石灰窯煙氣余熱用于高爐水渣烘干制粉的研究與應(yīng)用

摘 要:本文結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，實(shí)現(xiàn)20萬(wàn)噸/年石灰窯生產(chǎn)線(xiàn)廢煙氣余熱回收利用為最終目的，對(duì)余熱煙氣成分、溫度、流量、密度進(jìn)行分析研究，確定應(yīng)用方向與工藝路線(xiàn)，明確系統(tǒng)參數(shù)及主要設(shè)備明細(xì)，完成了余熱煙氣用于高爐水渣烘干制粉的研究與應(yīng)用，填補(bǔ)我國(guó)煙氣余熱利用的多項(xiàng)空白，成為我國(guó)第一套余熱煙氣用于高爐水渣烘干制粉的系統(tǒng)裝置。

關(guān)鍵詞:石灰窯余熱 煙氣回收 烘干制粉

中圖分類(lèi)號(hào):TQ9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)04(a)-0061-01

年產(chǎn)20萬(wàn)噸石灰窯生產(chǎn)線(xiàn)采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，用轉(zhuǎn)爐煤氣和焦?fàn)t煤氣做燃料燒制石灰，窯尾排出的高溫?zé)煔忸A(yù)熱入爐冷原料石灰石后通過(guò)煙囪高空排放，廢煙氣溫度約220℃，流量20萬(wàn)m3/h，廢煙氣直接排放造成熱量的極大浪費(fèi)，此類(lèi)廢熱國(guó)內(nèi)尚無(wú)回收利用的先例。為實(shí)現(xiàn)廢煙氣余熱的回收利用，通過(guò)對(duì)余熱煙氣熱力參數(shù)的分析研究，結(jié)合高爐水渣烘干制粉車(chē)間三臺(tái)立磨需要的熱量、壓力等參數(shù)，經(jīng)過(guò)熱平衡計(jì)算，自主設(shè)計(jì)安裝煙氣管道、主抽風(fēng)機(jī)及配套電氣、自動(dòng)控制系統(tǒng)，將余熱煙氣用于高爐水渣烘干制粉車(chē)間三臺(tái)立磨替代原使用的低溫循環(huán)風(fēng)及二次風(fēng)，余熱應(yīng)用后將每臺(tái)立磨的煤氣消耗由原來(lái)的5000m3/h降至3000m3/h，每臺(tái)立磨降低煤氣消耗2000m3/h。

1 技術(shù)開(kāi)發(fā)思路

通過(guò)對(duì)石灰窯排放廢煙氣的熱力參數(shù)行分析，煙氣的主要成分是CO2與N2，基本與高爐煤氣燃燒生成的成分一致，煙氣溫度:220℃;煙氣量20萬(wàn)m3/h，結(jié)合高爐水渣烘干制粉車(chē)間每臺(tái)立磨烘干高爐水渣需要的工藝參數(shù)，煙氣溫度:250℃，煙氣量7萬(wàn)m3/h，主要成分是CO2、N2及少量的CO，石灰窯余熱煙氣與高爐水渣烘干制粉立磨使用的煙氣成分類(lèi)似，對(duì)其生產(chǎn)工藝沒(méi)有任何影響，我們認(rèn)為將石灰窯余熱煙氣輸送至高爐水渣烘干制粉車(chē)間立磨使用是完全可行的。

2 技術(shù)研究計(jì)算

2.1 熱平衡計(jì)算

根據(jù)已知工藝參數(shù)，高爐水渣烘干制粉每臺(tái)立磨煙氣用量70000m3/h，溫度250℃，煙氣比熱1.4kJ/m3.℃，高爐煤氣消耗量5000m3/h，高爐煤氣熱值3200KJ/m3，假設(shè)石灰窯輸送至每臺(tái)立磨160℃煙氣量為X，利用石灰窯廢煙氣后高爐煤氣消耗量為Y，煤氣燃燒產(chǎn)物量系數(shù)取1.4，則根據(jù)每臺(tái)立磨用煙氣體積平衡與熱量平衡，列出以下方程式:

可以得出，X=6.58，Y=0.3

即:石灰窯輸送至高爐水渣烘干制粉車(chē)間每臺(tái)立磨6.5萬(wàn)m3/h煙氣量，煙氣爐消耗煤氣量由原來(lái)的5000m3/h降至3000m3/h，可降低煤氣消耗2000m3/h。

2.2 余熱煙氣管道管徑選擇計(jì)算

根據(jù)上述熱平衡計(jì)算，每臺(tái)立磨需要煙氣量60000m3/h，三臺(tái)立磨需要的總煙氣量:q=180000m3/h，煙氣流速選擇16m/s，根據(jù)管徑計(jì)算公式:

d=18.8 =18.8= 1994.04，取DN2000mm

2.3 設(shè)備選型計(jì)算

2.3.1 管線(xiàn)摩擦與局部阻力計(jì)算(風(fēng)機(jī)靜壓)

△P1=1.15

其中，1.15為管道摩擦阻力與局部阻力的安全富裕度

ρ:煙氣密度，查表取1.34kg/m3

v:煙氣流速，取16m/s

λ:摩擦阻力系數(shù)，根據(jù)雷諾系數(shù)與管壁粗糙度，計(jì)算為0.066

d:管道直徑，mm

L:管線(xiàn)長(zhǎng)度:400m

:局部當(dāng)量長(zhǎng)度，取120m

以上數(shù)據(jù)代入，計(jì)算的△P=3384.7Pa，取3385Pa

2.3.2 動(dòng)壓計(jì)算:

