在煉鋼電爐冶煉的過程中，要產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔?，其最高溫度可達(dá)2000℃，且煙氣含塵量高。高溫含塵煙氣攜帶的熱量約為電爐輸入總能量高達(dá)20%。這些高溫?zé)煔獠粌H帶走大量的熱，而且給電爐的除塵系統(tǒng)帶來了巨大的負(fù)擔(dān)，不但降低了氧化鐵塵的回收率，而且造成了嚴(yán)重的污染問題。目前國內(nèi)和國際上的電弧爐仍有很多沒有回收煙氣余熱，有的只是部分回收了煙氣余熱，隨著兌鐵水比例的增加，電弧爐煙氣的溫度變得更高。若不回收四孔煙氣的全部余熱，將會(huì)造成大量的能源浪費(fèi)。隨著鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，電爐煉鋼比例逐漸上升，電爐煉鋼煙氣余熱浪費(fèi)和除塵問題日趨嚴(yán)重。如何將這部分高溫?zé)煔庵械娘@熱充分地回收，變“廢”為寶，并使得電爐煙氣更加穩(wěn)定，為高效除塵創(chuàng)造條件，從而降低除塵系統(tǒng)運(yùn)行成本和企業(yè)的生產(chǎn)成本，這是電爐煉鋼企業(yè)必須重視的問題。中冶賽迪研發(fā)的電爐煙氣全余熱回收裝置見圖1。該裝置采用高低壓復(fù)合循環(huán)的冷卻方式，Ⅰ段煙道、燃燒沉降室頂蓋、Ⅱ段煙道、列管余熱鍋爐均采用汽化冷卻方式( 指與水進(jìn)行換熱，使水汽化，從而煙氣降溫) 回收電弧爐四孔煙氣約220～2000℃的全部余熱，具有顯著的節(jié)能效果。
1-密閉罩 2-電弧爐 3-水冷彎頭 4-水冷滑套 5-Ⅰ段煙道6-燃燒沉降室 7-Ⅱ段煙道 8-列管余熱鍋爐 9-布袋除塵器10-風(fēng)機(jī) 11-煙囪 12-電極 煙氣從電弧爐抽出后，與從水冷彎頭和水冷滑套間環(huán)縫混入的空氣一起進(jìn)入Ⅰ段煙道，在Ⅰ段煙道內(nèi)，煙氣降溫后進(jìn)入燃燒沉降室。燃燒沉降室頂蓋采用了汽化冷卻結(jié)構(gòu)，下半部分采用混凝土和耐火材料。燃燒沉降室設(shè)計(jì)的目的是，在燃燒沉降室內(nèi)，煙氣中的CO燃盡，同時(shí)煙氣攜帶的粉塵粗顆粒也經(jīng)重力除塵沉降下來。其后煙氣進(jìn)入Ⅱ段煙道進(jìn)行換熱，進(jìn)一步降溫后進(jìn)入列管余熱鍋爐，降溫至220 ℃ 以下后與密閉罩出口的除塵風(fēng)混合送入布袋除塵器，除塵達(dá)標(biāo)后的煙氣經(jīng)過風(fēng)機(jī)從煙囪排出。從圖1可以看出，電爐煙氣全余熱回收裝置從水冷滑套開始到列管式余熱鍋爐，回收電爐第四孔出口煙氣約2000～220℃的全部余熱。同時(shí)該裝置采用高低壓復(fù)合循環(huán)的冷卻方式，充分回收電爐煙氣余熱的同時(shí)，采用自然循環(huán)的列管式余熱鍋爐，與水冷系統(tǒng)相比，循環(huán)水量顯著減小，節(jié)約了電能。電爐煙氣全余熱回收裝置根據(jù)燃燒沉降室出口的煙氣成分，合理控制水冷滑套的開度，確保了最佳的過剩空氣系數(shù)。電爐煙氣中含有一定濃度的 CO，由于 CO 含量低于煤氣回收下限，一般采用二次燃燒技術(shù)回收一氧化碳的潛熱，而不進(jìn)行煤氣回收。盡管目前國內(nèi)出現(xiàn)了電爐大量?jī)惰F水，CO 濃度顯著增加的現(xiàn)象，但電爐的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在短流程煉鋼，因此 CO 進(jìn)行燃燒而不直接回收煤氣的工藝不會(huì)改變，在這種條件下，合理控制電爐余熱鍋爐系統(tǒng)混風(fēng)量，既要保證 CO 的燃盡又要保持余熱鍋爐盡量高的熱效率就顯得尤為重要。
