ボイラー熱回収熱交換器は鉄鋼業界の省エネと炭素削減を促進します

コアの位置付け：ボイラー排熱回収熱交換器のコア価値
鉄鋼生産は、高炉熱風ストーブ、ガス発電ボイラー、焼結リング冷却器、コークス炉などのさまざまなタイプのボイラーのサポートから切り離すことはできません。これらの機器は、運転中、100 度の中低温排ガスから 1050 度の高温排ガスまで、さまざまな温度レベルで大量の廃熱を生成します -。直接排出すると、深刻なエネルギーの浪費を引き起こすだけでなく、環境の熱汚染を悪化させます。ボイラー熱回収熱交換器の中核となる価値は、「廃熱を回収して効率的に熱交換エネルギーを再利用する」閉ループ システムを構築し、製鉄所のボイラーの廃熱特性に正確に適合させ、失われた廃熱を燃焼用空気の予熱、ボイラー給水の加熱、蒸気の生成などの利用可能なエネルギーに変換し、「廃棄物を宝に変える」ことを達成することにあります。その性能はボイラー廃熱回収の効率と省エネ、二酸化炭素削減効果を直接決定し、ボイラー廃熱とエネルギー再利用をつなぐ重要な架け橋となります。{8}}

(1) 省エネ・消費量削減、エネルギー利用効率の向上

製鉄所のボイラーから放出される廃熱のうち、高温の排ガスによって運ばれる熱だけで、設備の総熱放散量の 40% 以上を占めます。{0}}高品質のボイラー熱回収熱交換器は、85% 以上の熱伝達効率を達成し、エネルギー利用効率を大幅に向上させます。たとえば、高炉の熱風ストーブからの燃焼排ガスが熱交換器で処理された後、空気とガスを 190 ～ 380 度に予熱することができ、熱風ストーブの燃料消費量が大幅に削減され、高炉プロセスの最終的なエネルギー効率の向上に役立ちます。全体的な利益は 2% ～ 4% 増加する可能性があります。某1000万トン鉄鋼企業の2500立方メートル高炉に大型ロータリー熱交換器を導入したところ、燃焼空気の温度が室温から380度に上昇し、高炉の燃料燃焼効率が12％向上し、コークス比率が550kg/tから480kg/tに減少し、大幅な省エネを達成した。同時に、熱交換器はボイラーの排気温度を 100 ～ 130 度に下げることができ、熱損失を回避し、製鉄所の全体的なエネルギー消費レベルを業界のベンチマークに近づけることができます。

(2) コストを削減し、効率を高め、企業の核となる競争力を強化します。

エネルギーコストは、鉄鋼企業の生産コストの重要な要素です。ボイラー熱回収熱交換器は、購入した燃料と電力の消費量を削減することで企業の運用コストを直接削減し、同時に設備の運用とメンテナンスの投資を削減し、二重の効率向上を実現します。青港市の 1,800 立方メートルの高炉を例にとると、専用の熱回収熱交換器のサポートにより、毎年追加の熱量を回収でき、これは 3,957 万標準立方メートルのガスを節約することに相当します。空気漏れの減少とガスの節約を組み合わせると、年間の省エネ効果は 911.6 万元に達します。-運用コストを差し引くと、増分の省エネ効果は約 891 万元になります。- 120トンの転炉作業場にはスパイラルフィン付きチューブ熱交換器が採用されており、鋼鉄炉あたり1,200万kcalの熱を回収でき、これは標準石炭1.2トンの節約に相当します。年間発電量は1,800万kWh増加し、設備のメンテナンスサイクルが年4回から2回に短縮され、メンテナンスコストが40％削減されます。大規模な鉄鋼企業にとって、完全なボイラー熱回収熱交換器システムは年間数百万元、さらには数千万元のコストを削減し、企業の市場競争力を大幅に強化します。

