Os trocadores de calor com recuperação de calor são usados ​​para recuperação de gases de combustão de altos-fornos para fornecer aquecimento para a área da planta.

O núcleo da recuperação e aquecimento do calor residual dos gases de combustão do alto-forno é capturar o calor sensível e latente nos gases de combustão através de meios científicos e tecnológicos. Após purificação, troca de calor e armazenamento, a energia térmica residual é convertida em uma fonte de aquecimento estável, atingindo o ciclo energético de "transformar resíduos em tesouro". Ao contrário dos modelos tradicionais de aquecimento a carvão-e a gás-, esta abordagem concentra-se no calor residual industrial como seu núcleo, sem a necessidade de consumo adicional de combustíveis fósseis. Reduz o desperdício de energia e as emissões de poluentes, satisfazendo perfeitamente as necessidades fundamentais do desenvolvimento industrial verde no âmbito do objectivo do "carbono duplo".

A operação eficiente do sistema de aquecimento por recuperação de calor dos gases de combustão do alto-forno depende de um sistema técnico completo. Seu processo principal pode ser dividido em cinco elos principais: coleta de gases de combustão, tratamento de purificação, troca de calor residual, regulação de armazenamento de calor e transporte de aquecimento. Cada link funciona em conjunto para garantir a eficiência, estabilidade e segurança da recuperação de calor residual. No processo de coleta de gases de combustão, o sistema introduz o gás de combustão de alta-temperatura (geralmente 150-300 graus) descarregado da saída de exaustão do alto-forno no coletor de calor residual através do ventilador de tiragem induzido pelos gases de combustão. O coletor geralmente usa trocadores de calor com tubos aletados, que aumentam a área de troca de calor e melhoram a eficiência da captura de calor residual com sua estrutura aletada densa. Ao mesmo tempo, sensores de temperatura são equipados para monitorar a temperatura dos gases de combustão em tempo real, fornecendo suporte de dados para posterior regulação.

Devido à presença de uma grande quantidade de poeira (incluindo Fe ₂ O3, SiO ₂, etc.), gases nocivos (como SO ₂, NO ₓ) e umidade nos gases de combustão do alto-forno, se entrar diretamente no sistema de troca de calor, causará bloqueio da tubulação, corrosão e reduzirá a vida útil do equipamento. Portanto, o tratamento de purificação é crucial. Um conjunto completo de módulos de purificação de calor residual geralmente inclui unidades de filtração cerâmica, unidades de adsorção de carvão ativado e unidades de desidratação por membrana hidrofóbica conectadas em série. A unidade de filtragem de cerâmica pode remover efetivamente a poeira do gás de combustão, a unidade de adsorção de carvão ativado adsorve gases nocivos e a unidade de desidratação por membrana hidrofóbica separa a umidade do gás de combustão. Após a purificação tripla, o gás de combustão pode efetivamente evitar danos aos equipamentos subsequentes, prolongar a vida útil do sistema e garantir a segurança do aquecimento.
A troca de calor residual é o elo central de todo o sistema, e seu princípio gira em torno da "captura eficiente do calor residual e transferência precisa de calor", seguindo as três principais leis de transferência de calor: condução de calor, convecção de calor e radiação de calor. O atual método de troca de calor convencional adota troca de calor de parede a parede, que transfere o calor do gás de combustão para a água circulante através de um trocador de calor, alcançando a conversão de energia de "resfriamento de gás de combustão e aquecimento de água" - o gás de combustão de alta- temperatura flui através do lado do casco do trocador de calor, e a água circulante flui na direção oposta ao gás de combustão no lado do tubo, sempre mantendo uma grande diferença de temperatura (diferença de temperatura média de 40-80 graus), maximizando a eficiência da troca de calor. Por exemplo, um-trocador de calor de gás de combustão de baixa temperatura usando tubos de alta condutividade térmica de material composto à base de carbono de baixa dimensão não só tem resistência à corrosão e resistência reduzida, mas também recupera eficientemente o calor residual de gás de combustão de baixa temperatura em torno de 145 graus, aproveitando totalmente o potencial de calor residual.

Considerando que a temperatura dos gases de combustão do alto-forno é afetada por fatores como carga de fundição e composição da matéria-prima, a amplitude de flutuação é grande, o que pode facilmente levar à instabilidade da temperatura do meio de aquecimento. Portanto, o link de regulação do armazenamento de calor torna-se a chave para garantir a estabilidade do aquecimento. A aplicação de dispositivos de armazenamento térmico de mudança de fase de temperatura média resolve efetivamente esse problema. O dispositivo usa materiais de mudança de fase, como liga de alumínio e silício como núcleo, preenche o interior do tanque de armazenamento térmico e incorpora aletas de metal para melhorar a transferência de calor. Ao utilizar as características de armazenamento térmico de alta-densidade dos materiais de mudança de fase, ele alcança armazenamento estável e liberação-de calor residual sob demanda. Quando o calor residual do gás de combustão é suficiente, o material de mudança de fase absorve calor e solidifica; Quando há calor residual insuficiente ou um aumento na procura de aquecimento, os materiais de mudança de fase libertam calor para garantir uma temperatura estável na rede de aquecimento. Além disso, o módulo de controle inteligente monitora parâmetros como temperatura dos gases de combustão, vazão de água circulante e temperatura do material de mudança de fase em tempo real por meio de um controlador PLC, ajusta dinamicamente o status de funcionamento do ventilador de tiragem induzida e da bomba de circulação, alcança operação inteligente e manutenção do sistema e melhora ainda mais a eficiência da utilização de energia.

Atualmente, com o aprofundamento do conceito de desenvolvimento industrial verde, a tecnologia de aquecimento de recuperação de calor de gases de combustão de altos-fornos também está em constante inovação e atualização. A aplicação de novos materiais (como tubos compostos reforçados com grafeno) melhora ainda mais a eficiência da transferência de calor, a integração da tecnologia digital twin permite monitoramento-em tempo real e aviso de falhas na operação do equipamento, e o acoplamento da tecnologia de bomba de calor e dispositivos de armazenamento térmico explora ainda mais o potencial para a utilização de calor residual de média e baixa temperatura. No futuro, com a melhoria contínua da tecnologia, o sistema de aquecimento de recuperação de calor de gases de combustão do alto-forno será mais eficiente, inteligente e estável. Não só pode ser aplicado a áreas siderúrgicas, mas também expandido para o aquecimento comunitário circundante, realizando a utilização coordenada de energia entre a área fabril e a cidade, e abrindo um espaço mais amplo para a utilização de recursos de calor residual industrial.
O calor residual industrial é um “tesouro verde” escondido, e a utilização da recuperação de calor dos gases de combustão dos altos-fornos para aquecimento de instalações não é apenas uma utilização eficiente da energia, mas também uma prática concreta para as empresas cumprirem as responsabilidades sociais e promoverem o desenvolvimento ecológico e de baixo-carbono. Sob a orientação do objectivo do "carbono duplo", cada vez mais empresas siderúrgicas aumentarão os seus esforços na recuperação e utilização do calor residual, resolverão o problema do desperdício de energia através da inovação tecnológica, transformarão o gás de combustão dos altos-fornos de "gás residual" em "corrente quente", injetarão um novo impulso na transformação verde industrial e alcançarão uma situação vantajosa-de benefícios económicos, ambientais e sociais.