Les échangeurs de chaleur à récupération de chaleur sont utilisés pour la récupération des gaz de combustion des hauts fourneaux afin de fournir du chauffage à la zone de l'usine.
L’essentiel de la récupération de la chaleur résiduelle et du chauffage des gaz de combustion des hauts fourneaux consiste à capter la chaleur sensible et latente des gaz de combustion par des moyens scientifiques et technologiques. Après purification, échange de chaleur et stockage, l'énergie thermique résiduelle est convertie en une source de chauffage stable, réalisant ainsi le cycle énergétique consistant à « transformer les déchets en trésor ». Contrairement aux modèles de chauffage traditionnels au charbon-et au gaz-, cette approche se concentre sur la chaleur résiduelle industrielle, sans nécessiter de consommation supplémentaire de combustibles fossiles. Il réduit le gaspillage d'énergie et les émissions de polluants, répondant parfaitement aux besoins fondamentaux du développement industriel vert dans le cadre de l'objectif « double carbone ».
Le fonctionnement efficace du système de chauffage à récupération de chaleur des gaz de combustion des hauts fourneaux repose sur un système technique complet. Son processus principal peut être divisé en cinq maillons principaux : la collecte des gaz de combustion, le traitement de l'épuration, l'échange de chaleur résiduelle, la régulation du stockage de chaleur et le transport de la chaleur. Chaque maillon fonctionne ensemble pour garantir l’efficacité, la stabilité et la sécurité de la récupération de chaleur perdue. Dans le processus de collecte des gaz de combustion, le système introduit les gaz de combustion à haute température (généralement 150 à 300 degrés) évacués de la sortie d'échappement du haut fourneau dans le collecteur de chaleur perdue via le ventilateur de tirage induit par les gaz de combustion. Le collecteur utilise souvent des échangeurs de chaleur à tubes à ailettes, qui augmentent la surface d'échange thermique et améliorent l'efficacité du captage de la chaleur perdue grâce à leur structure dense à ailettes. Dans le même temps, des capteurs de température sont équipés pour surveiller la température des fumées en temps réel, fournissant ainsi un support de données pour une régulation ultérieure.
En raison de la présence d'une grande quantité de poussière (y compris Fe ₂ O3, SiO ₂, etc.), de gaz nocifs (tels que SO ₂, NO ₓ) et d'humidité dans les gaz de combustion du haut fourneau, s'ils pénètrent directement dans le système d'échange thermique, cela provoquera un blocage des canalisations, de la corrosion et réduira la durée de vie de l'équipement. Le traitement de purification est donc crucial. Un ensemble complet de modules de purification de la chaleur résiduelle comprend généralement des unités de filtration en céramique, des unités d'adsorption sur charbon actif et des unités de déshydratation à membrane hydrophobe connectées en série. L'unité de filtration en céramique peut éliminer efficacement la poussière des gaz de combustion, l'unité d'adsorption sur charbon actif adsorbe les gaz nocifs et l'unité de déshydratation à membrane hydrophobe sépare l'humidité des gaz de combustion. Après une triple purification, les gaz de combustion peuvent efficacement éviter d'endommager les équipements ultérieurs, prolonger la durée de vie du système et assurer la sécurité du chauffage.
L'échange de chaleur perdue est le maillon central de l'ensemble du système, et son principe tourne autour de « la capture efficace de la chaleur perdue et un transfert de chaleur précis », suivant les trois principales lois de transfert de chaleur que sont la conduction thermique, la convection thermique et le rayonnement thermique. La méthode d'échange de chaleur actuelle adopte un échange de chaleur mur à mur, qui transfère la chaleur des gaz de combustion à l'eau en circulation via un échangeur de chaleur, réalisant la conversion d'énergie du « refroidissement des gaz de combustion et du chauffage de l'eau » - les gaz de combustion à haute température - s'écoulent à travers le côté coque de l'échangeur de chaleur, et l'eau en circulation s'écoule dans la direction opposée aux gaz de combustion du côté tube, maintenant toujours une grande différence de température (différence de température moyenne de 40-80 degrés), maximisant l'efficacité de l'échange thermique. Par exemple, un échangeur de chaleur de gaz de combustion à basse température utilisant des tuyaux à haute conductivité thermique en matériau composite à base de carbone de faible dimension présente non seulement une résistance à la corrosion et une résistance réduite, mais récupère également efficacement la chaleur perdue des gaz de combustion à basse température autour de 145 degrés, exploitant pleinement le potentiel de la chaleur perdue.