(3) グリーンカーボン削減、業界の低炭素変革を支援-
「デュアルカーボン」目標のもと、鉄鋼業界は厳しい排出削減要求に直面している。ボイラー熱回収熱交換器は、化石燃料を燃焼させる代わりに廃熱を回収することで石炭や天然ガスなどのエネルギー消費を効果的に削減し、二酸化炭素、二酸化硫黄、窒素酸化物などの汚染物質の排出を削減します。計算によると、廃熱が 1GJ 回収されるごとに、約 80-100kg の二酸化炭素排出量を削減できます。生産能力 500 万トンの鉄鋼企業を例にとると、ボイラー熱回収熱交換器のサポートにより、年間 26,000 トンの二酸化炭素、750 トンの二酸化硫黄、および 375 トンの窒素酸化物を削減できます。 Shiheng Special Steel は、コークス炉ライザージャケット熱交換器を通じて原料石炭ガスから廃熱を回収し、コークス化エネルギー消費量の削減と汚染物質排出の抑制という複数の利点を実現します。同社の調質鋼の同時生産による炭素削減・固定化プロジェクトは、炭素排出量を年間 300,000 トン削減し、生態環境省によって「カーボンニュートラルの典型的な事例」として認められています。大手鉄鋼企業は、プロセス全体にさまざまな熱回収熱交換器を導入した結果、二酸化炭素排出量を年間 85 万トン削減し、2 億 3,000 万元を超える経済効果を生み出し、熱交換器の低炭素価値を十分に実証しました。

コアのタイプと技術的特徴: 製鉄所の複数のボイラー シナリオに最適

製鉄所にはさまざまなタイプのボイラーがあり、廃熱特性 - の温度範囲は 100 ℃ ～ 1050 ℃、複雑な排ガス組成 (硫黄、塩素、粉塵などを含む) が大きく異なります。対応するボイラー熱回収熱交換器も差別化されたタイプを示しており、「カスケード利用、正確な熱交換」を中心に展開し、さまざまなボイラーシナリオと廃熱の質に適応し、廃熱資源の最大限の利用を実現し、従来の機器の腐食、灰の蓄積、性能低下などの問題点を解決します。

(1) 主流の熱交換器の種類と技術的優位性

1. インテリジェントな温度制御二重予熱熱交換器: サーマルオイルを熱媒体として使用し、排ガス熱交換器、空気熱交換器、ガス熱交換器およびインテリジェント制御システムで構成される「排ガスサーマルオイル空気/ガス」の熱交換システムが構築され、主に高炉熱風ストーブおよびガス発電ボイラーの低温排ガス廃熱回収に適しています。{1}その主な利点は、低温酸露点腐食の問題を根本的に解決し、灰の蓄積現象を軽減することです。また、機器の耐用年数は 10 年以上に達し、従来のプレート熱交換器やヒートパイプ熱交換器の耐用年数を 3 ～ 5 年超えます。通常の運転条件下では、排ガス入口温度 280 度での廃熱を回収して、ガスと空気を 190 度の温度に予熱できます。排ガスの入口温度が 330 度の場合、予熱温度は 230 度まで上げることができ、排気温度は 130 度以下 (最低 100 度) まで下げることができます。

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 度）は、スリーブ型放射熱伝達モジュールを使用して、排ガスの放射特性を通じて熱エネルギーを伝達し、熱応力による損傷を回避します。温度が 750 度以下に下がったら、対流熱伝達モードに切り替えます。プレート熱交換器の高効率熱伝達の利点と組み合わせることで、熱伝達係数は 3500W/(m ² · K) に達し、従来のソリューションと比較して装置の設置面積が 40% 以上削減されます [2]。ある製鉄所の2000m 3 高炉を改修したところ、ガス顕熱回収効率が22%向上し、標準石炭を年間12000トン節約できました。
3. チューブ熱交換器: 最も広く使用されているタイプの 1 つで、コアは複数の高温耐性金属チューブ (310S ステンレス鋼、インコネル合金など) で構成されています。-高温の排ガスが管束の外側を流れ、被加熱媒体が管内を循環し、管壁の熱伝導により熱伝達が行われます。構造は頑丈で、800-1200 度の高温と高圧に耐えることができ、清掃とメンテナンスが簡単で、製鉄所の高炉や転炉などの粉塵含有量の多い排ガス環境に適しています。特殊鋼企業の120トン転炉はスパイラルフィンチューブ熱交換器を採用しており、単一熱交換面積は3200平方メートルです。フィンは 850 度の耐熱性を備えたニッケルクロム合金材料で作られており、高温腐食に効果的に耐え、排ガス温度を 800 度から 280 度に下げます。廃熱回収効果は大きい。

