Los intercambiadores de calor de recuperación de calor se utilizan para la recuperación de gases de combustión de altos hornos para proporcionar calefacción al área de la planta.
El núcleo de la recuperación del calor residual y el calentamiento de los gases de combustión de los altos hornos es capturar el calor sensible y latente en los gases de combustión a través de medios científicos y tecnológicos. Después de la purificación, el intercambio de calor y el almacenamiento, la energía térmica residual se convierte en una fuente de calor estable, logrando el ciclo energético de "convertir los residuos en tesoros". A diferencia de los modelos tradicionales de calefacción a carbón-y a gas-, este enfoque se centra en el calor residual industrial como núcleo, sin la necesidad de un consumo adicional de combustibles fósiles. Reduce el desperdicio de energía y las emisiones contaminantes, satisfaciendo perfectamente las necesidades centrales del desarrollo industrial verde bajo el objetivo de "carbono dual".
El funcionamiento eficiente del sistema de calefacción con recuperación de calor de los gases de combustión del alto horno se basa en un sistema técnico completo. Su proceso principal se puede dividir en cinco eslabones principales: recolección de gases de combustión, tratamiento de purificación, intercambio de calor residual, regulación del almacenamiento de calor y transporte de calefacción. Cada enlace trabaja en conjunto para garantizar la eficiencia, estabilidad y seguridad de la recuperación de calor residual. En el proceso de recolección de gases de combustión, el sistema introduce los gases de combustión a alta-temperatura (generalmente entre 150 y 300 grados) descargados desde la salida de escape del alto horno en el colector de calor residual a través del ventilador de tiro inducido por los gases de combustión. El colector suele utilizar intercambiadores de calor de tubos con aletas, que aumentan el área de intercambio de calor y mejoran la eficiencia de captura del calor residual con su densa estructura de aletas. Al mismo tiempo, los sensores de temperatura están equipados para monitorear la temperatura de los gases de combustión en tiempo real, proporcionando datos de apoyo para la regulación posterior.
Debido a la presencia de una gran cantidad de polvo (incluido Fe ₂ O3, SiO ₂, etc.), gases nocivos (como SO ₂, NO ₓ) y humedad en los gases de combustión del alto horno, si ingresan directamente al sistema de intercambio de calor, provocarán obstrucción de las tuberías, corrosión y reducirán la vida útil del equipo. Por tanto, el tratamiento de depuración es crucial. Un conjunto completo de módulos de purificación de calor residual generalmente incluye unidades de filtración cerámicas, unidades de adsorción de carbón activado y unidades de deshidratación de membrana hidrófoba conectadas en serie. La unidad de filtración cerámica puede eliminar eficazmente el polvo de los gases de combustión, la unidad de adsorción de carbón activado adsorbe gases nocivos y la unidad de deshidratación de membrana hidrófoba separa la humedad de los gases de combustión. Después de la triple purificación, los gases de combustión pueden evitar eficazmente daños a los equipos posteriores, prolongar la vida útil del sistema y garantizar la seguridad de la calefacción.
El intercambio de calor residual es el eslabón central de todo el sistema y su principio gira en torno a la "captura eficiente del calor residual y la transferencia de calor precisa", siguiendo las tres leyes principales de transferencia de calor: conducción de calor, convección de calor y radiación de calor. El método principal actual de intercambio de calor adopta el intercambio de calor de pared a pared, que transfiere el calor de los gases de combustión al agua en circulación a través de un intercambiador de calor, logrando la conversión de energía de "enfriamiento de los gases de combustión y calentamiento de agua" - los gases de combustión de alta-temperatura fluyen a través del lado de la carcasa del intercambiador de calor, y el agua en circulación fluye en la dirección opuesta a los gases de combustión en el lado del tubo, manteniendo siempre una gran diferencia de temperatura (diferencia de temperatura promedio de 40-80 grados), maximizando la eficiencia del intercambio de calor. Por ejemplo, un intercambiador de calor de gases de combustión de baja-temperatura que utiliza tuberías de alta conductividad térmica de material compuesto a base de carbono de baja dimensión no solo tiene resistencia a la corrosión y resistencia reducida, sino que también recupera eficientemente el calor residual de los gases de combustión a baja temperatura, alrededor de 145 grados, aprovechando plenamente el potencial del calor residual.