Étant donné que la température des gaz de combustion du haut fourneau est affectée par des facteurs tels que la charge de fusion et la composition des matières premières, l'amplitude de fluctuation est grande, ce qui peut facilement conduire à une température instable du fluide caloporteur. Par conséquent, le lien de régulation du stockage de chaleur devient la clé pour assurer la stabilité du chauffage. L’application de dispositifs de stockage thermique à changement de phase à température moyenne résout efficacement ce problème. Le dispositif utilise des matériaux à changement de phase tels qu'un alliage d'aluminium et de silicium comme noyau, remplit l'intérieur du réservoir de stockage thermique et intègre des ailettes métalliques pour améliorer le transfert de chaleur. En utilisant les caractéristiques de stockage thermique à haute densité des matériaux à changement de phase, il permet un stockage stable et une libération à la demande de la chaleur perdue. Lorsque la chaleur résiduelle des fumées est suffisante, le matériau à changement de phase absorbe la chaleur et se solidifie ; En cas de perte de chaleur insuffisante ou d’augmentation de la demande de chauffage, les matériaux à changement de phase libèrent de la chaleur pour assurer une température stable dans le réseau de chaleur. De plus, le module de contrôle intelligent surveille des paramètres tels que la température des gaz de combustion, le débit d'eau en circulation et la température du matériau à changement de phase en temps réel via un contrôleur PLC, ajuste dynamiquement l'état de fonctionnement du ventilateur à tirage induit et de la pompe de circulation, réalise un fonctionnement et une maintenance intelligents du système et améliore encore l'efficacité de l'utilisation de l'énergie.
Actuellement, avec l'approfondissement du concept de développement industriel vert, la technologie du chauffage par récupération de chaleur des gaz de combustion des hauts fourneaux innove et se modernise également constamment. L'application de nouveaux matériaux (tels que les tuyaux composites renforcés de graphène) améliore encore l'efficacité du transfert de chaleur, l'intégration de la technologie du jumeau numérique permet une surveillance en temps réel et une alerte en cas de panne du fonctionnement de l'équipement, et le couplage de la technologie des pompes à chaleur et des dispositifs de stockage thermique explore davantage le potentiel d'utilisation de la chaleur résiduelle à moyenne et basse température. À l’avenir, grâce à l’amélioration continue de la technologie, le système de chauffage à récupération de chaleur des gaz de combustion des hauts fourneaux sera plus efficace, intelligent et stable. Il peut non seulement être appliqué aux zones d'aciéries, mais également étendu au chauffage communautaire environnant, réalisant une utilisation coordonnée de l'énergie entre la zone de l'usine et la ville et ouvrant un espace plus large pour l'utilisation des ressources de chaleur industrielle résiduelle.
La chaleur résiduelle industrielle est un "trésor vert" caché, et l'utilisation de la récupération de la chaleur des gaz de combustion des hauts fourneaux pour le chauffage des usines constitue non seulement une utilisation efficace de l'énergie, mais également une pratique concrète permettant aux entreprises d'assumer leurs responsabilités sociales et de promouvoir un développement vert et à faible-carbone. Sous la direction de l'objectif « double carbone », de plus en plus d'entreprises sidérurgiques augmenteront leurs efforts en matière de récupération et d'utilisation de la chaleur perdue, résoudront le problème du gaspillage d'énergie grâce à l'innovation technologique, transformeront les gaz de combustion des hauts fourneaux de « gaz résiduaires » en « courant chaud », injecteront un nouvel élan dans la transformation verte industrielle et parviendront à une situation gagnant-gagnant en termes d'avantages économiques, environnementaux et sociaux.
