摘 要

在高炉炼铁的生产过程中，热风炉是它的重要辅助设备，高炉热风炉燃烧所产生的烟气具有较高的温度，包含大量热量，如果能够加以回收利用，可以降低能耗，但是烟气含硫，会产生露点腐蚀的问题。本课题就是基于这样的背景设计了一台以导热油T66作为热媒进行间接换热的热媒式煤预器。

具体的设计思路如下：先可以根据热平衡方程、烟气的进、出口温度和流量以及煤气的进口温度、流量，计算出传热量和煤气的出口温度。再控制导热油的高低温，从而计算出所需的量。为保证导热油的流速符合工艺要求，在本课题换热器中，导热油管束形式采用双排管。然后根据本课题的需要，选定换热管的材料、尺寸、数量以及换热器的排列方式，在烟气和煤气的流动压力降等各项指标满足设计的前提下进行结构计算。最后设计出煤预器系统的主要施工图和零部件图。

关键词：高炉热风炉 余热回收 热媒 煤气预热器

The design of heat medium gas preheater for 3200 m³ blast furnace

hot blast stoves

Abstract

In the process of blast furnace ironmaking, hot blast stove was an important auxiliary equipment. Flue gas produced by hot blast stoves combustion had high temperature and contained a lot of heat. If it can was recycled, it would reduce energy use. However, the sulfur content in flue gas can cause dew point corrosion. Based on this background, this thesis designed a heat medium gas preheater with T66 as heat medium for indirect heat transfer.

在换热器的工作过程中，烟气的温度会有所波动，且存在低温露点腐蚀的问题，为了适应烟气的温度变化，避免露点腐蚀，以导热油T66作为热媒进行间接换热的方式对烟气进行余热回收，即低温导热油进入烟气换热器与烟气进行热量交换，被加热后的高温导热油流经导热油管道再进入煤气换热器与低温煤气进行热量交换，对低温煤气进行预热，提高煤气温度，放热后的低温导热油在循环泵的作用下再次回到烟气换热器中进行加热，如此不断循环，从而达到烟气余热回收的作用。因为本课题利用导热油进行间接换热，所以可以将烟气换热器和煤气换热器进行分离，在工艺现场布置时会更为灵活，从而能够节约投资以及占地面积。烟气中含有粉尘，为了减少积灰，需要控制烟气的风速在8m/s左右，并将传热管进行水平布置。传热管采用翅片管，流道采用逆流布置以增强换热效率。

具体的设计思路如下：先可以根据热平衡方程、烟气的进、出口温度和流量以及煤气的进口温度、流量，计算出传热量和煤气的出口温度。再控制导热油的高低温，从而计算出所需的量。为保证导热油的流速符合工艺要求，在本课题换热器中，导热油管束形式采用双排管。然后根据本课题的需要，选定换热管的材料、尺寸、数量以及换热器的排列方式，在烟气和煤气的流动压力降等各项指标满足设计的前提下进行结构计算。最后设计出煤预器系统的主要部件施工总图和主要的零部件图。

Specific design ideas are as follows: Firstly, heat transfer and gas outlet temperature could be calculated according to heat balance equation, gas inlet and outlet temperature and flow rate, as well as gas inlet temperature and flow rate. Then control heat conducting oil temperature to calculate the required amount. In order to ensure that the flow rate of heat conducting oil meets the technological requirements, the heat conducting oil tube bundles were double-row tubes in this thesis. Next, according to the requirement of this thesis,choose the material, size, quantity and arrangement of heat transfer tubes , and the structure calculation was carried out that the flow pressure drop of flue gas and gas meets the design requirements. Finally, the main construction drawing and parts drawing of this system were designed.

Key words: Blast furnace hot blast stove；Waste heat recovery ；Heat medium ；Gas preheater

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2高炉热风炉及高炉煤气简介 1

1.3高炉热风炉烟气余热回收换热器的发展 1

1.3.1回转式换热器 1

1.3.2焊接板管式换热器 2

1.3.3热管式换热器 3

1.3.4热媒式换热器 4

1.4热媒式煤气预热器 4

1.4.1热媒简介 4

1.4.2热媒式煤预器的工作原理 5

1.4.3热媒式煤预器系统 5

1.4.4热媒式煤预器的换热器本体 6

1.5课题的必要性和意义 6

第二章 3200m³高炉热风炉热媒式煤预器的系统设计 7

2.1设计要求 7

2.2系统设计中要考虑的问题 7

2.3热力计算中遇到的问题 7

2.4图纸设计中遇到的问题 8

第三章 热力计算书 9

3.1原始参数 9

3.2烟气成分计算 9

3.3热平衡计算 10

3.3.1计算传热量 10

3.3.2煤气出口温度及参数 12

3.3.3导热油相关数据 14

3.4结构设计 15

3.4.1烟气-导热油换热器的结构设计及阻力降计算 15

3.4.2煤气-导热油换热器的结构设计及阻力降计算 22

第四章 施工图设计 30

4.1主要零部件的选型 30

4.2 系统其它设备选型 30

4.3施工图纸 30

第五章 总结 31

参考文献 32

致谢 34

第一章 绪论

1.1研究背景

在人类社会的进程中，能源的使用起到重要的作用，从柴薪时代到现在，能源的每一次变革都伴随着工业革命，促进了人类文明的进步^[1,2]。

近几十年，我国经济飞速发展，对钢铁的需求量不断增长，我国的高炉炼铁技术也有了很大的提高^[3,4]，但是目前我国高炉炼铁存在能耗较高，资源利用率低等问题^[5]，利用高炉热风炉煤预器对烟气进行余热回收已经成为降低能耗，提高资源利用率的重要手段之一^[6]。

1.2高炉热风炉及高炉煤气简介

在高炉炼铁的生产中，热风炉是它的重要辅助设备，通过燃烧燃料加热空气为高炉提供高温空气，一般情况下，每座高炉会配置3-4座热风炉^[7]。高炉热风炉根据工作原理，可分为蓄热式和换热式，而前者有两种不同形式的内部结构，分别是格子砖式以及蓄热体分球式；也有不同的燃烧方式，可分为内燃式、外燃式和顶燃式。

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