近年来，国家对节能环保工作提出了更高的要求，随着国家双碳目标的提出及推进，钢铁企业面临更加严峻的减碳压力。相较转炉来说，生产1t电炉钢减少CO2排放1．1t，电炉短流程具有明显的减排优势，电炉钢产能也在逐步扩大，2020年国内电炉钢产量已达到上亿吨。但目前，国内大部分的电炉高温烟气余热仍未回收利用，部分企业对电炉烟气余热进行了回收，但回收效果不理想。对电炉高温烟气(最高温度在1600℃以上)余热进行深度回收，提升电炉能源利用效率，降低电炉工序能耗及碳排放量，符合国家节能减排基本国策、绿色发展理念，也是企业保护环境、降本增效的重要途径。
1电炉烟气余热利用技术现状
各国因废钢、电、铁矿石、煤炭、天然气等资源条件不同，电炉短流程的发展情况及烟气余热利用情况也不尽相同。欧美等发达国家废钢资源丰富，电炉钢占比在50%以上，多以全废钢冶炼为主，烟温较低，大部分钢厂没有对电炉内排烟进行余热回收。我国废钢资源紧缺，电炉冶炼普遍热装铁水作为废钢的补充，与全废钢冶炼排出的炉气相比，加铁水冶炼排出的炉气具有CO含量高、烟气量大、烟气热值较高的特点，具有较大的回收潜力，国内已有不少钢厂对电炉烟气进行了余热回收改造。国外少部分钢厂对电炉烟气余热进行了回收利用，利用形式包括预热废钢、汽化冷却产生蒸汽+自用/ORC发电等。电炉烟气余热回收的主要技术为水冷烟道/汽化冷却烟道+热管式余热锅炉/水管余热锅炉。烟气冷却的主要方式见表1。
（1）水冷烟道+机力风冷器/喷雾冷却器技术具有一次投资少、技术可靠、运行稳定的特点，目前国内外仍在大量应用，但该技术存在烟气中大量显热无法回收利用的弊端，能源利用效率低、能耗大，还消耗大量的水和电。
（2）废钢预热+喷雾冷却器技术也是国内外钢厂采用较多的技术，但存在低温段烟气余热未利用，喷入大量冷水增加除尘负荷等问题;同时该技术还存在二噁英产生、废钢预热效果欠佳等问题。
（3）汽化烟道技术:利用汽化冷却系统回收部分烟气显热产生的蒸汽用于VD炉，但低温段烟气余热并未回收。
（4）汽化烟道+ORC有机工质发电技术:汽化冷却回收的蒸汽用于ORC发电，但实施效果并不理想，实际发电量不足设计值的50%，且低温段烟气余热并未回收。
（5）水冷烟道+热管式余热锅炉技术仅回收部分(约800～250℃)的烟气余热，仍需建设庞大的水冷系统。同时，热管余热锅炉存在短时间内失效和传热效率大幅降低的弊端。
（6）汽化烟道+热管式余热锅炉技术回收了电炉烟气绝大部分余热，但采用热管式余热锅炉仍存在换热效率随时间下降的问题。
（7）汽化烟道+水管式余热锅炉技术在回收电炉各温度段烟气余热的同时，避免了热管式余热锅炉的弊端，但仍存在局部余热浪费，目前回收水平在20～25t/h，利用效率不高。
2电炉烟气深度余热回收技术
本文所述电炉烟气深度余热回收技术，在汽化烟道+水管式余热锅炉技术的基础上，采取了第四孔烟气出口改造、从水冷滑套到余热锅炉的烟道全覆盖汽化冷却、燃烧沉降室顶部改为汽化冷却壁、水管锅炉采用快速蒸发冷却缩短二噁英适宜生成温度区间、配备全自动振打清灰系统等优化措施，以最大限度地回收电炉内排烟(200～1600℃)余热资源，确保除尘、降温、排污的同时，有效提升电炉高温烟气利用率，降低水、电消耗，达到节能减排、降本增效、环保达标的目的。电炉烟气深度余热回收流程及涉及装置设备见图1。
电炉烟气流经路径为:第四孔烟气出口→混合一定量空气→强制循环汽化冷却炉口烟道→燃烧沉降室→强制循环汽化冷却水平烟道→水管自然循环余热锅炉→余热锅炉省煤器→增压风机→除尘系统。
（1）第四孔烟气出口改造
进入余热回收系统的高温烟气量直接影响余热回收效率，故以增大内排烟气为主，减少外排烟气为原则，对第四孔孔径进行科学设计，对周围设施进行密封改造，最大限度回收电炉高温烟气，进入内排烟气余热回收系统。
（2）内排烟气余热深度回收
水冷滑套到燃烧沉降室烟道采用汽化冷却烟道，燃烧沉降室顶部采用汽化冷却壁，燃烧沉降室到余热锅炉的烟道采用汽化冷却烟道，汽化冷却均为强制循环冷却系统，汽包内的水与受热面依靠强制循环泵驱动进行循环。水管余热锅炉采用自然循环的方式，快速蒸发冷却最大限度减少二噁英生成温度区间。强制循环和自然循环产生的蒸汽经蒸汽管路送到蓄热器，消峰平谷后供生产使用。
