El intercambiador de calor de recuperación de calor de calderas potencia la conservación de energía y la reducción de carbono en la industria del acero
Posicionamiento central: el valor central de los intercambiadores de calor de recuperación de calor de calderas
La producción de acero no se puede separar del soporte de varios tipos de calderas, como estufas de alto horno, calderas de generación de energía a gas, enfriadores de anillos de sinterización, hornos de coque, etc. Estos equipos generan una gran cantidad de calor residual a diferentes niveles de temperatura durante la operación - desde gases de combustión de temperatura media y baja a 100 grados hasta gases de combustión de alta temperatura a 1050 grados. Si se vierte directamente, no sólo provoca un grave desperdicio de energía, sino que también agrava la contaminación térmica ambiental. El valor central de los intercambiadores de calor de recuperación de calor de calderas radica en la construcción de un sistema de circuito cerrado- de "captura de calor residual y reutilización eficiente de la energía del intercambio de calor", que coincida con precisión con las características del calor residual de las calderas de las plantas siderúrgicas, convirtiendo el calor residual perdido en energía utilizable, como precalentar el aire de combustión, calentar el agua de alimentación de las calderas y generar vapor, logrando "convertir los residuos en tesoros". Su rendimiento determina directamente la eficiencia de la recuperación del calor residual de la caldera y los efectos de ahorro de energía y reducción de carbono, y es un puente clave que conecta el calor residual de la caldera y la reutilización de energía.
(1) Conservación de energía y reducción del consumo, mejorando la eficiencia en el uso de energía.
En el calor residual emitido por las calderas de las plantas siderúrgicas, el calor transportado por los gases de combustión a alta-temperatura representa por sí solo más del 40 % de la disipación total de calor del equipo. Los intercambiadores de calor de recuperación de calor de calderas de alta calidad pueden alcanzar una eficiencia de transferencia de calor superior al 85%, lo que mejora en gran medida la eficiencia de utilización de la energía. Por ejemplo, después de que los gases de combustión de la estufa de alto horno son tratados mediante un intercambiador de calor, el aire y el gas se pueden precalentar a 190-380 grados, lo que reduce significativamente el consumo de combustible de la estufa de alto horno y ayuda a mejorar la máxima eficiencia energética del proceso del alto horno. El beneficio general se puede incrementar entre un 2% y un 4%; Después de introducir un gran intercambiador de calor giratorio en un alto horno de 2500 metros cúbicos de una determinada empresa siderúrgica de 10 millones de toneladas, la temperatura del aire de combustión aumentó de temperatura ambiente a 380 grados, la eficiencia de combustión del combustible del alto horno aumentó en un 12% y la proporción de coque disminuyó de 550 kg/t a 480 kg/t, logrando importantes ahorros de energía. Al mismo tiempo, el intercambiador de calor puede reducir la temperatura de escape de la caldera a 100-130 grados, evitando la pérdida de calor y promoviendo el nivel general de consumo de energía de la planta siderúrgica para acercarse al punto de referencia de la industria.
(2) Reducir los costos y aumentar la eficiencia, mejorar la competitividad central de las empresas.
El costo de la energía es un componente importante del costo de producción de las empresas siderúrgicas. Los intercambiadores de calor de recuperación de calor de calderas reducen directamente los costos operativos de las empresas al reducir el consumo de combustible y electricidad comprados, al tiempo que reducen la inversión en operación y mantenimiento de equipos, logrando ganancias de eficiencia duales. Tomando como ejemplo el alto horno de 1.800 metros cúbicos de Qinggang, con el apoyo de un intercambiador de calor de recuperación de calor dedicado, se puede recuperar una cantidad adicional de calor cada año, lo que equivale a ahorrar 39,57 millones de metros cúbicos estándar de gas. Combinado con la reducción de las fugas de aire y el ahorro de gas, los beneficios anuales de ahorro de energía-alcanzan los 9,116 millones de yuanes. Después de deducir los costos operativos, los beneficios incrementales de ahorro de energía-son de aproximadamente 8,91 millones de yuanes; Un taller convertidor de 120 toneladas adopta un intercambiador de calor de tubos con aletas en espiral, que puede recuperar 12 millones de kcal de calor por horno de acero, lo que equivale a ahorrar 1,2 toneladas de carbón estándar. La generación de energía anual aumenta en 18 millones de kWh y el ciclo de mantenimiento de los equipos se reduce de 4 veces al año a 2 veces, reduciendo los costos de mantenimiento en un 40%. Para las grandes empresas siderúrgicas, un sistema completo de intercambiador de calor de recuperación de calor de caldera puede reducir los costos en millones o incluso decenas de millones de yuanes al año, mejorando significativamente la competitividad de la empresa en el mercado.
