يتم استخدام المبادلات الحرارية لاسترداد الحرارة لاستعادة غاز المداخن في الفرن العالي لتوفير التدفئة لمنطقة المصنع.
جوهر استعادة الحرارة المهدورة والتسخين من غاز المداخن في الفرن العالي هو التقاط الحرارة المعقولة والكامنة في غاز المداخن من خلال الوسائل العلمية والتكنولوجية. بعد التنقية والتبادل الحراري والتخزين، يتم تحويل الطاقة الحرارية المهدورة إلى مصدر تسخين مستقر، مما يحقق دورة الطاقة المتمثلة في "تحويل النفايات إلى كنز". على عكس نماذج التدفئة التقليدية التي تعمل بالفحم-والغاز-، يركز هذا الأسلوب على الحرارة المهدرة الصناعية باعتبارها جوهرها، دون الحاجة إلى استهلاك إضافي للوقود الأحفوري. فهو يقلل من هدر الطاقة وانبعاثات الملوثات، ويلبي بشكل مثالي الاحتياجات الأساسية للتنمية الصناعية الخضراء في إطار هدف "الكربون المزدوج".
يعتمد التشغيل الفعال لنظام التسخين باسترداد حرارة غاز المداخن في الفرن العالي على نظام تقني كامل. يمكن تقسيم عمليتها الأساسية إلى خمس روابط رئيسية: جمع غاز المداخن، ومعالجة التنقية، والتبادل الحراري للنفايات، وتنظيم تخزين الحرارة، ونقل التدفئة. تعمل كل وصلة معًا لضمان كفاءة واستقرار وسلامة استعادة الحرارة المهدرة. في عملية تجميع غاز المداخن، يقوم النظام بإدخال غاز المداخن ذو درجة الحرارة العالية-(عادةً 150-300 درجة) الذي يتم تفريغه من مخرج عادم الفرن العالي إلى مجمع الحرارة المهدرة من خلال مروحة السحب المستحثة بغاز المداخن. غالبًا ما يستخدم المجمع مبادلات حرارية ذات أنبوب زعانف، مما يزيد من مساحة التبادل الحراري ويحسن كفاءة التقاط الحرارة المهدورة من خلال هيكلها ذي الزعانف الكثيفة. وفي الوقت نفسه، تم تجهيز أجهزة استشعار درجة الحرارة لمراقبة درجة حرارة غاز المداخن في الوقت الحقيقي، مما يوفر دعم البيانات للتنظيم اللاحق.
نظرًا لوجود كمية كبيرة من الغبار (بما في ذلك Fe ₂ O3 وSiO ₂ وما إلى ذلك) والغازات الضارة (مثل SO ₂ وNO ₓ) والرطوبة في غاز مداخن الفرن العالي، إذا دخل مباشرة إلى نظام التبادل الحراري، فسوف يتسبب في انسداد خط الأنابيب والتآكل وتقليل عمر خدمة المعدات. ولذلك، فإن علاج التنقية أمر بالغ الأهمية. تشتمل المجموعة الكاملة من وحدات تنقية الحرارة المهدورة عادةً على وحدات ترشيح سيراميكية، ووحدات امتصاص الكربون المنشط، ووحدات تجفيف الأغشية الكارهة للماء متصلة على التوالي. يمكن لوحدة الترشيح الخزفية إزالة الغبار من غاز المداخن بشكل فعال، ووحدة امتصاص الكربون المنشط تمتص الغازات الضارة، ووحدة تجفيف الغشاء الكاره للماء تفصل الرطوبة عن غاز المداخن. بعد التنقية الثلاثية، يمكن لغاز المداخن أن يتجنب بشكل فعال تلف المعدات اللاحقة، ويطيل عمر خدمة النظام، ويضمن سلامة التسخين.
تبادل الحرارة المهدرة هو الرابط الأساسي للنظام بأكمله، ويدور مبدأه حول "الالتقاط الفعال للحرارة المهدرة ونقل الحرارة الدقيق"، باتباع قوانين نقل الحرارة الرئيسية الثلاثة وهي التوصيل الحراري، والحمل الحراري، والإشعاع الحراري. تعتمد طريقة التبادل الحراري السائدة الحالية التبادل الحراري من الجدار إلى الجدار، والذي ينقل الحرارة في غاز المداخن إلى الماء المتداول من خلال مبادل حراري، مما يحقق تحويل الطاقة لـ "تبريد غاز المداخن وتسخين المياه" - يتدفق غاز المداخن ذو درجة الحرارة العالية-من خلال جانب غلاف المبادل الحراري، ويتدفق الماء المتداول في الاتجاه المعاكس لغاز المداخن في جانب الأنبوب، مع الحفاظ دائمًا على اختلاف كبير في درجة الحرارة (متوسط فرق درجة الحرارة 40-80 درجة)، مما يزيد من كفاءة التبادل الحراري. على سبيل المثال، فإن المبادل الحراري لغاز المداخن ذو درجة الحرارة المنخفضة-الذي يستخدم أنابيب ذات موصلية حرارية عالية من مادة مركبة منخفضة الأبعاد قائمة على الكربون لا يتمتع بمقاومة للتآكل ومقاومة منخفضة فحسب، بل يستعيد أيضًا بكفاءة الحرارة المهدرة لغاز المداخن ذات درجة الحرارة المنخفضة حوالي 145 درجة، مما يستغل بشكل كامل إمكانات الحرارة المهدرة.