（3）自动清灰系统
电炉烟气的量及成分与冶炼期、炉料结构、操作等有关，具有交变幅度大、粉尘量高等特点，清灰系统是电炉烟气深度余热回收系统安全稳定运行的保障。烟气中大颗粒粉尘到燃烧沉降室，由于烟气流速降低和流动方向的改变，依靠惯性和重力沉落到燃烧室底部，定期通过铲车清除。部分粉尘随着烟气流向余热锅炉，极易在受热面上形成堆积，影响锅炉传热，甚至导致传热恶化。采用全自动振打清灰系统，根据实际的烟尘集尘量来选择运行周期，通过敲击加强端头板的背面，产生的冲击能量传到管壁表面从而去除烟尘沉积，保证余热锅炉正常运行。
3电炉烟气深度余热回收实践
3．1电炉烟气除尘基本情况
某厂现有110t电炉，年产能110万t，铁水比在50%～60%，烟气量约25000m3/h，含CO的内排烟温约1640℃，烟气经第四孔由炉口段水冷烟道进入燃烧沉降室，充分燃烧后烟气温度高达1100℃，主要成分为N2、CO2、O2;然后烟气经水冷烟道进入喷雾冷却塔，塔前温度最高约550℃;经喷雾冷却塔降温后，温度降低到250℃;降温后的烟气经增压除尘风机送入除尘系统，达标后排放。
该厂的内排烟冷却系统为典型的水冷烟道+喷雾冷却塔系统，烟气余热大量显热被冷却水带走，未回收;系统运行时需要消耗大量的电、水及压缩空气;水冷系统中炉口段烟道存在漏水风险，对生产造成严重影响;水冷设备使用寿命短暂，维护成本高。
3．2烟气余热回收系统改造
坚持“对现有设施拆迁改造最少，对生产影响最小”的原则，在满足布置汽化冷却烟道和余热锅炉的条件下，尽可能保留现有水冷烟道旁路，在余热锅炉出现故障的情况下，能切换到水冷烟道的工况，保证电炉生产不受影响。现有设施仅需要拆除燃烧沉降室前的水冷烟道，拆除量及对生产的影响均大幅降低。
坚持“确保环保达标的基础上，最大程度回收烟气余热”原则，拆除入口水冷弯烟道，改造为两段强制循环的汽化冷却弯烟道;扩建燃烧沉降室，将原沉降室及扩建沉降室顶盖改造为强制循环汽化冷却形式;在燃烧沉降室与余热锅炉之间设计并安装一段汽化冷却烟道及一段绝热干烟道;新建1套余热锅炉及烟道系统;新增1套蒸汽蓄热站及蒸汽系统;增设1套变频增压风机，将烟气送回现有电炉除尘系统。
3．3蒸汽参数的确定
该厂RH精炼蒸汽用户在企业蒸汽管网供汽末端，通过自备电厂抽气远距离输送保供。在电炉烟气深度余热回收项目改造完成后，产生的蒸汽将先就地供RH炉蒸汽用户使用，富余回收蒸汽并入公司蒸汽管网供公司蒸汽用户使用，利于公司蒸汽管网大平衡、减少建设投资、降低公司蒸汽管网损耗。回收蒸汽参数的选取需满足ＲH炉系统使用的需求，即蒸汽温度为194～205℃，压力为1．3MPa。因此，电炉烟气深度余热回收系统输出蒸汽参数设定为1．3MPa、210℃的过热蒸汽。
3．4应用效果
该厂RH炉使用蒸汽由电炉余热回收产生蒸汽替代公司蒸汽管网供汽后，自备电厂抽汽压力降低，电厂可发挥发电效率高的优势，提高蒸汽的利用效率，同时公司蒸汽管网损耗也会有所降低;采用汽化冷却烟道和余热锅炉代替现有水冷烟道和喷雾冷却塔，不仅充分利用了烟气余热产出大量蒸汽供给厂区使用，同时节省了大量的工业水、电能;改造拆除了炉口段水冷烟道，解决了漏水风险给生产带来的隐患，系统性的改造升级还提升了设备运行的安全可靠性。
该厂电炉烟气深度余热回收系统自2020年5月建成至今，运行稳定，在铁水比51%、冶炼周期45min的工况下，产汽量达到38t/h，属于国内外领先水平。改造效果如表2所示。
4结语
电炉短流程对比长流程在节能减排角度具有明显优势，随着国家环境保护、碳减排政策的深入推进，发展电炉短流程将成为必然趋势。本文提出的电炉烟气深度余热回收技术，借鉴目前比较成熟的转炉汽化冷却和废热锅炉技术，在汽化烟道+水管式余热锅炉技术的基础上优化改进而成。经现场实践应用证明，深度回收效果明显，回收量达到38t/h，属于国内外先进水平，具有节能、降碳、降本等多重效益，可满足企业绿色转型发展的需求。
