石灰窯煙氣余熱用于高爐水渣烘干制粉的研究與應用

摘 要:本文結合企業生產實際，實現20萬噸/年石灰窯生產線廢煙氣余熱回收利用為最終目的，對余熱煙氣成分、溫度、流量、密度進行分析研究，確定應用方向與工藝路線，明確系統參數及主要設備明細，完成了余熱煙氣用于高爐水渣烘干制粉的研究與應用，填補我國煙氣余熱利用的多項空白，成為我國第一套余熱煙氣用于高爐水渣烘干制粉的系統裝置。

關鍵詞:石灰窯余熱 煙氣回收 烘干制粉

中圖分類號:TQ9文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(a)-0061-01

年產20萬噸石灰窯生產線采用國內先進的生產工藝，用轉爐煤氣和焦爐煤氣做燃料燒制石灰，窯尾排出的高溫煙氣預熱入爐冷原料石灰石后通過煙囪高空排放，廢煙氣溫度約220℃，流量20萬m3/h，廢煙氣直接排放造成熱量的極大浪費，此類廢熱國內尚無回收利用的先例。為實現廢煙氣余熱的回收利用，通過對余熱煙氣熱力參數的分析研究，結合高爐水渣烘干制粉車間三臺立磨需要的熱量、壓力等參數，經過熱平衡計算，自主設計安裝煙氣管道、主抽風機及配套電氣、自動控制系統，將余熱煙氣用于高爐水渣烘干制粉車間三臺立磨替代原使用的低溫循環風及二次風，余熱應用后將每臺立磨的煤氣消耗由原來的5000m3/h降至3000m3/h，每臺立磨降低煤氣消耗2000m3/h。

1 技術開發思路

通過對石灰窯排放廢煙氣的熱力參數行分析，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m3/h，結合高爐水渣烘干制粉車間每臺立磨烘干高爐水渣需要的工藝參數，煙氣溫度:250℃，煙氣量7萬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似，對其生產工藝沒有任何影響，我們認為將石灰窯余熱煙氣輸送至高爐水渣烘干制粉車間立磨使用是完全可行的。

2 技術研究計算

2.1 熱平衡計算

根據已知工藝參數，高爐水渣烘干制粉每臺立磨煙氣用量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，假設石灰窯輸送至每臺立磨160℃煙氣量為X，利用石灰窯廢煙氣后高爐煤氣消耗量為Y，煤氣燃燒產物量系數取1.4，則根據每臺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間每臺立磨6.5萬m3/h煙氣量，煙氣爐消耗煤氣量由原來的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算

根據上述熱平衡計算，每臺立磨需要煙氣量60000m3/h，三臺立磨需要的總煙氣量:q=180000m3/h，煙氣流速選擇16m/s，根據管徑計算公式:

d=18.8 =18.8= 1994.04，取DN2000mm

2.3 設備選型計算

2.3.1 管線摩擦與局部阻力計算(風機靜壓)

△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，根據雷諾系數與管壁粗糙度，計算為0.066

d:管道直徑，mm

L:管線長度:400m

:局部當量長度，取120m

以上數據代入，計算的△P=3384.7Pa，取3385Pa

2.3.2 動壓計算:

△P2===171.52Pa，取172Pa

余熱風機全壓:△P=△P1+△P2=3385+ 172=3557Pa，風機出口正壓富裕量取200 Pa，余熱風機全壓選擇在3800Pa左右，風量:180000m3/h。

3 技術研究方案

(1)煙氣管道設計與安裝。由于煙氣管道直徑選擇為DN2000mm，管道直徑較大，成品管材采購及運輸成本較高，我們采用δ=10mm厚度鋼板利用卷板機進行卷制，大大降低了投資成本。

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

(3)余熱風機根據系統阻力計算，選用為此項目專門定制WFY-3200D型號風機，該風機具有效率高、節能、噪音低、調節性能好等特點。葉輪組采用高效模型設計，具有節能、穩定、工況范圍寬等特性，采用進口耐高溫材料焊接而成，并經靜、動平衡校正，達到穩定、可靠的要求;機殼采用優質16Mn厚鋼板焊接而成，外部焊有井字形加強筋，有效提高機殼的剛性，消除了由于機殼剛性不足而產生的振動。

(4)保溫結構采用導熱率低、熱穩定性好及抗壓強度高的硅酸鋁纖維氈，根據，根據允許的溫降條件下計算保溫厚度為200mm，分四層錯縫安裝，保護層采用0.5mm厚度的鍍鋅鐵皮，使220℃的余熱煙氣經過長距離輸送到使用地點后溫度能達到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)變頻器控制系統安裝。變頻器控制系統由主抽風機、高壓變頻器、就地控制箱三部分組成，其中主抽風機由哈爾濱電機廠生產，功率為400kW，高壓變頻器采用泰開電氣的產品，節能效果達到30%以上，現場通過觸摸屏進行參數的設定和操作，為了保護電機的運行，將頻率進行了上下限的設定，區間范圍控制在(5～40赫茲)。就地控制箱可進行高壓變頻器的遠程與就地的切換操做。

4 實際應用情況

(1)回收利用石灰窯余熱煙氣180000m3/h，高爐水渣烘干制粉車間每臺立磨利用余熱煙氣60000m3/h，降低高爐煤氣消耗2000m3/h，節約的煤氣每年產生效益528萬元。

(2)余熱主抽風機的變頻運行，實現風量的可調、可控。通過對進高爐水渣烘干制粉每臺立磨前煙氣溫度可以判斷是否管道內吸入冷風，若吸入冷風，通過變頻自動調節煙氣量，系統運行比較穩定。

5 結語

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間煤氣消耗有了很大的降低，但是還存在一定的問題和不足，需要不斷的改進和完善，主要是:

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

(2)余熱煙氣代替二次冷卻風之后，高爐水渣烘干制粉車間煙氣爐的燃燒區域出現前移現象，對出口煙氣管道使用壽命有一定影響。

參考文獻

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