Gli scambiatori di calore a recupero di calore vengono utilizzati per il recupero dei gas di combustione degli altiforni per fornire il riscaldamento all'area dell'impianto.
L'obiettivo principale del recupero del calore di scarto e del riscaldamento dei gas di combustione degli altiforni è catturare il calore sensibile e latente nei gas di combustione attraverso mezzi scientifici e tecnologici. Dopo la purificazione, lo scambio di calore e lo stoccaggio, l'energia termica di scarto viene convertita in una fonte di riscaldamento stabile, realizzando il ciclo energetico di "trasformare i rifiuti in tesoro". A differenza dei tradizionali modelli di riscaldamento a carbone-e a gas-, questo approccio si concentra sul calore di scarto industriale come nucleo, senza la necessità di un consumo aggiuntivo di combustibili fossili. Riduce gli sprechi energetici e le emissioni inquinanti, soddisfacendo perfettamente le esigenze fondamentali dello sviluppo industriale verde nell'ambito dell'obiettivo "dual carbon".
Il funzionamento efficiente dell'impianto di riscaldamento con recupero del calore dei gas di combustione dell'altoforno si basa su un sistema tecnico completo. Il suo processo principale può essere suddiviso in cinque anelli principali: raccolta dei gas di scarico, trattamento di purificazione, scambio di calore di scarto, regolazione dello stoccaggio del calore e trasporto del calore. Ogni collegamento lavora insieme per garantire l'efficienza, la stabilità e la sicurezza del recupero del calore di scarto. Nel processo di raccolta dei gas di combustione, il sistema introduce i gas di combustione ad alta- temperatura (solitamente 150-300 gradi) scaricati dall'uscita di scarico dell'altoforno nel collettore di calore di scarto attraverso la ventola a tiraggio indotto dai gas di combustione. Il collettore utilizza spesso scambiatori di calore a tubi alettati, che aumentano l'area di scambio termico e migliorano l'efficienza di cattura del calore di scarto grazie alla loro fitta struttura alettata. Allo stesso tempo, i sensori di temperatura sono dotati di monitoraggio della temperatura dei fumi in tempo reale, fornendo supporto dati per la successiva regolazione.
A causa della presenza di una grande quantità di polvere (inclusi Fe ₂ O3, SiO ₂, ecc.), gas nocivi (come SO ₂, NO ₓ) e umidità nei gas di scarico dell'altoforno, se entrano direttamente nel sistema di scambio di calore, causeranno il blocco della tubazione, la corrosione e ridurranno la durata dell'apparecchiatura. Pertanto, il trattamento di purificazione è fondamentale. Un set completo di moduli di purificazione del calore di scarto comprende solitamente unità di filtrazione ceramica, unità di adsorbimento a carbone attivo e unità di disidratazione a membrana idrofobica collegate in serie. L'unità di filtraggio in ceramica può rimuovere efficacemente la polvere dai gas di combustione, l'unità di adsorbimento a carbone attivo assorbe i gas nocivi e l'unità di disidratazione a membrana idrofobica separa l'umidità dai gas di combustione. Dopo la tripla purificazione, i gas di combustione possono efficacemente evitare danni alle apparecchiature successive, prolungare la durata del sistema e garantire la sicurezza del riscaldamento.
Lo scambio di calore di scarto è l'anello centrale dell'intero sistema e il suo principio ruota attorno alla "cattura efficiente del calore di scarto e al trasferimento preciso del calore", seguendo le tre principali leggi del trasferimento di calore: conduzione del calore, convezione del calore e radiazione del calore. L'attuale metodo di scambio di calore tradizionale adotta lo scambio di calore da parete a parete, che trasferisce il calore nei gas di scarico all'acqua circolante attraverso uno scambiatore di calore, ottenendo la conversione energetica di "raffreddamento dei fumi e riscaldamento dell'acqua" - l'alta-temperatura dei gas di scarico scorre attraverso il lato mantello dello scambiatore di calore e l'acqua circolante scorre nella direzione opposta ai gas di scarico nel lato del tubo, mantenendo sempre una grande differenza di temperatura (differenza di temperatura media di 40-80 gradi), massimizzando l'efficienza dello scambio termico. Ad esempio, uno scambiatore di calore dei gas di scarico a bassa-temperatura che utilizza tubi in materiale composito a base di carbonio a bassa dimensionalità e ad alta conducibilità termica non solo ha resistenza alla corrosione e resistenza ridotta, ma recupera anche in modo efficiente il calore di scarico dei gas di scarico a bassa temperatura intorno a 145 gradi, sfruttando appieno il potenziale del calore di scarto.