بالنظر إلى أن درجة حرارة غاز مداخن الفرن العالي تتأثر بعوامل مثل حمل الصهر وتكوين المواد الخام، فإن سعة التقلب كبيرة، مما قد يؤدي بسهولة إلى درجة حرارة غير مستقرة لوسط التسخين. لذلك، يصبح رابط تنظيم تخزين الحرارة هو المفتاح لضمان استقرار التسخين. إن تطبيق أجهزة التخزين الحراري ذات درجة الحرارة المتوسطة المتغيرة يحل هذه المشكلة بشكل فعال. يستخدم الجهاز مواد متغيرة الطور مثل سبائك الألومنيوم والسيليكون كنواة، ويملأ الجزء الداخلي من خزان التخزين الحراري، ويدمج زعانف معدنية لتعزيز نقل الحرارة. ومن خلال الاستفادة من خصائص التخزين الحراري-عالية الكثافة للمواد المتغيرة الطور، فإنه يحقق تخزينًا ثابتًا وإطلاق-الحرارة المهدرة عند الطلب. عندما تكون الحرارة المتبقية لغاز المداخن كافية، تمتص المادة المتغيرة الطور الحرارة وتتصلب؛ عندما لا تكون هناك حرارة ضائعة كافية أو زيادة في الطلب على التدفئة، تطلق المواد المتغيرة الطور الحرارة لضمان درجة حرارة مستقرة في شبكة التدفئة. بالإضافة إلى ذلك، وحدة التحكم الذكية تراقب المعلمات مثل درجة حرارة غاز المداخن، معدل تدفق المياه المتداولة، ودرجة حرارة المواد المتغيرة في الطور في الوقت الحقيقي من خلال وحدة التحكم PLC، وتقوم بضبط حالة العمل لمروحة السحب المستحثة ومضخة التدوير ديناميكيًا، وتحقق التشغيل والصيانة الذكية للنظام، وتزيد من تحسين كفاءة استخدام الطاقة.
في الوقت الحالي، مع تعميق مفهوم التنمية الخضراء الصناعية، فإن تكنولوجيا التسخين باسترداد حرارة غاز المداخن في الفرن العالي تعمل أيضًا على الابتكار والتحديث باستمرار. يؤدي استخدام مواد جديدة (مثل الأنابيب المركبة المعززة بالجرافين) إلى تحسين كفاءة نقل الحرارة بشكل أكبر، كما يتيح تكامل تقنية التوأم الرقمي إمكانية المراقبة في الوقت الفعلي-والتحذير من الأخطاء أثناء تشغيل المعدات، ويستكشف اقتران تكنولوجيا المضخات الحرارية وأجهزة التخزين الحرارية إمكانية الاستفادة من الحرارة المهدرة ذات درجات الحرارة المتوسطة والمنخفضة. في المستقبل، مع التحسين المستمر للتكنولوجيا، سيكون نظام التسخين باسترداد حرارة غاز المداخن في الفرن العالي أكثر كفاءة وذكاء واستقرارًا. لا يمكن تطبيقه على مناطق مصانع الصلب فحسب، بل يمكن أيضًا توسيعه ليشمل التدفئة المجتمعية المحيطة، مما يحقق الاستخدام المنسق للطاقة بين منطقة المصنع والمدينة، ويفتح مساحة أوسع لاستخدام الموارد من حرارة النفايات الصناعية.
تعتبر حرارة النفايات الصناعية "كنزًا أخضر" مخفيًا، كما أن استخدام استعادة حرارة غاز المداخن في الفرن العالي لتدفئة المصانع لا يعد استخدامًا فعالاً للطاقة فحسب، بل يعد أيضًا ممارسة ملموسة للمؤسسات للوفاء بالمسؤوليات الاجتماعية وتعزيز التنمية الخضراء والمنخفضة-للكربون. بتوجيه من هدف "الكربون المزدوج"، ستزيد المزيد والمزيد من شركات الصلب من جهودها في استعادة الحرارة المهدرة واستخدامها، وحل مشكلة هدر الطاقة من خلال الابتكار التكنولوجي، وتحويل غاز مداخن الأفران العالية من "غاز النفايات" إلى "تيار دافئ"، وضخ زخم جديد في التحول الأخضر الصناعي، وتحقيق وضع مربح للجانبين-من الفوائد الاقتصادية والبيئية والاجتماعية.