電爐冶煉過程中，參與爐氣燃燒的氧氣主要來源由3部分組成: 1) 吹氧冶煉爐氣中本身含有氧氣，2)從電爐的觀察孔、電極孔等漏入的空氣，3)為了保證爐氣中的CO全部燃盡從水冷滑套進(jìn)入的空氣。因此根據(jù)燃燒沉降室出口煙氣成分控制水冷滑套混入的空氣量，通過壓力分析就能控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來獲取最佳的過?？諝庀禂?shù)，使得余熱回收系統(tǒng)及除塵系統(tǒng)更加節(jié)能。電爐煙氣全余熱回收裝置另一個(gè)突出優(yōu)勢(shì)是高效沉降。中冶賽迪根據(jù)電爐煙氣粉塵濃度和粉塵粒徑，及粉塵的沉降機(jī)理，進(jìn)行了數(shù)值模擬，開發(fā)了高效燃燒沉降室。燃燒沉降室的作用主要有三個(gè):2)促進(jìn)煙氣與空氣的混合，保證 CO等可燃成分的燃盡;3)對(duì)電爐煙氣進(jìn)行粗除塵，減少進(jìn)入余熱鍋爐煙道的煙塵量，保證余熱鍋爐的換熱效率和使用壽命。
煙塵的有效沉降可以保障后續(xù)對(duì)流受熱面余熱鍋爐的換熱效率，同時(shí)減少了煙氣對(duì)鍋爐壁面的磨損，因此實(shí)現(xiàn)燃燒沉降室內(nèi)煙塵的有效沉降是非常重要的。經(jīng)過對(duì)燃燒沉降室內(nèi)粉塵沉降的機(jī)理研究，電爐煙氣全余熱回收裝置采用直角式的燃燒沉降室，即煙氣從燃燒沉降室頂部進(jìn)入，然后從側(cè)向流出的形式。同時(shí)根據(jù)模擬分析確定了合理的燃燒沉降室流通截面，確保灰塵的高效沉降。為了避免熱管換熱管在高溫?zé)煔鈼l件下失效問題，中冶賽迪電爐煙氣全余熱回收裝置采用了列管式余熱鍋爐。列管式余熱鍋爐采用自然循環(huán)，吹灰裝置采用激波吹灰，不僅提高對(duì)流受熱面余熱鍋爐的壽命，延長鍋爐換熱失效時(shí)間，而且提高汽包出口蒸汽壓力，便于蒸汽的利用。中冶賽迪開發(fā)的電爐煙氣全余熱鍋爐系統(tǒng)已經(jīng)在江蘇省聯(lián)峰能源裝備有限公司新建110t電爐工程中進(jìn)行工程利用，見圖4和圖5。
圖4 永鋼110t電爐余熱鍋爐（水冷滑套和彎頭煙道）
圖5 永鋼110t電爐余熱鍋爐（尾部煙道和列管式余熱鍋爐）汽化冷卻和水冷卻相比，本工程采用汽化冷卻系統(tǒng)，不再建設(shè)水冷系統(tǒng)等設(shè)施，節(jié)省了工程用地，運(yùn)行時(shí)，不再需要循環(huán)水泵、冷卻塔、機(jī)力風(fēng)冷機(jī)等設(shè)備，降低了運(yùn)行過程的能耗。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行監(jiān)測(cè)，在電爐煉鋼達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，本系統(tǒng)利用電爐冶煉的煙氣余熱，可產(chǎn)生壓力為1.8MPa的飽和蒸汽20t/h，折噸鋼蒸汽量約160kg/噸鋼。年節(jié)約標(biāo)煤約0.72萬噸、減排CO2 1.63萬噸、減排SO2 144噸，減排灰塵0.2萬噸，環(huán)保十分效益顯著。