Considerando che la temperatura dei gas di scarico dell'altoforno è influenzata da fattori quali il carico di fusione e la composizione della materia prima, l'ampiezza della fluttuazione è ampia, il che può facilmente portare a una temperatura instabile del mezzo riscaldante. Pertanto, il collegamento di regolazione dell'accumulo di calore diventa la chiave per garantire la stabilità del riscaldamento. L'applicazione di dispositivi di accumulo termico a cambiamento di fase a media temperatura risolve efficacemente questo problema. Il dispositivo utilizza materiali a cambiamento di fase come la lega di alluminio e silicio come nucleo, riempie l'interno del serbatoio di accumulo termico e incorpora alette metalliche per migliorare il trasferimento di calore. Utilizzando le caratteristiche di accumulo termico ad alta-densità dei materiali a cambiamento di fase, si ottiene uno stoccaggio stabile e il rilascio-su richiesta del calore di scarto. Quando il calore residuo dei fumi è sufficiente, il materiale a cambiamento di fase assorbe calore e solidifica; Quando il calore disperso è insufficiente o c’è un aumento della domanda di riscaldamento, i materiali a cambiamento di fase rilasciano calore per garantire una temperatura stabile nella rete di riscaldamento. Inoltre, il modulo di controllo intelligente monitora parametri quali la temperatura dei gas di scarico, la portata dell'acqua circolante e la temperatura del materiale a cambiamento di fase in tempo reale attraverso un controller PLC, regola dinamicamente lo stato di funzionamento del ventilatore a tiraggio indotto e della pompa di circolazione, ottiene un funzionamento e una manutenzione intelligenti del sistema e migliora ulteriormente l'efficienza di utilizzo dell'energia.
Attualmente, con l'approfondimento del concetto di sviluppo industriale verde, anche la tecnologia del riscaldamento a recupero di calore dei gas di combustione degli altiforni è in costante innovazione e miglioramento. L'applicazione di nuovi materiali (come i tubi compositi rinforzati con grafene) migliora ulteriormente l'efficienza del trasferimento di calore, l'integrazione della tecnologia del gemello digitale consente il monitoraggio-in tempo reale e l'avviso di guasti del funzionamento delle apparecchiature, mentre l'accoppiamento della tecnologia della pompa di calore e dei dispositivi di accumulo termico esplora ulteriormente il potenziale per l'utilizzo del calore di scarto a media e bassa temperatura. In futuro, con il continuo miglioramento della tecnologia, il sistema di riscaldamento a recupero di calore dei gas di scarico dell'altoforno sarà più efficiente, intelligente e stabile. Può essere applicato non solo alle aree degli impianti siderurgici, ma anche esteso al riscaldamento comunitario circostante, realizzando l’utilizzo coordinato dell’energia tra l’area dell’impianto e la città e aprendo uno spazio più ampio per l’utilizzo delle risorse del calore di scarto industriale.
Il calore di scarto industriale è un "tesoro verde" nascosto e l'uso del recupero del calore dei gas di combustione degli altiforni per il riscaldamento degli impianti non è solo un utilizzo efficiente dell'energia, ma anche una pratica concreta per le imprese per adempiere alle responsabilità sociali e promuovere uno sviluppo verde e a basse- emissioni di carbonio. Sotto la guida dell'obiettivo del "doppio carbonio", sempre più aziende siderurgiche aumenteranno i propri sforzi nel recupero e nell'utilizzo del calore di scarto, risolveranno il problema degli sprechi energetici attraverso l'innovazione tecnologica, trasformeranno i gas di scarico degli altiforni da "gas di scarico" a "corrente calda", daranno nuovo slancio alla trasformazione verde industriale e raggiungeranno una situazione vantaggiosa per tutti di vantaggi economici, ambientali e sociali.
