·1290· 北京科技大学学报 第33卷 OP (4) 左右，传热的主要矛盾在外部环节四：热源与热管 N=3600× -xK 蒸发段外壁间的换热过程：冷水与热管冷凝段外壁 式中：N为风机所需配用的电机功率，W;Q为风机 间的换热过程.因此，根据传热学原理，热管的工作 输出流量，m3·h-1:P为风机的风压，Pa;n为风机效 温度t,由下式确定： 率；K为电机容量安全系数，除尘系统取1.10~ 1.15图 Reth Rite t.= R。+R (6) 引风机的性能参数是按大气压力101.3kPa,温 度200℃，气体密度p=0.745kg·m3时的烟气介质 式中：R。为冷却介质与热管的换热热阻，℃·W-:th 计算的，因此选择风机时应对参数进行换算 为烟气温度，℃：R为烟气与热管的换热热阻，℃· P=P,×10L3×273+1 W-1;t.为冷却介质温度，℃ ~273+200 (5) 由于碳钢一水重力式热管主要依靠管内液态水 式中：P。为引风机样本上的风压，Pa;P为系统需要 的相态变化来传热，碳钢中的铁和水中的氧在一定 的风压；Pa;P,为实际工作条件下大气压，kPa;t为 温度结合成为Fe(OH),或Fe,O,而放出不能凝结的 氢气.随着管内水温的升高，当热管内温度达到 实际工作下的温度，℃. 其次，当风机输出设计所需的风量降低至Qs 350℃时，管内添加的钝化剂将会失效，反应产生氢 时，风机特性曲线①在电机转速不变时是不变的，此 气量增多，在热管的冷凝段将形成不凝性气区，管内 时风机工作点移至B点，输出压头升至Pg:管网特 压力急剧升高，当压力超过碳钢管所承受的最高内 性曲线变得高而陡，能耗也随之增加：当采用变频电 压力时就会引发“爆管” 机时，降低转速可使风机运行曲线变为曲线⑥，管网 由式(6)可以算出，当热管冷却介质（锅炉饱和 特性曲线不变，输出压头降至Pc,由式(4)可知，能 水)在压力为1.6MPa、温度为205℃时，烟气温度按 耗随之降低. 850℃计算，热管温度已达到330℃以上.因此要保 因此，针对电炉烟气量和温度随治炼周期呈周 证热管余热锅炉长期安全、有效地工作，入口烟气温 期性变化的特点，系统采用变频调速风机，电炉在熔 度应控制在850℃以下至关重要. 化期、氧化期产生烟气量大，烟气温度高，风机满负 以莱钢50t电炉热管式余热回收系统为例，入 荷运行，提高余热回收量、保证除尘效果：装料、出钢 口烟气温度控制在800℃以下，各种工况下具体计 阶段炉盖旋开，进入系统的环境空气，其温度低，风 算参数见表1. 机低转速运行，减少系统热量损失，同时降低系统运 当进入蒸汽发生器入口烟气温度临近800℃ 行能耗. 时，拉大水冷烟道与电炉第4孔烟道的距离降低入 口烟气温度：当上述调整不能满足降温要求时，需要 A(D 开启沉降室侧墙上的混风阀降温 同时为保证系统除尘器滤袋的使用寿命，除尘 C 器的入口温度不能高于180℃，在除尘器入口管道 上设置野风阀，当除尘器的入口温度超过上限时打 开野风阀降温 3.2.5蒸汽压力的控制 当前，我国电炉钢厂主要生产工艺流程为 EAF一LFVD(RH)一CC.一方面电炉生产过程中 产生的烟气可以作为热源产生源源不断的蒸汽：另 一方面，VD(RH)炉在生产过程中需要稳定的蒸汽 ①、⑥一风机运行曲线：②、③一管网特性曲线：④一风机效率曲 供射流泵抽真空使用.但是，作为热源的高温烟气 线：⑤一风机内在功率曲线 在电炉冶炼过程中波动较大，其流量和温度都有很 图4风机P-Q特性曲线图 剧烈的波动，产汽量的波动范围也相应较大.为此， Fig.4 P-characteristic curves of fans 在热管蒸汽发生器后串接蓄热器，使余热回收系统 3.2.4烟气温度选择与控制 产生的蒸汽同时满足VD(H)炉对蒸汽压力、温度 热管内部换热过程的热阻只占总热阻的10% 及流量的要求北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 N = QP 3 600 × η × K ( 4) 式中: N 为风机所需配用的电机功率，W; Q 为风机 输出流量，m3 ·h － 1 ; P 为风机的风压，Pa; η 为风机效 率; K 为电机容量安全系数，除 尘 系 统 取 1. 