楊 軍，匡洪鋒，楊國新
( 寶武集團廣東韶關鋼鐵有限公司，廣東 韶關 512123)
摘 要: 為解決原有熱風爐原有余熱回收換熱器熱管失效，換熱效果低，余熱回收不充分等問題，將原有的整體式熱管換熱器更換為新設計的板式換熱器，同時對相應管道、基礎、平臺、相關電氣儀表進行改造。板式換熱器具有傳熱性能高、低壓降、結(jié)構(gòu)緊湊、易維修、抗腐蝕性能好、抗積灰、耐磨、長壽等優(yōu)點。改造后，空、煤氣預熱后溫度雙雙達到 195 ℃，熱風溫度達到 1 170 ℃。
關鍵詞: 余熱回收; 換熱器; 改造
寶武集團廣東韶關鋼鐵有限公司( 以下簡稱“韶鋼”) 8 號高爐( 3 200 m3 ) 熱風爐系統(tǒng)配置 4 座內(nèi)燃式熱風爐，余熱回收系統(tǒng)原采用空、煤氣雙預熱，換熱器選用整體式熱管換熱器。為解決原有換熱器熱管失效，換熱效果低，余熱回收不充分等問題，將原有的整體式熱管換熱器更換為重新設計的板式換熱器，同時對相應管道、基礎、平臺、相關電氣儀表進行改造。此次改造屬于在線改造，高爐不停產(chǎn)，只是在停用和恢復換熱器時各進行一次 24 h 的休風。
1 板式換熱器特點
1． 1 傳熱性能高
與管式傳熱元件相比，板式傳熱元件總傳熱系數(shù)高出 1 ～3 倍，同熱管式相比，總傳熱系數(shù)提高 30%～100%。根據(jù)加熱與被加熱前后溫度、體積變化的特點，采用可變流道設計，確保總傳熱系數(shù)的最佳化和阻力降的最低化。管式熱效率約 75%，熱管式熱效率約 83%，而板式熱效率約 95%。
1． 2 低壓降
由于傳熱性能優(yōu)秀，流體通過的距離縮短，而且單板間( 間隔) 可根據(jù)對壓力損失的要求自由調(diào)整。同熱管式換熱器相比，板式換熱裝置阻力降低 20%～60%，僅為管式的 40% ～60%。
1． 3 結(jié)構(gòu)緊湊
蛇形通道一列，連續(xù)、密閉、相互層疊的構(gòu)造，與管間相隔的多管式構(gòu)造相比，同一容積的傳熱面積增加數(shù)倍。由于總傳熱系數(shù)大，所需傳熱面積減小，熱交換器實現(xiàn)了小型化。
板式結(jié)構(gòu)具有很高的緊湊度，管式( 熱管式) 傳熱元件的緊湊度約 60 m2 /m3 ，而板式傳熱元件為160 m2 /m3 ，提高近 3 倍。重量只有管式的 1/4，熱管式的 1/2。
1． 4 抗腐蝕性能及耐高、低溫性能
板式換熱器傳熱元件便于采用抗露點腐蝕鋼( 雙相鋼、ND 鋼、Corten 鋼) 、高溫鋼，容易在其表面進行防腐( 防腐涂料、滲鋁以及搪玻璃) ，具有良好的抗腐蝕性能、耐高低溫性能，可在60 ～900 ℃安全運行。對于高溫工況，材料為耐熱鋼，經(jīng)溶接組裝，單元波形曲板對熱膨脹差耐性極強。煤氣換熱器煤氣低溫段為了耐高爐煤氣腐蝕，采用 2205 雙相鋼、高溫段采用 316L 不銹鋼，空氣換熱器低溫段采用316L 不銹鋼、高溫段采用 304 不銹鋼。
1． 5 維修性能
沒有驅(qū)動部件，維修頻度小，炭灰、塵土、渣屑、雜物等附著物可用刷子、化學劑、噴射等方法清洗。構(gòu)造簡單。
1． 6 抗積灰及可靠性
特殊的波紋設計且傳熱表面光滑，板式預熱裝置不易積灰。流體通路呈蛇形或菱形，單板表面流體的層流部分產(chǎn)生脫離運動，流體加大紊流度，兩流體同時激烈地新陳代謝獲得高傳熱系數(shù)，而且由于脫離運動、塵土、渣屑、雜物等不易附著，故可維持長久的高性能。也可根據(jù)需要設置自動沖洗裝置，避免因灰塵大產(chǎn)生的換熱板表面附著。
