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      一種沸騰焙燒爐余熱回收方法

      2020-04-23 12:25:16徐曉偉
      中國(guó)金屬通報(bào) 2020年1期
      關(guān)鍵詞:焙燒爐氣閥預(yù)熱器

      徐曉偉

      (山東恒邦冶煉股份有限公司,山東 煙臺(tái) 264100)

      1 背景技術(shù)

      沸騰焙燒爐是用固體流態(tài)化技術(shù)焙燒硫化礦物的裝置,主要用于硫鐵礦、鋅精礦、含硫金精礦等含金物料的焙燒脫硫。焙燒過(guò)程有大量反應(yīng)熱放出,產(chǎn)生含有二氧化硫的氣體用于制造硫酸,焙燒渣則用作冶金原料。沸騰焙燒爐因處理含硫物料的種類及方式的不同,煙氣工況也有很大不同,一般的處理干燥含硫物料的焙燒爐煙氣出口處溫度約 800-950℃,為保證焙燒的熱平衡,爐內(nèi)設(shè)置冷卻管束移除反應(yīng)熱并副產(chǎn)蒸汽,高溫的焙燒煙氣則利用余熱鍋爐進(jìn)一步降低溫度并回收熱量,煙氣溫度降低至約350℃,滿足后續(xù)除塵等工序工況需求。

      因此目前此部分高溫?zé)煔饽壳熬捎帽砻胬鋮s器將熱量散失到空氣中,煙氣溫度降低至約 350℃,以滿足后續(xù)除塵等工序的工況要求。如此多的煙氣熱量全部散失到大氣中,造成能源的極大浪費(fèi)。針對(duì)以上現(xiàn)狀,開(kāi)發(fā)研制一種高水分含硫物料的沸騰焙燒爐焙燒煙氣的熱量回收系統(tǒng)及其使用方法有非常重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值和意義。

      2 節(jié)能分析

      我們針對(duì)焙燒工藝處理含水分很高的含硫礦物的料漿,一般料漿水分高達(dá) 20 ~ 30%,且焙燒爐出口的煙氣溫度也較低,一般為 550-650℃,煙氣中的水分一般為 20 ~ 30%煙氣成分見(jiàn)表 1。

      表1 沸騰爐煙氣組成表

      2.1 計(jì)算過(guò)程

      從表1可以看出,煙氣量 :25189Nm3/h,原裝置是將煙氣從進(jìn)煙溫度 520℃通過(guò)表冷器降到 350℃后進(jìn)入旋風(fēng)除塵器,這部分能量全部損失到大氣中。下面我們根據(jù)表 1中煙氣中各成分含量計(jì)算出這部分熱能。

      (1)煙氣余熱量計(jì)算

      根據(jù)表2煙氣焓值計(jì)算公式可計(jì)算得到進(jìn)煙溫度520℃及設(shè)計(jì)排煙溫度350℃情況下,煙氣的焓值,根據(jù)煙氣量及焓值變化,計(jì)算可得:煙氣余熱量為 25189×(181.6-118.4)=159.20萬(wàn) kcal/h。將這部分能量進(jìn)行余熱回收,設(shè)計(jì)余熱回收器效率按照 90%計(jì)算,則可回收利用余熱量為 :159.20×0.9=143.28萬(wàn)kcal/h。日節(jié)能量為:159.20×24=3820 萬(wàn) kcal/d ,折合標(biāo)準(zhǔn)煤5.46噸/天

      (2)余熱回收產(chǎn)飽和水蒸汽

      我們將上面吸收的能量用于產(chǎn)生 0.6MPa飽和水蒸氣則經(jīng)查水及飽和水蒸氣焓值表可知:常溫20℃水焓值:20kcal/kg。0.6MPa飽 和 水 蒸 氣 焓 值 :661kcal/kg。則,將1kg20℃水升溫變成0.6MPa 飽和水蒸氣焓值變化:641kcal/kg 將可回收利用余熱用于產(chǎn) 0.6MPa飽和水蒸氣,其產(chǎn)量為:1432800÷641÷1000=2.24t/h, 日 產(chǎn) 量 為 :2.24×24=53.76t/d。以160元/噸蒸汽價(jià)格,一年按 330 天計(jì)算,年節(jié)能效益 :53.76×330×160=283.9 萬(wàn)元。

      3 設(shè)計(jì)方案

      根據(jù)沸騰爐焙燒爐煙氣余熱量大、含硫氧化合物和水分較高、腐蝕性強(qiáng)以及煙氣粉塵含量較大的特征,設(shè)計(jì)解決見(jiàn)《圖一焙燒爐改造示意圖》。

      圖1 焙燒爐改造示意

      3.1 熱管式蒸汽發(fā)生器①——產(chǎn)飽和蒸汽

      為更充分地回收沸騰爐排煙煙氣熱量,降低熱損失,我們將原裝置的表冷器拆除,在排煙煙道上串聯(lián)安裝兩臺(tái)熱管式蒸汽發(fā)生器用于余熱回收。

      兩臺(tái)熱管式蒸汽發(fā)生器均設(shè)計(jì)為普通熱管與ND鋼熱管復(fù)合模式,其中普通熱管壁厚增加 ;熱管采用光管形式,設(shè)計(jì)長(zhǎng)度較翅片管增加 70%。蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)功率合計(jì) 2218kW,高溫?zé)煔饨?jīng)余熱回收后降低排煙溫度至 350℃,可產(chǎn) 0.6MPa(表壓)飽和蒸汽。

