Midrex工藝氣電加熱技術

2023-11-22   作者：佚名   網友評論 0 條

米德雷克思冶煉技術服務（上海）有限公司

1 簡介
 

鋼鐵工業(yè)正經歷著快速的市場變化和技術發(fā)展，市場變化的關鍵驅動因素之一是需要改善加工路線對環(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)路線是實現(xiàn)二氧化碳減排的最有前途的技術之一。為了實現(xiàn)減排，DR工廠正在擴大他們的燃料選擇，包括綠色氫。
 

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

一般來說，綠色氫是由電解產生的。如果在燃燒系統(tǒng)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，當用電生產氫氣時，效率低下，氫氣必須被運送到設施。為了克服效率低下的問題，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電阻絲制成的元件。當電流通過導線時，會產生熱量，熱量傳遞給被加熱的介質。介質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，因為這項技術是非?？蓴U展的。
 

隨著系統(tǒng)總功率需求的增加，通常加熱器的數(shù)量也會增加。根據(jù)系統(tǒng)壓力的不同，將一個功率大于10兆瓦的加熱器與盡可能多的加熱器并聯(lián)以達到系統(tǒng)功率要求是可行的。每個加熱器都通過一個控制面板進行控制，該控制面板使用內置保護的閉環(huán)反饋，以防止低流量或無流量情況或元件線溫度可能超過設計限制的任何情況。
 

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

本文將討論目前最先進的氣體電加熱應用，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，有幾個重要的操作條件。本文的重點是電加熱器的熱循環(huán)。
 

最先進的MIDREX工廠通常每年運行超過8,000小時。運行時間的平衡是定期維護和計劃外工廠停工的結合。與這些停機有關的主要因素是材料的性質和生產操作的爐溫。
 

圖1顯示了MIDREX H2裝置的流程，該裝置包含一個電加熱器(無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)相關的例子，最常見的是發(fā)現(xiàn)溫度超過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，它被稱為“熱循環(huán)”。

在傳統(tǒng)的天然氣基直接還原技術中，各種合金轉化管和加熱管都可以觀察到熱循環(huán)。從這些參考文獻中可以很容易地觀察到，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、可能的微觀結構變化或與部件接近其工作極限操作相關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技術在加熱裝置本身之外的區(qū)域有關，因此我們應該假設電加熱器將受到與傳統(tǒng)轉化爐和加熱裝置操作相似的條件。
 

為了研究這一現(xiàn)象，進行了一項實驗，以測量在重復熱循環(huán)過程中對電熱元件的影響。
 

3 實驗設計
 

測試裝置的塊流程圖如圖2所示。
 

圖2顯示了一個氣體循環(huán)和調節(jié)回路，該回路旨在為電加熱器提供類似于氫基MIDREX工廠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

3.一個補充氣體閥門來控制氣體成分

4.一個系統(tǒng)壓力控制，放散

5.氣體分析系統(tǒng)和各種其他儀器
 

……