冷却机废气的余热回收。
热烧结矿从烧结机尾部落下经过单辊破碎振动筛筛分后，落到冷却机传送带上，在冷却机上布置有数个冷却风罩，风罩内装有轴流风机（吸风式），使冷却风通过矿料层，能过矿料层后的风温在第一风罩内一般可达250～400℃，第二风罩内风温一般为200℃左右。冷却矿料的另一种形式是鼓风冷却，即风机在矿料层底部鼓风，通过矿层后进入风罩排空。
三、 高炉热风炉余热回收
高炉热风炉是产生热风的设备，由于风温可高达1200℃以上，因之热风炉都是蓄热式。其工作原理是先使煤气和助燃空气在燃烧室燃烧，燃烧生成的高温烟气进入蓄热室内的格子砖加热，然停止燃烧，再将鼓风机送来的冷空气通过蓄热式格子砖，将格子砖所积蓄的热量带走，冷空气被加热到所需的温度进入高炉。热风炉烟道废气的温度一般限制在300～350℃，最高不行超过400℃。使用热管换热器回收的这部分余热，用来加热助燃空气则可以改善蓄热炉内的燃烧状况，从而使炉顶温度提高。对于以煤气为燃料的单位，一般多采用分离式热管换热器回收排烟余热，回收的余热同时用来加热空气和煤气，因之称为“双预热”。
系统由3台热管管箱组成，热风炉的煤气燃烧所产生的烟气温度约250℃左右进入烟气管箱，在烟气管箱中，烟气将热量分别传给煤气加热侧的管束和空气加热侧的管束。两组管束并联布置。烟气分二路流过管箱。煤气和空气加热侧的管束吸收烟气的热量后，分别由各自的管内的工作液体所产生的蒸汽通过各自的上升管分别传送到煤气和空气加热侧的管箱。为便于现场调试及设置了旁路。
钢铁行业白灰窑空气（CGK-I）
煤气（CGM-I）预热器简介
随着国内钢铁生产能力的不断增加，对白灰（CaO）的需求量也越来越大。各钢铁企业利用自身高炉产生的高炉煤气，输送到白灰窑作为燃料进行烧制白灰并从中获取钙元素来满足生产的需求。
高炉煤气是高炉炼铁的副产品，是钢铁联合企业内部的重要气体燃料，它的主要可燃成分为CO，而H2和CH4的含量很少。有大量的不可燃气体N2和CO2，所以它的燃值很低，一般只有3000-3800kj/m3。
另外，从高炉引出的煤气中含有大量的灰尘，一般为60-80g/m3或更多，这些粉尘会堵塞管路和设备。作为气体燃料的使用，工艺规定高炉煤气必须经过除尘净化处理，并达到规定的标准后才能输送和使用。按照工业炉用气标准，含尘量必须小于或等于20mg/m3。作为煤气预热器的换热器而言，也必须达到此项规定要求。再则是煤气中的机械水应尽量除去，降低腐蚀，减少在换热管内的机械水份及灰水粘接，增高煤气的预热温度，保证换热器的正常运行及煤气在灰窑炉内正常燃烧。
由于高炉煤气的理论燃烧温度较其它煤气低，燃烧温度只有1400-1500℃。通过燃烧后的高温烟气将空气和煤气预热来提高它的燃烧温度，是切实有效和节能的大举措。助燃空气每提高100℃，高炉煤气的燃烧温度可提高40℃；高炉煤气进炉温度每提高1000C，高炉煤气的燃烧温度可提高60℃。采用新型高效节能的CGK-1、CGM-1煤气预热器，分别能将空气预热到300℃、煤气预热到250℃。则高炉煤气的燃烧温度可提高270℃，能使高炉煤气的燃烧温度高达1700℃。
据对国内部分钢厂白灰窑的生产状况调查了解，使用未经预热的高炉煤气作为燃料进行生产的，因热量不足，炉窑温度偏低，而导致白灰产量及质量均偏低。在冬天使用，则情况可能更差，时常因煤气含尘较多和含机械水而堵塞烧嘴。如180m3容量的白灰窑日产量只在90吨左右，而且白灰夹生率高，夹生率一般在20%以上。同时，白白排放掉400~500℃能产生二次能量的利用烟气，并对大气造成热污染及灰尘污染。
