熱風爐廢煙氣余熱高效利用探究

蔡萬成

（山東省泰安市肥城市石橫特鋼集團有限公司，山東泰安 271612）

0 引言

目前階段高爐冶煉使用焦碳的情況。目前，因為焦碳的生產工藝以及焦碳的資源不足等相關問題，供給到煉鐵冶煉的焦碳大多數水分比較高。我國的南方地區雨季相對較多，且所需焦碳大部分都是從北方運送過來，運輸的路程較長，當進入到雨季之后，焦碳的質量會受到影響，水分的含量升高的很快，會給高爐冶煉的生產帶來十分嚴重的影響。當遇到類似的情況，較為常規的做法一般是運用先守后攻的辦法及思路，當遇到雨季的時候就多加焦碳退負荷，通過焦碳比例的上升，產量的下降作為代價來保障高爐的穩定性,據有關部門的統計，當焦碳的水分每增多1%，焦碳的比例就會同比上升大約1.5%。因此這種做法會導致高爐冶煉的成本提高,造成資源的浪費。

通過熱風爐廢煙氣的余熱進行烘烤焦碳的目的和方法。某地煉鐵廠位于南方地區，每當進入到雨季的時候，焦碳的含水量就變得非常高，這會對高爐的穩定運行造成很大的負面影響。所以如何降低焦碳中水分的含量已經成了急需解決的問題。一般情況下，熱風爐所形成的廢煙氣溫度最高能夠達到約400℃，并且流量約50 000 m3/h，平時都是處理后排放到大氣中，假如能夠把這些廢煙氣的余熱適當利用，并通過預熱來烘烤焦碳，這種做法不僅節約了能源，而且也提升了相應焦碳入爐的質量。通過專業人員的計算，熱風爐廢煙氣所形成的熱量能夠把焦碳內的水分減少5%。因此，提出一個改進的方案，可以通過風機把熱風爐的廢煙氣抽吸到焦倉，再運用熱風爐內廢煙氣的余熱對焦碳進行烘烤，來減少焦碳中的水分的含量，將廢煙氣再利用,達到節能降耗的效果。

1 工藝流程的設計

在熱風爐的排煙道管路上開孔并引出一根約DN500的支路管，利用引風機將溫度約400℃的廢煙氣不間斷地抽吸到焦倉的底部，廢氣余熱對焦倉底部的焦碳進行相應的烘烤；在高爐上料的過程中，在底部通過余熱烤干的部分焦碳經過篩分設備、皮帶機裝置、料車等相關送料設備輸送到高爐，焦碳倉的上部水分含量較高的焦碳由于重力的作用落到焦倉的底部，進而繼續被廢煙氣進行烘烤，最后完成一個整體的工藝流程。

2 機械以及電器設備的選型和設計

2.1 風機的選型及相應的技術參數

2.1.1 選用引風機所需要風量的計算

廢煙氣烘烤焦碳需要的熱量Q是因為引風機的風量帶來的，所以可以依據烘烤焦碳需要的熱量來計算引風機的風量。根據公式，每個小時的風機可以提供介質的體積為：M=Q/C（T1-T2）=6750×103/1.482/（200-70）=3.5×104m3（經現場的調研和查詢資料，得出進入到焦倉煙氣的溫度時200℃，從焦倉出來煙氣的溫度是70℃，已知煙氣的比熱是1.482 kJ/m3℃，吸收的總熱量Q為6750×103kJ），所以只需要選用引風機的流量需要大于3.5×104m3/h就可以滿足該系統工藝的相關要求。

2.1.2 風機的主要技術參數

根據參考廠家的產品資料樣本和目前焦碳烘烤所需要的風量數值能夠對風機進行選型，經過查詢樣本資料選擇引風機的主要參數：風機功率約30 kW，風量約35 000～44 000 m3/h。

2.2 閥門的設計以及選型

閥門如何進行選擇一般是根據現場煙氣輸送管道的大小、煙氣的溫度范圍、工藝操作的實際需要以及閥門使用的經濟性等相關指標來進行考慮的。煙氣管道直徑是526 mm，煙氣的溫度大于230℃、小于380℃，所以主管路上的閥門選擇DN500的手動硬密封系列蝶閥，該蝶閥適合溫度的范圍為小于450℃[5]，并在主管路的一些位置增加了排污控制閥及冷風控制閥。

