Midrex工藝氣電加熱技術(shù)

2023-11-22   作者：佚名   網(wǎng)友評論 0 條

米德雷克思冶煉技術(shù)服務(wù)（上海）有限公司

1 簡(jiǎn)介
 

鋼鐵工業(yè)正經(jīng)歷著(zhù)快速的市場(chǎng)變化和技術(shù)發(fā)展，市場(chǎng)變化的關(guān)鍵驅動(dòng)因素之一是需要改善加工路線(xiàn)對環(huán)境的影響，減少二氧化碳排放是該行業(yè)面臨的最重要的環(huán)境目標之一。
 

直接還原(DR) -電弧爐(EAF)路線(xiàn)是實(shí)現二氧化碳減排的最有前途的技術(shù)之一。為了實(shí)現減排，DR工廠(chǎng)正在擴大他們的燃料選擇，包括綠色氫。
 

當用作工藝燃料時(shí)，氫在直接減少DR路線(xiàn)中的二氧化碳排放方面具有很大的前景；然而，在傳統的基于燃燒的加熱裝置操作中，氫作為燃料用于加熱過(guò)程氣體時(shí)卻有明顯缺點(diǎn)。
 

一般來(lái)說(shuō)，綠色氫是由電解產(chǎn)生的。如果在燃燒系統中使用氫作為燃料，那么與典型的化石燃料相比，它可以減少二氧化碳的排放。然而，當用電生產(chǎn)氫氣時(shí)，效率低下，氫氣必須被運送到設施。為了克服效率低下的問(wèn)題，利用電直接加熱工藝氣體是更高效的。
 

電加熱器的工作原理是使電通過(guò)電阻絲制成的元件。當電流通過(guò)導線(xiàn)時(shí)，會(huì )產(chǎn)生熱量，熱量傳遞給被加熱的介質(zhì)。介質(zhì)可以是空氣和其他惰性氣體，也可以是合成氣、氫氣、液體和蒸汽。電加熱器用于許多行業(yè)的各種應用。壓力大于200bar，溫度大于1000℃，熱效率大于95%。額定功率可以從幾百瓦到幾百兆瓦，因為這項技術(shù)是非?？蓴U展的。
 

隨著(zhù)系統總功率需求的增加，通常加熱器的數量也會(huì )增加。根據系統壓力的不同，將一個(gè)功率大于10兆瓦的加熱器與盡可能多的加熱器并聯(lián)以達到系統功率要求是可行的。每個(gè)加熱器都通過(guò)一個(gè)控制面板進(jìn)行控制，該控制面板使用內置保護的閉環(huán)反饋，以防止低流量或無(wú)流量情況或元件線(xiàn)溫度可能超過(guò)設計限制的任何情況。
 

考慮到直接電加熱已經(jīng)在大規模應用上取得成功，那么只需要驗證MIDREX®工廠(chǎng)電加熱工藝氣體的實(shí)際性能。
 

本文將討論目前最先進(jìn)的氣體電加熱應用，以及電加熱器在DR應用中的熱循環(huán)開(kāi)發(fā)工作。
 

2 討論
 

在考慮為MIDREX H2™裝置設計電工藝氣體加熱器時(shí)，有幾個(gè)重要的操作條件。本文的重點(diǎn)是電加熱器的熱循環(huán)。
 

最先進(jìn)的MIDREX工廠(chǎng)通常每年運行超過(guò)8,000小時(shí)。運行時(shí)間的平衡是定期維護和計劃外工廠(chǎng)停工的結合。與這些停機有關(guān)的主要因素是材料的性質(zhì)和生產(chǎn)操作的爐溫。
 

圖1顯示了MIDREX H2裝置的流程，該裝置包含一個(gè)電加熱器(無(wú)二氧化碳氣體加熱器)。標識為1的流對應于將被引入豎爐的熱還原氣體。流1的確切要求取決于應用程序；然而，對于工業(yè)相關(guān)的例子，最常見(jiàn)的是發(fā)現溫度超過(guò)900攝氏度。在這些高溫下，金屬部件的機械性能變得有趣。當加熱裝置的運行從正常工作溫度降低到環(huán)境溫度時(shí)，它被稱(chēng)為“熱循環(huán)”。

在傳統的天然氣基直接還原技術(shù)中，各種合金轉化管和加熱管都可以觀(guān)察到熱循環(huán)。從這些參考文獻中可以很容易地觀(guān)察到，熱循環(huán)通常是組件整體壽命的負面因素。由于部件的熱膨脹、可能的微觀(guān)結構變化或與部件接近其工作極限操作相關(guān)的材料上的其他應力，然后迅速改變條件，熱循環(huán)可能導致設備幾何形狀的變化。
 

由于這些停工的可能性與MIDREX H2技術(shù)在加熱裝置本身之外的區域有關(guān)，因此我們應該假設電加熱器將受到與傳統轉化爐和加熱裝置操作相似的條件。
 

為了研究這一現象，進(jìn)行了一項實(shí)驗，以測量在重復熱循環(huán)過(guò)程中對電熱元件的影響。
 

3 實(shí)驗設計
 

測試裝置的塊流程圖如圖2所示。
 

圖2顯示了一個(gè)氣體循環(huán)和調節回路，該回路旨在為電加熱器提供類(lèi)似于氫基MIDREX工廠(chǎng)正常運行條件所需的氣體流量。
 

循環(huán)包括:

1.被檢驗的電加熱器

2.由氣體冷卻器、循環(huán)壓縮機和預熱器組成的循環(huán)回路

3.一個(gè)補充氣體閥門(mén)來(lái)控制氣體成分

4.一個(gè)系統壓力控制，放散

5.氣體分析系統和各種其他儀器
 

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