半密閉爐煙氣余熱利用節能除塵工藝研究

楊俊舒

（無錫市東方環境工程設計研究所有限公司江蘇無錫214215）

半密閉爐煙氣余熱利用節能除塵工藝研究

楊俊舒

（無錫市東方環境工程設計研究所有限公司江蘇無錫214215）

針對冶金行業半密閉爐產生高溫煙氣排放的治理提出一個切實可行的方案，其中結合排放的煙氣具有高溫及粉塵的特點，采用熱交換技術將余熱利用，并最終達到除塵目的。其工藝流程充分考慮到在這一過程中出現的各種難題，并一宗解決。實施后的系統運行穩定，節能顯著，闖出了一條節能減排的新路。

煙氣治理；余熱利用；節能減排

1概述

冶金企業中煙塵氣污染嚴重的半密閉爐包括電弧爐、電石爐、工業硅爐等，半密閉爐高溫煙塵的治理一直都是“老大難”問題，這是由于半密閉爐高溫排煙溫度高，達750℃以上，直接除塵很難達到效果，必須首先冷卻降溫后才能除塵。以前通常采用的冷卻降溫方式有：直接摻入冷風、水冷煙道、機力冷卻器風冷、噴霧冷卻等。上述冷卻方式存在諸多缺點：

1.1直接混入冷風造成系統的風量大，系統的初投資和運行費用大，僅能用于溫度在300℃以下的煙氣，有很大的局限性，且風機運行成本高。

1.2水冷煙道冷卻需大量的冷卻水，需經冷卻水塔冷卻后循環使用，此法僅適用于溫度在500℃以上的煙氣，降溫效果差。

1.3機力冷卻器風冷，降溫效果差，進口煙氣溫度不宜大于500℃，降溫有限，由于結構復雜，容易堵灰，運行時效不長。

1.4噴霧冷卻的缺點是增加煙氣中的水含量，不僅使后序除塵布袋容易結露，還容易造成布袋水解失效，所以此法可行性甚小。

如上所述，工程中大多組合使用上述冷卻方式，因此，不僅造成煙氣的降溫冷卻系統復雜，設備龐大，運行維護工作量大，而且使煙氣的余熱資源白白浪費掉了。比如一臺25500kVA功率的半密閉爐高溫煙氣一年浪費的熱能達到約6×1011kJ，相當于2×104tce，白白排空。

無錫市東方環境工程設計研究所有限公司根據現行的除塵工藝，通過研究排煙中煙氣、粉塵的特性，結合換熱技術,將余熱利用、除塵集成于一體，開發余熱鍋爐替代傳統除塵系統中的機力冷卻器或噴霧冷卻塔等降溫設備，將煙氣溫度從750℃降低到120℃，一方面充分回收煙氣中的余熱產生飽和蒸氣，用于企業生產和生活；另一方面得到較好的過濾除塵，徹底解決諸如：煙氣波動大、結露、板結、腐蝕、漏水、爆炸、粘灰、堵灰、磨損等一系列難題。在回收高溫煙氣余熱的同時，保證煙氣排出溫度滿足布袋除塵器的許用工作溫度，確保系統長期穩定可靠地運行。

2系統工藝

2.1半密閉爐高溫煙氣粉塵參數

2.1.1粉塵煙氣溫度曲線

圖1某一電弧爐煙氣溫度曲線

2.1.2粉塵的平均粒度表

2.1.3粉塵成分表

2.1.4干煙氣成分表

煙氣煙塵的特性概述：

（1）粉塵濃度8/Nm3～30g/Nm3。（2）粉塵細而且吸附力強。

2.2創新的工藝路線

半密閉爐高溫煙氣→余熱鍋爐→抗結露脈沖除塵器→排放具體描述如下：

半密閉爐高溫煙氣，一般在550℃以上，550℃的高溫煙氣經保溫煙道，直接進入余熱鍋爐，吸收煙氣中的熱能，生產達到用戶要求參數的蒸氣，用于生產、生活，完成熱能回收。經降溫的高溫煙氣，煙氣溫度＜120℃進入布袋除塵器,過濾后粉塵濃度≤20g/Nm3達標排放。工藝路線如圖所示。