10 ～ 1. 15 ［8］． 引风机的性能参数是按大气压力 101. 3 kPa，温 度 200 ℃，气体密度 ρ = 0. 745 kg·m － 3 时的烟气介质 计算的，因此选择风机时应对参数进行换算． P0 = P1 × 101. 3 Pb × 273 + t 273 + 200 ( 5) 式中: P0为引风机样本上的风压，Pa; P1为系统需要 的风压; Pa; Pb为实际工作条件下大气压，kPa; t 为 实际工作下的温度，℃ ． 其次，当风机输出设计所需的风量降低至 QB 时，风机特性曲线①在电机转速不变时是不变的，此 时风机工作点移至 B 点，输出压头升至 PB ; 管网特 性曲线变得高而陡，能耗也随之增加; 当采用变频电 机时，降低转速可使风机运行曲线变为曲线⑥，管网 特性曲线不变，输出压头降至 PC，由式( 4) 可知，能 耗随之降低． 因此，针对电炉烟气量和温度随冶炼周期呈周 期性变化的特点，系统采用变频调速风机，电炉在熔 化期、氧化期产生烟气量大，烟气温度高，风机满负 荷运行，提高余热回收量、保证除尘效果; 装料、出钢 阶段炉盖旋开，进入系统的环境空气，其温度低，风 机低转速运行，减少系统热量损失，同时降低系统运 行能耗． ①、⑥—风机运行曲线; ②、③—管网特性曲线; ④—风机效率曲 线; ⑤—风机内在功率曲线 图 4 风机 P--Q 特性曲线图 Fig． 4 P-Q characteristic curves of fans 3. 2. 4 烟气温度选择与控制 热管内部换热过程的热阻只占总热阻的 10% 左右，传热的主要矛盾在外部环节［9］: 热源与热管 蒸发段外壁间的换热过程; 冷水与热管冷凝段外壁 间的换热过程． 因此，根据传热学原理，热管的工作 温度 tv由下式确定: tv = Rc th + Rh tc Rc + Rh ( 6) 式中: Rc为冷却介质与热管的换热热阻，℃·W － 1 ; th 为烟气温度，℃ ; Rh为烟气与热管的换热热阻，℃· W － 1 ; tc为冷却介质温度，℃ ． 由于碳钢--水重力式热管主要依靠管内液态水 的相态变化来传热，碳钢中的铁和水中的氧在一定 温度结合成为 Fe( OH) 2或 Fe3O4而放出不能凝结的 氢气． 随着管内水温的升高，当热管内温度达到 350 ℃时，管内添加的钝化剂将会失效，反应产生氢 气量增多，在热管的冷凝段将形成不凝性气区，管内 压力急剧升高，当压力超过碳钢管所承受的最高内 压力时就会引发“爆管”． 由式( 6) 可以算出，当热管冷却介质( 锅炉饱和 水) 在压力为 1. 6 MPa、温度为 205 ℃时，烟气温度按 850 ℃计算，热管温度已达到 330 ℃ 以上． 因此要保 证热管余热锅炉长期安全、有效地工作，入口烟气温 度应控制在 850 ℃以下至关重要． 以莱钢 50 t 电炉热管式余热回收系统为例，入 口烟气温度控制在 800 ℃ 以下，各种工况下具体计 算参数见表 1． 当进入蒸汽发生器入口烟气温度临近 800 ℃ 时，拉大水冷烟道与电炉第 4 孔烟道的距离降低入 口烟气温度; 当上述调整不能满足降温要求时，需要 开启沉降室侧墙上的混风阀降温． 同时为保证系统除尘器滤袋的使用寿命，除尘 器的入口温度不能高于 180 ℃，在除尘器入口管道 上设置野风阀，当除尘器的入口温度超过上限时打 开野风阀降温． 3. 2. 5 蒸汽压力的控制 当前，我国电炉钢厂主要生产工艺流程为 EAF—LF—VD( RH) —CC． 一方面电炉生产过程中 产生的烟气可以作为热源产生源源不断的蒸汽; 另 一方面，VD( RH) 炉在生产过程中需要稳定的蒸汽 供射流泵抽真空使用． 但是，作为热源的高温烟气 在电炉冶炼过程中波动较大，其流量和温度都有很 剧烈的波动，产汽量的波动范围也相应较大． 为此， 在热管蒸汽发生器后串接蓄热器，使余热回收系统 产生的蒸汽同时满足 VD( RH) 炉对蒸汽压力、温度 及流量的要求． ·1290·