也有钢铁厂安装有光管式空气、煤气预热器，但由于换热面积小，预热温度不是很高，空气预热温度只有100~150℃，煤气温度在80~120℃之间，工艺效果不很明显。河南济源钢厂6座150m3白灰窑安装有光管式空气、煤气预热器，白灰夹生率仍在15~18%之间，日产量80吨/座左右。
针对白灰窑现行工艺状况，本企业利用自身专业设备及专业技术的优势，为现行的白灰窑专门设计和制作了具有先进技术的CGK-1、CGM-1型双向翅片管式空气、煤气预热器。
首先依据加热与被加热介质同是气体且换热系数较低的特性，在换热管内外同时增加换热面积（即内、外翅片），来大大提高整体换热能力。内外增加的翅片均采用具有先进技术的焊接方式，保证翅片与基管整体焊接在一起，消除接热阻（经西安交通大学测试，接触热阻远远低于其它形式的翅片管接触热阻，热阻几乎为零）。再则，镍合金渗层翅片管具有抗自身600℃高温氧化、表层硬度高、抗烟气冲刷、耐腐蚀等独特优点。
整体结构设计充分考虑了气体流动方式及气体均流的合理性，传热温差的最大化，以及换热管的布置和烟气自清灰功能设计、热彭胀等问题。保证换热管的安全正常、高效能的使用。从窑顶引出的烟气经主烟管分叉流到空气和煤气预热器，各自和高温烟气充分换热。回收的热量由助燃空气和煤气吸收后作用于灰窑内；降低温度后的排烟再经除尘达标后排入大气。
国内某钢铁公司5座140m3白灰窑投入使用了CGK-I、CGM-I双向翅片管式空气、煤气预热器，产量和质量均有大幅提高。
从以上的5座白灰窑使用的CGK-I、CGM-I型双向翅片管式空气、煤气预热器运行记录表上数据显示：
烟气温度300℃时，助燃空气预热至210℃，煤气170℃
烟气温度350℃时，助燃空气预热至250℃，煤气200℃
烟气温度400℃时，助燃空气预热至300℃，煤气240℃
烟气温度450℃时，助燃空气预热至350℃，煤气260℃
回收热量平均值：1400KW
（注：煤气温升较低，是由于煤气中的机械水未出尽，水分受热蒸发而消耗部分热量，使得煤气温升比空气低的多一些。）
由于该型式空气、煤气预热器预热温度高，显著提高了高炉煤气在灰窑内的燃烧温度，并因补充进大量的回收能源，使得灰窑内热量充足，成品白灰质量和产量显著提高，白灰夹生率大为降低。在使用了CGK-I、CGM-I型双翅片管式空气、煤气预热器后，基本上消除了白灰夹生的问题，而且白灰的品位很好，单窑产量也由原来的90吨/天提高到120吨/天。提高的原因一是燃烧温度的提高，缩短了烧制周期；二是由烟气回收的热量直接作用于炉窑内变为产能的增加
从节能效果上分析：单座140m3白灰窑平均回收热量为1400KW（既1400KJ/s），高炉煤气热值3500KJ/m3左右。相当于节省煤气0.4m/s或1440m3/h。用户自己可根据煤气单位价换算出回收价值。
如果煤气按0.1元/m3计，侧回收价值144元/小时、3456元/天、10.368万元/月、124.416万元/年。一套140m3白灰窑CGK-I、CGM-I型双向翅片管式空气、煤气预热器价位在26万元左右。
从环保效果上看，降低排烟温度意味着直接减少对大气的热污染。另外，灰窑多装有布袋式除尘器，降低排烟温度对保护布袋及正常除灰起到可靠的作用。
焦作市国能换热设备厂 |
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