(3) Reducción de carbono verde, contribuyendo a la transformación baja-de carbono de la industria
Bajo el objetivo de "doble carbono", la industria del acero se enfrenta a estrictos requisitos de reducción de emisiones. Los intercambiadores de calor de recuperación de calor de calderas pueden reducir eficazmente el consumo de energía, como el carbón y el gas natural, al recuperar el calor residual en lugar de quemar combustibles fósiles, reduciendo así las emisiones de contaminantes como dióxido de carbono, dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno. Según los cálculos, por cada 1 GJ de calor residual recuperado, se pueden reducir aproximadamente 80-100 kg de emisiones de dióxido de carbono; Tomando como ejemplo una empresa siderúrgica con una capacidad de producción de 5 millones de toneladas, con el apoyo de intercambiadores de calor de recuperación de calor de calderas, se pueden reducir anualmente 26.000 toneladas de dióxido de carbono, 750 toneladas de dióxido de azufre y 375 toneladas de óxidos de nitrógeno. Shiheng Special Steel recupera el calor residual del gas de carbón crudo a través de un intercambiador de calor de camisa ascendente de horno de coque, logrando múltiples beneficios al reducir el consumo de energía de coquización y controlar las emisiones contaminantes. Su proyecto de reducción y fijación de carbono de coproducción de acero templado reduce las emisiones de carbono en 300.000 toneladas anuales y ha sido reconocido como un "caso típico de neutralidad de carbono" por el Ministerio de Ecología y Medio Ambiente; Después de implementar varios intercambiadores de calor de recuperación de calor durante todo el proceso, una empresa siderúrgica líder redujo las emisiones de dióxido de carbono en 850.000 toneladas al año y generó beneficios económicos de más de 230 millones de yuanes, lo que demuestra plenamente el valor bajo en carbono de los intercambiadores de calor.
Tipos de núcleos y características técnicas: adecuados para múltiples escenarios de calderas en plantas siderúrgicas
Hay varios tipos de calderas en las plantas siderúrgicas, con diferencias significativas en las características del calor residual - temperaturas que van desde 100 grados C a 1050 grados C y composiciones complejas de los gases de combustión (incluidos azufre, cloro, polvo, etc.). Los intercambiadores de calor de recuperación de calor de calderas correspondientes también exhiben tipos diferenciados, cuyo núcleo gira en torno a la "utilización en cascada, intercambio de calor preciso", adaptándose a diferentes escenarios de calderas y calidad del calor residual, logrando la máxima utilización de los recursos de calor residual y resolviendo puntos débiles como la corrosión, la acumulación de cenizas y la degradación del rendimiento de los equipos tradicionales.
