一種沸騰焙燒爐余熱回收方法

徐曉偉

（山東恒邦冶煉股份有限公司，山東 煙臺 264100）

1 背景技術

沸騰焙燒爐是用固體流態化技術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。焙燒過程有大量反應熱放出，產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，爐內設置冷卻管束移除反應熱并副產蒸汽，高溫的焙燒煙氣則利用余熱鍋爐進一步降低溫度并回收熱量，煙氣溫度降低至約350℃，滿足后續除塵等工序工況需求。

因此目前此部分高溫煙氣目前均采用表面冷卻器將熱量散失到空氣中，煙氣溫度降低至約 350℃，以滿足后續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。針對以上現狀，開發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及其使用方法有非常重要的現實價值和意義。

2 節能分析

我們針對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 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%煙氣成分見表 1。

表1 沸騰爐煙氣組成表

2.1 計算過程

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

（1）煙氣余熱量計算

根據表2煙氣焓值計算公式可計算得到進煙溫度520℃及設計排煙溫度350℃情況下，煙氣的焓值,根據煙氣量及焓值變化，計算可得：煙氣余熱量為 25189×（181.6-118.4）=159.20萬 kcal/h。將這部分能量進行余熱回收，設計余熱回收器效率按照 90%計算，則可回收利用余熱量為 ：159.20×0.9=143.28萬kcal/h。日節能量為：159.20×24=3820 萬 kcal/d ，折合標準煤5.46噸/天

（2）余熱回收產飽和水蒸汽

我們將上面吸收的能量用于產生 0.6MPa飽和水蒸氣則經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 0.6MPa飽和水蒸氣，其產量為：1432800÷641÷1000=2.24t/h， 日 產 量 為 ：2.24×24=53.76t/d。以160元/噸蒸汽價格，一年按 330 天計算，年節能效益 ：53.76×330×160=283.9 萬元。

3 設計方案

根據沸騰爐焙燒爐煙氣余熱量大、含硫氧化合物和水分較高、腐蝕性強以及煙氣粉塵含量較大的特征，設計解決見《圖一焙燒爐改造示意圖》。

圖1 焙燒爐改造示意

3.1 熱管式蒸汽發生器①——產飽和蒸汽

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，在排煙煙道上串聯安裝兩臺熱管式蒸汽發生器用于余熱回收。

兩臺熱管式蒸汽發生器均設計為普通熱管與ND鋼熱管復合模式，其中普通熱管壁厚增加 ；熱管采用光管形式，設計長度較翅片管增加 70%。蒸汽發生器設計功率合計 2218kW，高溫煙氣經余熱回收后降低排煙溫度至 350℃，可產 0.6MPa（表壓）飽和蒸汽。

3.2 預熱空氣系統——防露點腐蝕

沸騰爐煙氣成分中含硫氧化合物 10.53% 和水分 27.34%，露點溫度高達 200℃以上，對設備腐蝕作用明顯，特別考慮設備開車和停車過程，低溫設備使高溫煙氣中水汽冷凝，發生設備腐蝕現象。蒸汽發生器主體采用耐腐蝕 ND 鋼（耐硫酸低溫露點腐蝕、耐氯離子腐蝕）材料，熱管元件采用普通熱管與 ND 鋼熱管復合模式，普通熱管壁厚增加，延長熱管壽命。此外，增加預熱空氣的預熱器，能產生 400℃以上高溫空氣，進行熱補償防止開車、停車時高硫高水煙氣的腐蝕。該預熱器燃料可以采用柴油或天然氣，若電價便宜，也可以采用電加熱預熱器，具體種類根據現場實際情況確定。

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生器會導致設備積灰和系統阻力增大問題。針對該問題，蒸汽發生器的換熱元件采用光管形式，減少煙氣通過產生的系統阻力，同時為確保優良的換熱效果，光管設計長度較翅片管增加 70%。

3.4 熱能回收與自動控制的完美結合

當蒸汽發生器準備開車時，打開煙氣閥1、空氣閥1 和空氣閥2，關閉煙氣閥 2 和煙氣閥 3，切斷沸騰爐高溫煙氣進入蒸汽發生器，通過旁通煙道將高溫煙氣直接排走，預熱器的高溫 400度的空氣通過鼓風機進入蒸汽發生器煙氣腔，預熱設備。待自動控制系統檢測到設備預熱高于露點溫度 300 度，并且焙燒爐排除的煙氣溫度也高于 300 度，自動控制系統將關閉預熱器，關閉煙氣閥1和空氣閥1和空氣閥2，打開煙氣閥 2 和煙氣閥 3，沸騰焙燒爐進入正常煙氣余熱回收過程中。

在蒸汽發生器準備停車時，同樣打開煙氣閥 1、空氣閥 1 和空氣閥 2，關閉煙氣閥 2 和煙氣閥 3，切斷沸騰爐高溫煙氣進入蒸汽發生器，通過旁通煙道將高溫煙氣直接排走，逐漸替換蒸汽發生器煙氣腔內的高硫高水分煙氣為無腐蝕性的熱空氣，避免停車過程中煙氣降溫腐蝕設備。待蒸汽發生器煙氣腔內高硫高水分煙氣排盡，即可關閉預熱器。

4 結論

通過自動控制系統控制各個閥門的導通或關斷，在沸騰焙燒爐運行之初和停車時將蒸汽發生器內溫度保持在煙氣的露點溫度以上或置換出腐蝕性煙氣，防止了煙氣結露腐蝕設備。通過定期使用高頻電磁清灰器清除熱管上粘結的粉塵，保證了高效的換熱效率。通過上述措施解決了露點腐蝕、粘結粉塵降低效率的缺點。保證沸騰培燒爐熱回收系統安全、可靠穩定、長時間運行的特點，節能效益顯著。

注釋 ：熱管式蒸汽發生器① ：是一種具有超高導熱性能的新型傳熱元件。由鋼、銅、鋁管內灌充導熱介質，抽成一定的真空后密封而成 ；管內的工作介質由多種無機活性金屬及其化合物混合而成，具有超強的熱活性和熱敏感性，遇熱而吸，遇冷而放。這種熱超導工質在一定溫度下被激活。并以分子震蕩相變形式來傳遞熱量，傳熱溫度沒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 ： 又名倉壁振動器?？捎糜诟鞣N振動機械，如給料機，小型輸送機，振動篩，振動平臺及倉壁振動等等場合，使用靈活方便。振動強度可用控制器隨意調節 ,采用高頻振動器的震動將熱管蒸汽發生器的積灰震動下來，保證熱管的最大換熱效率。