      3.2 預(yù)熱空氣系統(tǒng)——防露點(diǎn)腐蝕

      沸騰爐煙氣成分中含硫氧化合物 10.53% 和水分 27.34%,露點(diǎn)溫度高達(dá) 200℃以上,對(duì)設(shè)備腐蝕作用明顯,特別考慮設(shè)備開(kāi)車和停車過(guò)程,低溫設(shè)備使高溫?zé)煔庵兴淠l(fā)生設(shè)備腐蝕現(xiàn)象。蒸汽發(fā)生器主體采用耐腐蝕 ND 鋼(耐硫酸低溫露點(diǎn)腐蝕、耐氯離子腐蝕)材料,熱管元件采用普通熱管與 ND 鋼熱管復(fù)合模式,普通熱管壁厚增加,延長(zhǎng)熱管壽命。此外,增加預(yù)熱空氣的預(yù)熱器,能產(chǎn)生 400℃以上高溫空氣,進(jìn)行熱補(bǔ)償防止開(kāi)車、停車時(shí)高硫高水煙氣的腐蝕。該預(yù)熱器燃料可以采用柴油或天然氣,若電價(jià)便宜,也可以采用電加熱預(yù)熱器,具體種類根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。

      3.3 高頻電磁清灰裝置②——防積灰

      沸騰爐煙氣粉塵含量較大,采用翅片熱管蒸汽發(fā)生器會(huì)導(dǎo)致設(shè)備積灰和系統(tǒng)阻力增大問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題,蒸汽發(fā)生器的換熱元件采用光管形式,減少煙氣通過(guò)產(chǎn)生的系統(tǒng)阻力,同時(shí)為確保優(yōu)良的換熱效果,光管設(shè)計(jì)長(zhǎng)度較翅片管增加 70%。

      3.4 熱能回收與自動(dòng)控制的完美結(jié)合

      當(dāng)蒸汽發(fā)生器準(zhǔn)備開(kāi)車時(shí),打開(kāi)煙氣閥1、空氣閥1 和空氣閥2,關(guān)閉煙氣閥 2 和煙氣閥 3,切斷沸騰爐高溫?zé)煔膺M(jìn)入蒸汽發(fā)生器,通過(guò)旁通煙道將高溫?zé)煔庵苯优抛?,預(yù)熱器的高溫 400度的空氣通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入蒸汽發(fā)生器煙氣腔,預(yù)熱設(shè)備。待自動(dòng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到設(shè)備預(yù)熱高于露點(diǎn)溫度 300 度,并且焙燒爐排除的煙氣溫度也高于 300 度,自動(dòng)控制系統(tǒng)將關(guān)閉預(yù)熱器,關(guān)閉煙氣閥1和空氣閥1和空氣閥2,打開(kāi)煙氣閥 2 和煙氣閥 3,沸騰焙燒爐進(jìn)入正常煙氣余熱回收過(guò)程中。

      在蒸汽發(fā)生器準(zhǔn)備停車時(shí),同樣打開(kāi)煙氣閥 1、空氣閥 1 和空氣閥 2,關(guān)閉煙氣閥 2 和煙氣閥 3,切斷沸騰爐高溫?zé)煔膺M(jìn)入蒸汽發(fā)生器,通過(guò)旁通煙道將高溫?zé)煔庵苯优抛撸饾u替換蒸汽發(fā)生器煙氣腔內(nèi)的高硫高水分煙氣為無(wú)腐蝕性的熱空氣,避免停車過(guò)程中煙氣降溫腐蝕設(shè)備。待蒸汽發(fā)生器煙氣腔內(nèi)高硫高水分煙氣排盡,即可關(guān)閉預(yù)熱器。

      4 結(jié)論

      通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)控制各個(gè)閥門的導(dǎo)通或關(guān)斷,在沸騰焙燒爐運(yùn)行之初和停車時(shí)將蒸汽發(fā)生器內(nèi)溫度保持在煙氣的露點(diǎn)溫度以上或置換出腐蝕性煙氣,防止了煙氣結(jié)露腐蝕設(shè)備。通過(guò)定期使用高頻電磁清灰器清除熱管上粘結(jié)的粉塵,保證了高效的換熱效率。通過(guò)上述措施解決了露點(diǎn)腐蝕、粘結(jié)粉塵降低效率的缺點(diǎn)。保證沸騰培燒爐熱回收系統(tǒng)安全、可靠穩(wěn)定、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的特點(diǎn),節(jié)能效益顯著。

      注釋 :熱管式蒸汽發(fā)生器① :是一種具有超高導(dǎo)熱性能的新型傳熱元件。由鋼、銅、鋁管內(nèi)灌充導(dǎo)熱介質(zhì),抽成一定的真空后密封而成 ;管內(nèi)的工作介質(zhì)由多種無(wú)機(jī)活性金屬及其化合物混合而成,具有超強(qiáng)的熱活性和熱敏感性,遇熱而吸,遇冷而放。這種熱超導(dǎo)工質(zhì)在一定溫度下被激活。并以分子震蕩相變形式來(lái)傳遞熱量,傳熱溫度沒(méi)有衰減只要有溫差就能極快的速度傳遞熱能。高頻電磁清灰裝置② : 又名倉(cāng)壁振動(dòng)器??捎糜诟鞣N振動(dòng)機(jī)械,如給料機(jī),小型輸送機(jī),振動(dòng)篩,振動(dòng)平臺(tái)及倉(cāng)壁振動(dòng)等等場(chǎng)合,使用靈活方便。振動(dòng)強(qiáng)度可用控制器隨意調(diào)節(jié) ,采用高頻振動(dòng)器的震動(dòng)將熱管蒸汽發(fā)生器的積灰震動(dòng)下來(lái),保證熱管的最大換熱效率。

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