圖2半容閉爐工藝路線

2.3技術特點

2.3.1創新余熱鍋爐換熱與半密閉爐高溫煙氣除塵相結合的新工藝，即新型的節能除塵新工藝。

2.3.2創新二次間壁換熱器，常規換熱設備一般都是間壁換熱，冷、熱流體分別在器壁的兩側流過，如管壁或器壁有泄漏，則將造成停產損失。由余熱鍋爐組成的換熱設備，是二次間壁換熱，即熱流體要通過蒸發段和冷凝段管壁才能傳到冷流體，所以大大增強了設備運行的可靠性。其特點體現在：（1）傳熱效率高，啟動速度快。（2）有效的防止積灰，換熱器設計時能夠采用變截面形式，保證流體通過換熱器時等流速流動，達到自清灰的目的。（3）結構緊湊，占地面積小。（4）熱流密度可變性。可以獨立改變蒸發段和冷凝段的加熱面積，這樣可以控制管壁溫度以避免出現露點結灰或酸腐蝕。（5）換熱器具有恒溫特性，不會結露。

2.3.3抗結露脈沖除塵器的特點

（1）設有均溫沉降段，使大顆粒的粉塵未接觸濾袋就首先沉降了，避免燒毀濾袋，同時可避免高溫煙氣對濾袋的直接沖刷，減少濾袋的負荷提高使用壽命，沉降段阻力系數較低可降低阻損。（2）濾袋采用超細纖維制作，過濾精度高，粉塵排放濃度≤20mg/Nm3。（3）進出口風管優化處理，降低阻損約300Pa。（4）氣源經特殊處理可長期穩定的運行，對于半密閉爐高溫又細又粘的粉塵亦能較徹底地清灰。（5）采用小倉結構，便于更換布袋及檢修。（6）濾袋上端采用彈簧漲圈形式，不但密封性能好，而且在維修換布袋時快捷簡單，實現機外換袋。

2.4性能指標

3經濟分析

半密閉爐高溫煙塵治理，常規流程為高溫煙氣經機力冷卻器冷卻后過濾，而本公司創新將機力冷卻器改為余熱鍋爐，產生蒸氣。

余熱鍋爐增加投資回收年限為：

（余熱鍋爐一次投入-機力冷卻器一次投入）/（余熱鍋爐收益-余熱鍋爐運行費用+機力冷卻器運行費用）

3.1機力冷卻器投入

機力冷卻器一次性投入：3000m2×0.05萬元/m2=150萬元；機力冷卻器年運行電費：

風機數量×功率×年工作時間×單價=12×11×7920× 0.5=522720元（計52萬元/年）

3.2余熱鍋爐投入、產出：

按照產生15t/h蒸氣量計算

余熱鍋爐一次性投入：800萬元

運行費用主要為水泵電費：

水泵數量×功率×年工作時間×單價=2×11×7920× 0.5=87120元（計9萬元/年）

3.3蒸氣使用經濟效益：

額定產量×年工作時間×單價=15×7920×100=11880000元（計1188萬元/年）

回收年限為：（800-150）/（1188-9+52）=0.52年

綜上所述，采用余熱鍋爐回收熱能，經濟效益十分明顯，對冶金企業增收節支起到重要作用。

4性能比較優勢

與原有技術相比，本創新具有如下優點、經濟效果：（1）最大限度回收煙氣余熱，產生蒸氣用于生產生活。（2）滿足循環經濟的要求，符合節能環保的國家政策。（3）降溫范圍大，僅用一個部件就能替代高溫水冷煙道、機力冷卻器、噴霧冷卻器等換熱效果差的設備組合，簡化了系統配置。（4）混入冷風量少，減少了系統風量，從而降低了運行費用。（5）余熱鍋爐運行可靠、穩定，滿足正常生產的要求。（6）應用范圍廣，9000KVA以上的半密閉爐高溫除塵都可采用。（7）采用保溫煙道，減少了水冷煙道，降低冷卻水量和維護費用。

5結語

半密閉爐高溫煙塵治理采用余熱鍋爐技術與傳統除塵工藝有機結合，開創了節能環保的除塵工藝新途徑。余熱鍋爐余熱回收系統技術先進、設計合理，具有運行平穩、操作方便、安全可靠、節能顯著、生產順行、投資回收期短等特點。余熱鍋爐余熱回收系統開發成功為半密閉爐高溫的余熱利用闖出了一條新路，為冶金行業的節能減排作出了新的貢獻。

參考資料

[1]Q/DFHJ5001-2013余熱回收型除塵裝置.無錫東方環保企業標準.

[2]工業除塵設備-設計、制作、安裝與管理姜鳳有主編.冶金工業出版社,2009.

[3]GB16297-2004大氣污染物綜合排放標準.