4. プレート式熱交換器: 熱交換要素として波形金属プレートを使用し、プレート間に狭いチャネルが形成され、高温の排ガスが加熱される媒体と逆流します。-伝熱面積が大きく、効率が高く、従来のチューブ熱交換器よりも 10% ～ 30% 高くなります。コンパクトなボリュームは、限られたスペースのシナリオに適しています。鋼圧延加熱炉の650度の高温排ガスに対して、耐灰型プレート熱交換器は特殊なプレート設計を採用し、自動灰洗浄システムを装備しており、排ガスの熱を利用して燃焼用空気と圧延機の冷却水を予熱することができ、加熱炉の燃料消費量を10％削減します。

5.補助熱交換器：エコノマイザー、空気予熱器、ヒートパイプ熱交換器などを含み、主に中低温廃熱回収（温度）に使用されます。<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%.

業界の動向と発展の見通し
国の「鉄鋼業の省エネルギー・低炭素化特別行動計画」の推進により、2025年末までに鉄鋼業の高炉・転炉の単位製品あたりのエネルギー消費量が2023年比で1％以上削減され、鉄鋼1トン当たりの総合エネルギー消費量が2％以上削減されます。ボイラー熱回収熱交換器は、省エネと炭素削減の中核機器として、より広範な開発スペースの到来をもたらします。業界の発展ニーズと技術革新の方向に基づいて、将来のボイラー熱回収熱交換器には 3 つの主要な開発トレンドがあると考えられます。

1 つは技術インテリジェンスのアップグレードであり、AI、デジタル ツイン、モノのインターネットなどの新技術を統合して、熱交換器の動作状態のリアルタイム監視、正確な調整、故障警告を実現し、熱交換効率をさらに向上させ、運用とメンテナンスのコストを削減します。{0}同時に、適応型熱交換器の開発により、廃熱の温度と流量の変動に基づいて動作パラメータを自動的に調整し、製鉄所の複雑な廃熱シナリオに適応できます。

2 つ目は、材料と構造の革新であり、インコネル 625、310S ステンレス鋼などのより高度な高温耐性および耐食性-の合金材料を使用して、高温、高腐食、粉塵の多い環境における熱交換器の安定性を向上させます。熱交換器の構造設計を最適化し、コンパクトで効率的な熱交換器を開発し、設置面積を削減し、従来のソリューションと比較して高温スリーブ熱交換器の設置面積を 40% 以上削減するなど、スペース利用率を向上させます。-

3 つ目は、システム統合の開発です。これは、ボイラー熱回収熱交換器とガス回収、蒸気サイクル、エネルギー貯蔵システムを組み合わせて、統合エネルギー リサイクル システムを構築し、企業のエネルギー自給率を高め、電力価格の変動とエネルギー供給リスクに対処します。{0}同時に、水素冶金などの新しい製錬技術を組み合わせ、熱交換器設計を最適化し、新しい熱源構造に適応し、鉄鋼業界の「省エネと炭素削減」から「ゼロ炭素排出」への移行を促進します。

さらに、コークス炉ライザーガスからの廃熱回収に関する業界標準の推進など、業界標準の継続的な改善により、ボイラー熱回収熱交換器の適用がより標準化および標準化され、業界全体のエネルギー効率レベルが促進されます。国家の鉄生産能力10億トンによれば、先進的なボイラー排熱回収熱交換器の導入が全面的に推進されれば、約48億元のコスト削減と年間520万トンの二酸化炭素排出量削減が可能となり、経済面でも環境面でも大きなメリットがあるという。