Teniendo en cuenta que la temperatura de los gases de combustión del alto horno se ve afectada por factores como la carga de fundición y la composición de la materia prima, la amplitud de la fluctuación es grande, lo que puede conducir fácilmente a una temperatura inestable del medio de calentamiento. Por lo tanto, el vínculo de regulación del almacenamiento de calor se convierte en la clave para garantizar la estabilidad del calentamiento. La aplicación de dispositivos de almacenamiento térmico con cambio de fase a temperatura media resuelve eficazmente este problema. El dispositivo utiliza materiales de cambio de fase, como una aleación de aluminio y silicio, como núcleo, llena el interior del tanque de almacenamiento térmico e incorpora aletas metálicas para mejorar la transferencia de calor. Al utilizar las características de almacenamiento térmico de alta-densidad de los materiales de cambio de fase, se logra un almacenamiento estable y una liberación de calor residual-bajo demanda. Cuando el calor residual de los gases de combustión es suficiente, el material de cambio de fase absorbe calor y se solidifica; Cuando no hay suficiente calor residual o un aumento en la demanda de calefacción, los materiales de cambio de fase liberan calor para garantizar una temperatura estable en la red de calefacción. Además, el módulo de control inteligente monitorea parámetros como la temperatura de los gases de combustión, el caudal de agua en circulación y la temperatura del material de cambio de fase en tiempo real a través de un controlador PLC, ajusta dinámicamente el estado de funcionamiento del ventilador de tiro inducido y la bomba de circulación, logra una operación y mantenimiento inteligentes del sistema y mejora aún más la eficiencia de utilización de energía.
Actualmente, con la profundización del concepto de desarrollo industrial ecológico, la tecnología de calefacción con recuperación de calor de gases de combustión de altos hornos también se innova y actualiza constantemente. La aplicación de nuevos materiales (como tuberías compuestas reforzadas con grafeno) mejora aún más la eficiencia de la transferencia de calor, la integración de la tecnología de gemelos digitales permite el monitoreo en tiempo real-y la advertencia de fallas del funcionamiento del equipo, y la combinación de la tecnología de bomba de calor y dispositivos de almacenamiento térmico explora aún más el potencial para la utilización del calor residual de temperatura media y baja. En el futuro, con la mejora continua de la tecnología, el sistema de calefacción de recuperación de calor de los gases de combustión del alto horno será más eficiente, inteligente y estable. No solo se puede aplicar a las áreas de plantas siderúrgicas, sino que también se puede expandir a la calefacción comunitaria circundante, logrando la utilización coordinada de energía entre el área de la planta y la ciudad, y abriendo un espacio más amplio para la utilización de recursos del calor residual industrial.
El calor residual industrial es un "tesoro verde" escondido, y el uso de la recuperación del calor de los gases de combustión de los altos hornos para la calefacción de plantas no es solo una utilización eficiente de la energía, sino también una práctica concreta para que las empresas cumplan con sus responsabilidades sociales y promuevan un desarrollo ecológico y con bajas-carbono. Bajo la dirección del objetivo del "carbono dual", cada vez más empresas siderúrgicas aumentarán sus esfuerzos en la recuperación y utilización del calor residual, resolverán el problema del desperdicio de energía a través de la innovación tecnológica, transformarán los gases de combustión de los altos hornos de "gas residual" a "corriente cálida", inyectarán un nuevo impulso a la transformación verde industrial y lograrán una situación de beneficios económicos, ambientales y sociales en la que todos salgan ganando.