(1) Tipos de intercambiadores de calor convencionales y ventajas tecnológicas
1. Intercambiador de calor de precalentamiento dual con control de temperatura inteligente: Utilizando aceite térmico como medio térmico, se construye un sistema de intercambio de calor de "aire/gas de aceite térmico de gases de combustión", que consta de un intercambiador de calor de gases de combustión, un intercambiador de calor de aire, un intercambiador de calor de gas y un sistema de control inteligente, principalmente adecuado para la recuperación de calor residual de gases de combustión a baja-temperatura de estufas de alto horno y calderas de generación de energía a gas. Su principal ventaja es resolver fundamentalmente el problema de la corrosión del punto de rocío ácido a baja-temperatura, aliviar el fenómeno de acumulación de cenizas y la vida útil del equipo puede alcanzar más de 10 años, superando con creces la vida útil de los intercambiadores de calor tradicionales de placas y tubos de calor entre 3 y 5 años. En condiciones normales de funcionamiento, el calor residual a la temperatura de entrada de los gases de combustión de 280 grados se puede recuperar para precalentar el gas y el aire a una temperatura de 190 grados; Cuando la temperatura de entrada de los gases de combustión es de 330 grados, la temperatura de precalentamiento se puede aumentar a 230 grados y la temperatura de escape se puede reducir a menos de 130 grados, con un mínimo de 100 grados.
2. High temperature sleeve heat exchanger: Designed for high temperature conditions, the upper limit of the working temperature of the hot fluid reaches 1050 ℃, breaking through the bottleneck of conventional heat exchangers in handling high temperature media. Adopting a "radiation+convection" composite heat transfer mode, the high-temperature section (>750 grados) utiliza un módulo de transferencia de calor por radiación tipo manga para transferir energía térmica a través de las características de radiación del gas de combustión, evitando daños por estrés térmico; Cuando la temperatura cae por debajo de 750 grados, cambie al modo de transferencia de calor por convección, combinado con la ventaja de transferencia de calor de alta -eficiencia de los intercambiadores de calor de placas, el coeficiente de transferencia de calor puede alcanzar 3500 W/(m ² · K) y la huella del equipo se reduce en más del 40 % en comparación con las soluciones tradicionales [2]. Después de la renovación de un alto horno de 2.000 m³ en una determinada planta siderúrgica, la eficiencia de la recuperación de calor sensible al gas aumentó en un 22%, ahorrando 12.000 toneladas de carbón estándar al año.
3. Intercambiador de calor de tubos: uno de los tipos más utilizados, el núcleo está compuesto por múltiples tubos metálicos resistentes a altas-temperaturas (como acero inoxidable 310S, aleación de Inconel, etc.). Los gases de combustión de alta temperatura fluyen fuera del haz de tubos y el medio a calentar circula dentro del tubo, logrando la transferencia de calor a través de la conducción de calor de la pared del tubo. La estructura es robusta, capaz de soportar altas temperaturas y presiones de 800-1200 grados, fácil de limpiar y mantener, y adecuada para entornos de gases de combustión con alto contenido de polvo, como altos hornos y convertidores en plantas siderúrgicas. El convertidor de 120 toneladas de una empresa de acero especial adopta un intercambiador de calor de tubos con aletas en espiral, con un área única de intercambio de calor de 3200 metros cuadrados. Las aletas están hechas de un material de aleación de níquel-cromo con una resistencia a la temperatura de 850 grados, resistiendo eficazmente la corrosión a alta temperatura y reduciendo la temperatura de los gases de combustión de 800 grados a 280 grados. El efecto de recuperación del calor residual es significativo.
4. Intercambiador de calor de placas: al utilizar placas de metal corrugado como elementos de intercambio de calor, se forman canales estrechos entre las placas y los gases de combustión a alta-temperatura fluyen en sentido inverso con el medio a calentar. El área de transferencia de calor es grande y la eficiencia es alta, que es entre un 10% y un 30% mayor que la de los intercambiadores de calor de tubos tradicionales. El volumen compacto es adecuado para escenarios de espacio limitado. Para los gases de combustión de alta temperatura de 650 grados en el horno de calentamiento de laminación de acero, el intercambiador de calor de placas tipo anti-cenizas adopta un diseño de placa especial y está equipado con un sistema automático de limpieza de cenizas, que puede utilizar el calor de los gases de combustión para precalentar el aire de combustión y el agua de enfriamiento del laminador, reduciendo el consumo de combustible del horno de calentamiento en un 10%.