△P2===171.52Pa，取172Pa

余熱風(fēng)機(jī)全壓:△P=△P1+△P2=3385+ 172=3557Pa，風(fēng)機(jī)出口正壓富裕量取200 Pa，余熱風(fēng)機(jī)全壓選擇在3800Pa左右，風(fēng)量:180000m3/h。

3 技術(shù)研究方案

(1)煙氣管道設(shè)計(jì)與安裝。由于煙氣管道直徑選擇為DN2000mm，管道直徑較大，成品管材采購(gòu)及運(yùn)輸成本較高，我們采用δ=10mm厚度鋼板利用卷板機(jī)進(jìn)行卷制，大大降低了投資成本。

(2)石灰窯余熱煙氣通過(guò)直徑DN4000mm的煙囪排向大氣，在煙氣管道與其碰頭位置增加導(dǎo)流罩，使余熱煙氣最大限度的通過(guò)煙氣管道輸送至高爐水渣烘干制粉車(chē)間，減少煙氣向大氣的排放量以及冷風(fēng)吸入量。

(3)余熱風(fēng)機(jī)根據(jù)系統(tǒng)阻力計(jì)算，選用為此項(xiàng)目專(zhuān)門(mén)定制WFY-3200D型號(hào)風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)具有效率高、節(jié)能、噪音低、調(diào)節(jié)性能好等特點(diǎn)。葉輪組采用高效模型設(shè)計(jì)，具有節(jié)能、穩(wěn)定、工況范圍寬等特性，采用進(jìn)口耐高溫材料焊接而成，并經(jīng)靜、動(dòng)平衡校正，達(dá)到穩(wěn)定、可靠的要求;機(jī)殼采用優(yōu)質(zhì)16Mn厚鋼板焊接而成，外部焊有井字形加強(qiáng)筋，有效提高機(jī)殼的剛性，消除了由于機(jī)殼剛性不足而產(chǎn)生的振動(dòng)。

(4)保溫結(jié)構(gòu)采用導(dǎo)熱率低、熱穩(wěn)定性好及抗壓強(qiáng)度高的硅酸鋁纖維氈，根據(jù)，根據(jù)允許的溫降條件下計(jì)算保溫厚度為200mm，分四層錯(cuò)縫安裝，保護(hù)層采用0.5mm厚度的鍍鋅鐵皮，使220℃的余熱煙氣經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離輸送到使用地點(diǎn)后溫度能達(dá)到210℃，有效的減少了余熱煙氣的散熱損失，使其熱量得到充分利用。

(5)變頻器控制系統(tǒng)安裝。變頻器控制系統(tǒng)由主抽風(fēng)機(jī)、高壓變頻器、就地控制箱三部分組成，其中主抽風(fēng)機(jī)由哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)，功率為400kW，高壓變頻器采用泰開(kāi)電氣的產(chǎn)品，節(jié)能效果達(dá)到30%以上，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)觸摸屏進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定和操作，為了保護(hù)電機(jī)的運(yùn)行，將頻率進(jìn)行了上下限的設(shè)定，區(qū)間范圍控制在(5～40赫茲)。就地控制箱可進(jìn)行高壓變頻器的遠(yuǎn)程與就地的切換操做。

4 實(shí)際應(yīng)用情況

(1)回收利用石灰窯余熱煙氣180000m3/h，高爐水渣烘干制粉車(chē)間每臺(tái)立磨利用余熱煙氣60000m3/h，降低高爐煤氣消耗2000m3/h，節(jié)約的煤氣每年產(chǎn)生效益528萬(wàn)元。

(2)余熱主抽風(fēng)機(jī)的變頻運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的可調(diào)、可控。通過(guò)對(duì)進(jìn)高爐水渣烘干制粉每臺(tái)立磨前煙氣溫度可以判斷是否管道內(nèi)吸入冷風(fēng)，若吸入冷風(fēng)，通過(guò)變頻自動(dòng)調(diào)節(jié)煙氣量，系統(tǒng)運(yùn)行比較穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

石灰窯余熱煙氣的成功回收利用，雖然使高爐水渣烘干制粉車(chē)間煤氣消耗有了很大的降低，但是還存在一定的問(wèn)題和不足，需要不斷的改進(jìn)和完善，主要是:

(1)由于煙氣管道接口在石灰窯余熱煙氣主抽風(fēng)機(jī)之后的煙囪上，雖在接口處增加了導(dǎo)流罩，但在高爐水渣烘干制粉車(chē)間大量使用余熱煙氣時(shí)，容易吸入冷風(fēng)造成煙氣溫度下降，降低余熱煙氣利用效率。

(2)余熱煙氣代替二次冷卻風(fēng)之后，高爐水渣烘干制粉車(chē)間煙氣爐的燃燒區(qū)域出現(xiàn)前移現(xiàn)象，對(duì)出口煙氣管道使用壽命有一定影響。

參考文獻(xiàn)

[1]張鳳起，金巖，王鳳榮，等.我國(guó)鋼鐵工業(yè)余熱資源及利用狀況[J].鋼鐵，1990，25(4):61～64.