1． 7 耐磨性
進氣的管口可加保護套和保護層，以及采用合理的流速，避免了對板片的磨損。
1． 8 長壽命
板式換熱器的壽命為 7 ～10 a，熱管式為 5 a 左右( 工作溫度 150 ～380 ℃) 。
板式換熱器與熱管換熱器優(yōu)缺點對比見表 1。
2 改造方案
2． 1 改造內(nèi)容
1) 將兩臺熱管換熱器( 空氣、煤氣) 拆除，更換為板式換熱器( 空氣、煤氣) ，板式換熱器的參數(shù)見表 2。
2) 對預熱區(qū)域的空煤氣管道、煙氣管道進行改造，相關平臺做適應改造;
3) 設備平臺高度由 +2. 885 m 降到 +1. 272 m，擴大換熱器平臺面積，同時對相應管道、基礎平臺、操作平臺、爬梯等進行改造;
4) 對穿過本區(qū)域的助燃風機電纜橋架移位( 由“先架空后落地”改為直接落地進電纜溝，電纜不換，整體保護性移動) ，對相關閥門的操作箱移位改造。
板式換熱器的設計參數(shù)見表 2。
2． 2 改造施工特點
本工程涉及專業(yè)多，設備結(jié)構(gòu)體積大，單元設備重量重，現(xiàn)場焊接量非常大，施工工期短，作業(yè)場地窄小，施工質(zhì)量要求高。電氣、通訊設施施工要同時進行，其控制技術難度高。在整個工程施工過程中，各方均要密切做好協(xié)調(diào)工作以確保 30 d 的工期。施工前根據(jù)項目特點編制施工計劃進度表，科學安排施工順序，合理組織各專業(yè)的交叉作業(yè)，落實安全設施并做好安全工作，以保證該工程各項目標的實現(xiàn)。施工計劃進度表見表 3。
1． 3 施工難點
不停產(chǎn)在線改造，大部分屬于高空作業(yè)，在煤氣管上焊接作業(yè)安全措施必須嚴格按規(guī)范要求執(zhí)行，并且相關施工措施要到位( 專人監(jiān)控、煤氣報警器隨身攜帶等) ，接口處必須按標準搭設好作業(yè)排柵架，其中換熱器的拆除( 舊) 和安裝需要 200 t 汽車吊才能吊裝。
本次改造是在高爐不停產(chǎn)的條件下更換新的換熱器，改造的難點有:
1) 現(xiàn)場切割、焊接工作量非常大。其中有兩臺舊換熱器以及進出口天方地圓變徑管 8 個，D2 400～3 600 的補償器 8 個，鋼結(jié)構(gòu)平臺、管道等結(jié)構(gòu)350 多噸，拆除工程量大，南北兩個方向吊車同時作業(yè)，拆、裝設備時，使用最大的吊車為 200 t 汽車吊。
2) 施工場地狹小，屬于高危煤氣區(qū)域，除基礎改造小部分工作量外，全部屬于高空作業(yè)，在高危煤氣區(qū)域，周圍是管道、電纜線、生產(chǎn)設備、設施等，給施工吊裝作業(yè)帶來很大的困難。
3) 周圍的管道、電纜等生產(chǎn)設施需要周全保護。
4) 在線改造，環(huán)境復雜，施工工期短( 30 d) ，給拆除、安裝施工作業(yè)的安全管理，造成了很大的困難。
3 改造效果
新?lián)Q熱器于 2018 年 4 月完成并順利運行，熱風爐燒爐用的助燃空氣預熱后溫度由 130 ℃ 提高到195 ℃，煤氣預熱后溫度由140 ℃提高195 ℃，摻燒焦爐煤氣用量由12 000 Nm3 /h 降到 6 000 Nm3 /h，風溫由1 160 ℃提高到1 170 ℃，達到節(jié)能降耗的效果。
4 結(jié)語
由于板式換熱器具有傳熱性能高、低壓降、結(jié)構(gòu)緊湊、易維修、抗腐蝕性能好、抗積灰、耐磨、長壽等優(yōu)點，新建項目應優(yōu)先考慮選用板式換熱器對煤氣和助燃空氣進行雙預熱，熱風爐使用單燒高爐煤氣