5. Intercambiadores de calor auxiliares: incluidos economizadores, precalentadores de aire, intercambiadores de calor de tubos de calor, etc., utilizados principalmente para la recuperación de calor residual a temperatura media y baja (temperatura<500 ℃). Economizer recovers waste heat from boiler exhaust to heat water and reduce boiler energy consumption; Preheat the combustion air with an air preheater to improve combustion efficiency; Heat pipe heat exchangers have extremely strong thermal conductivity, dozens of times that of traditional metals, and can efficiently transfer heat at small temperature differences. They are suitable for the recovery of medium and low temperature waste heat such as blast furnace gas and sintering flue gas, but need to solve the problems of traditional heat pipe overheating and bursting, and annual performance degradation of 5%.
Tendencias de la industria y perspectivas de desarrollo
Con la promoción del "Plan de acción especial para la conservación de energía y la reducción de carbono en la industria del acero" nacional, para fines de 2025, el consumo de energía por unidad de producto de los altos hornos y convertidores en la industria del acero se reducirá en más del 1% en comparación con 2023, y el consumo de energía integral por tonelada de acero se reducirá en más del 2%. Los intercambiadores de calor de recuperación de calor de calderas, como equipo central para la conservación de energía y la reducción de carbono, marcarán el comienzo de un espacio de desarrollo más amplio. Según las necesidades de desarrollo de la industria y las direcciones de innovación tecnológica, habrá tres tendencias de desarrollo principales para los intercambiadores de calor de recuperación de calor de calderas en el futuro.
Uno es la mejora de la inteligencia tecnológica, integrando nuevas tecnologías como la IA, los gemelos digitales y el Internet de las cosas para lograr monitoreo en tiempo real{0}}, regulación precisa y advertencia de fallas del estado de operación de los intercambiadores de calor, mejorando aún más la eficiencia del intercambio de calor y reduciendo los costos de operación y mantenimiento; Al mismo tiempo, el desarrollo de intercambiadores de calor adaptativos puede ajustar automáticamente los parámetros operativos en función de las fluctuaciones en la temperatura del calor residual y el caudal, adaptándose a escenarios complejos de calor residual en plantas siderúrgicas.
El segundo es la innovación estructural y de materiales, que utiliza materiales de aleación más avanzados-resistentes a altas-temperaturas y corrosión-, como INCONEL 625, acero inoxidable 310S, etc., para mejorar la estabilidad del intercambiador de calor en entornos de alta temperatura, alta corrosión y mucho polvo; Optimice el diseño estructural de los intercambiadores de calor, desarrolle intercambiadores de calor compactos y eficientes, reduzca el espacio ocupado y mejore la utilización del espacio, como reducir el espacio ocupado por los intercambiadores de calor de manga de alta-temperatura en más de un 40 % en comparación con las soluciones tradicionales.
El tercero es el desarrollo de la integración de sistemas, que combina intercambiadores de calor de recuperación de calor de calderas con recuperación de gas, ciclo de vapor y sistemas de almacenamiento de energía para construir un sistema integrado de reciclaje de energía, mejorar la autosuficiencia energética-de las empresas y hacer frente a las fluctuaciones de los precios de la electricidad y los riesgos del suministro de energía; Al mismo tiempo, combinar nuevas tecnologías de fundición como la metalurgia del hidrógeno, optimizar el diseño del intercambiador de calor, adaptarse a nuevas estructuras de fuentes de calor y promover que la industria del acero pase de "conservación de energía y reducción de carbono" a "cero emisiones de carbono".
Además, con la mejora continua de los estándares de la industria, como la promoción de estándares industriales para la recuperación del calor residual del gas ascendente de los hornos de coque, la aplicación de intercambiadores de calor de recuperación de calor de calderas será más estandarizada y estandarizada, promoviendo el nivel general de eficiencia energética de la industria. Según la capacidad nacional de producción de hierro de mil millones de toneladas, si se promueven plenamente los intercambiadores de calor avanzados de recuperación de calor de calderas, se pueden ahorrar alrededor de 4.800 millones de yuanes en costos y reducir las emisiones de dióxido de carbono en 5,2 millones de toneladas al año, con importantes beneficios económicos y ambientales.