2.3 電器、儀表等相關電氣設備的選擇

根據上述可知風機的電機功率為30 kW，當該風機的額定電流是53 A的時候，按照相關配電系統的要求進行計算，電器設備及材料的選型如下。

2.3.1 主電纜

主電纜一般是電機所需額定電流的2～2.5倍，可以得出主電纜的電流是106～132.5 A，根據電纜相關的流量表選型，最后選擇四芯、16～25 mm2范圍的電纜。

2.3.2 斷路器

斷路器應該比額定的電流大一個相對的等級，因此選擇電流63 A，并且整定的電流大小為10倍的四級開關。

2.3.3 交流接觸器

交流接觸器應比額定的電流大一個相對的等級，即63 A。

2.3.4 過熱保護

根據樣本資料，選擇保護器的電流應是電機額定電流的1.05倍，故選擇保護電流是55.65 A的過載保護器。

3 設備的安裝和調試

3.1 引風機的安裝及調試

3.1.1 引風機的安裝位置的選擇

一般煙氣烘烤系統的熱風爐到槽下的焦倉管道的長度約是160 m，煙氣的溫度最高可達到接近400℃，如果將風機的安裝位置設在熱風爐附近（廢煙氣烘烤管道的系統前端），為了確保引風機能夠在正常的工作溫度范圍內運行，冷風口必須開在風機的前端，但這種做法會讓所有風量通過相應管路的阻力增大，并且也會加大風壓以及動能的損失，管道的熱量損失也會比較大。如果將風機的安裝位置設在槽下部分(也就是煙氣烘烤管道的系統后端)，冷風口就可以在槽下的管道進行開孔，相應的阻力會較小，并且能夠充分的利用引風機耐溫的能力。經過分析，引風機安裝在槽下位置更加合理。

3.1.2 引風機的安裝及調試要求

3.1.2.1 安裝要求

（1）按照圖紙所標的位置和尺寸進行相應的安裝，為了保證風機的效率，要特別注意確保風機進風口和葉輪之間的間隙尺寸。

（2）確保主軸水平的安裝位置，并根據要求測量風機主軸和電機軸的同心度的情況及聯軸器端面的平行度的情況，并現場根據要求進行調整。

（3）在安裝調節門的過程中，一定要注意不可安裝錯誤,要始終保證風機的進氣方向與葉輪的方向是一致的。

（4）風機安裝以后，扳動轉子檢查轉子轉動是否靈活，是否與其他的固定部位有碰撞現象。

（5）在安裝風機的進口及出口管道時要注意重量不要加在機殼上。

（6）要檢查機殼及其內部是否有遺忘的工具及雜物。

（7）風機全部安裝好后，經檢查符合要求，才能進行試車和調試。

3.1.2.2 系統調試

仔細檢查引風機的油位和風機內的冷卻水是否符合要求，把風門調到最小的位置，然后啟動風機，并慢慢的加大風門，在運轉的過程中，主要需檢查風機的旋轉方向，軸承相關部位的溫度升高情況，風機的振動情況，同時要檢查風機是否有異常的響聲，假如以上的參數都符合要求，風機就可以進入聯動的試車狀態。

3.2 閥門的設計固定位置及相關作用

運用熱風爐的廢煙氣對焦碳內部的水分進行烘烤，一般整個系統內溫度的控制主要是通過不同閥門的相互轉換來實現的，根據設計圖紙和現場實際需求來確定其具體位置。在型號DN500的支管的前部安裝一個DN500的手動控制蝶閥，該蝶閥主要功能是用來切換廢煙氣。在煙氣管路的首個彎頭處加裝一個型號DN100的蝶閥進行排污。在引風機的前部安裝一個型號DN400手動控制碟閥以及一個型號DN500的手動控制碟閥，這兩個蝶閥可以分別用來調整加入冷風的流量以及廢煙氣的流量。通常在引風機的出口處，煙氣管道的最末端安裝兩個控制的閥門，這兩個閥門主要的作用是隔斷進入到焦碳倉的煙氣，以便后續對焦碳倉的檢查。

4 項目主要特點

（1）通過熱風爐廢煙氣的利用及相關工藝流程使得余熱得到充分使用，不僅可以變廢成寶，而且大大地提高了環保的質量和效果。

（2）由于焦碳的含水量減少了5%以上，提升了進入爐內焦碳的整體質量。

（3）降低了焦碳的比例，例如已經采用煙氣烘烤方案的熱風爐，比之前沒有進行烘烤的熱風爐在焦比方面下降了很多。相應冶煉產品的優秀率也有所上升，高爐平均每月的焦炭的使用量也有明顯的降低。

5 結語

熱風爐廢煙氣的再利用過程比較理想。它不僅有利于減少焦碳增加鋼鐵等相關產量，而且也節能環保、減少了大量的污染，有益于生態環境的保護。同時該項目也積極響應了目前鋼鐵產業節能減排的相關政策的要求，十分有利于深入鋼鐵行業內部節能環保等先進技術的應用及推廣，對相關企業在節能環保等方面的技術創新及發展有著積極的促進作用。