電加熱煅燒爐煙氣余熱回收

摘 要

摘要：結(jié)合工程實(shí)例，對電加熱煅燒爐的煙氣余熱回收系統(tǒng)工藝流程進(jìn)行了探討，分析了煙氣余熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。關(guān)鍵詞：電加熱煅燒爐；煙氣余熱回收：有機(jī)熱載體余熱爐Flue G
摘要：結(jié)合工程實(shí)例，對電加熱煅燒爐的煙氣余熱回收系統(tǒng)工藝流程進(jìn)行了探討，分析了煙氣余熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。
關(guān)鍵詞：電加熱煅燒爐；煙氣余熱回收：有機(jī)熱載體余熱爐
Flue Gas Residual Heat Recovery of Electric Calcining Furnace
LU Yugui，LUO Fuquan
Abstract：The technological process of flue gas residual heat recovery system of eleclric calcining furnace is diseussed with an engineering example.The problems to which attention should be paid in design of the recovery system are analyzed.
Key words：electric calcining furnace；flue gas residual heat recovery；organic heat transfer material heater
1 概述
    普通轉(zhuǎn)爐的煙氣余熱回收一般直接利用轉(zhuǎn)爐的煙氣余熱[1～2]，而采用無煙煤作為原料的煅燒爐煙氣中含有可燃成分，可進(jìn)一步使煙氣中可燃成分燃燒，以提高煙氣溫度，從而提高利用效率。
    煅燒爐是炭素生產(chǎn)中重要的生產(chǎn)設(shè)備，主要分3種爐型：回轉(zhuǎn)窯煅燒爐、罐式煅燒爐、電加熱煅燒爐。其工作原理是：將煅燒原料(石油焦或無煙煤)放入煅燒爐進(jìn)行高溫煅燒，溫度在1300℃左右，將原料中的揮發(fā)分盡量除掉，這樣可減少成品石墨電極的氫含量，使石墨化程度提高，從而提高石墨電極的高溫強(qiáng)度和耐熱性能，并改善了石墨電極的電導(dǎo)率。煅燒爐在煅燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量高溫?zé)煔?，煙氣溫度?00～1100℃，經(jīng)出口煙道排出。目前，回轉(zhuǎn)窯煅燒爐和罐式煅燒爐的煙氣余熱回收技術(shù)比較成熟，國內(nèi)大部分炭素企業(yè)已完成了余熱回收改造，而電加熱煅燒爐的余熱回收改造還未大規(guī)模進(jìn)行，主要是由于電加熱煅燒爐采用的原料是無煙煤，國內(nèi)不同煤區(qū)的無煙煤成分差距較大，造成煙氣成分復(fù)雜，而且采用電加熱煅燒爐的企業(yè)分布較偏遠(yuǎn)，對余熱回收技術(shù)的認(rèn)知比較滯后。本文結(jié)合工程實(shí)例，對某炭素企業(yè)3臺(tái)電加熱煅燒爐進(jìn)行煙氣余熱回收改造，通過有機(jī)熱載體余熱爐回收高溫?zé)煔鉄崃?，用于供熱?/span>
2 電加熱煅燒爐及煙氣余熱回收系統(tǒng)
   ① 電加熱煅燒爐
   電加熱煅燒爐在我國中、西部地區(qū)應(yīng)用比較廣泛，其主體結(jié)構(gòu)見圖1。煅燒原料(無煙煤)經(jīng)皮帶輸送機(jī)輸送至爐料斗，經(jīng)加料斗進(jìn)入爐膛進(jìn)行高溫煅燒，熱源采用電能。經(jīng)高溫煅燒，無煙煤內(nèi)的揮發(fā)分與產(chǎn)品分離，形成高溫?zé)煔?，?jīng)煙囪排出。煅燒成品經(jīng)冷卻后通過出料裝置輸送至下一生產(chǎn)工序。

   ② 煙氣成分
我們聘請了專業(yè)單位對該炭素企業(yè)電加熱煅燒爐煙氣進(jìn)行了檢測，煙氣中各組分的體積分?jǐn)?shù)見表1。由表1可知，煙氣成分比較復(fù)雜，含有可燃成分，因此可進(jìn)一步使煙氣中可燃成分燃燒，以提高煙氣溫度。
   ③ 煙氣余熱回收系統(tǒng)工藝流程
   煙氣余熱回收系統(tǒng)工藝流程見圖2。從電加熱煅燒爐煙囪下部接出一條煙氣管道，將高溫?zé)煔庖寥紵遥紵业淖饔檬鞘篃煔庵械目扇汲煞帜軌蛲耆紵?，并且放出大量的熱量，從而提高余熱回收效率。?jīng)燃燒室燃燒后的高溫?zé)煔鉁囟饶軌蜻_(dá)到1200℃以上，直接進(jìn)入有機(jī)熱載體余熱爐進(jìn)行換熱。有機(jī)熱載體余熱爐的結(jié)構(gòu)為盤管式，盤管內(nèi)介質(zhì)為導(dǎo)熱油，盤管外介質(zhì)為高溫?zé)煔?。高溫?zé)煔鈱崃總鹘o導(dǎo)熱油后，溫度降至300～350℃，經(jīng)除塵器由高溫引風(fēng)機(jī)引至煙囪排空。

表1 煙氣中各組分的體積分?jǐn)?shù)    %
氧氣
0.2570
氮?dú)?/span>
45.5120
水蒸氣
3.2070
氫氣
29.O812
一氧化碳
4.7876
二氧化碳
7.2019
甲烷
9.8705
乙烷
0.0553
乙烯
0.0250
丙烷
0.0004
丙烯
0.0021
導(dǎo)熱油系統(tǒng)傳熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油，由于其具有加熱均勻、控溫準(zhǔn)確、能在常壓下產(chǎn)生高溫、傳熱效果好、輸送和操作方便等特點(diǎn)，近年來被廣泛應(yīng)用于化工、建材、食品、汽車、航天工業(yè)等領(lǐng)域。有機(jī)熱載體余熱爐利用導(dǎo)熱油為傳熱介質(zhì)，將回收的熱量傳遞至熱用戶。導(dǎo)熱油經(jīng)有機(jī)熱載體余熱爐加熱后，被送至熱用戶，溫度降低，然后回流至導(dǎo)熱油循環(huán)泵，經(jīng)加壓后送至有機(jī)熱載體余熱爐進(jìn)行換熱，完成一個(gè)循環(huán)過程。
    根據(jù)2009年4月25日的運(yùn)行記錄，有機(jī)熱載體余熱爐進(jìn)口油溫為173℃，出口油溫182℃，導(dǎo)熱油流量為156m3/h。工作溫度下導(dǎo)熱油的比定壓熱容為2.307kJ/(kg·K)，密度為916kg/m3。由此可計(jì)算得到，有機(jī)熱載體余熱爐實(shí)際回收熱流量為824.2kW。
    ④ 自控系統(tǒng)
    自控系統(tǒng)包括泵、風(fēng)機(jī)的控制、電動(dòng)煙道閘板的控制、監(jiān)測儀表的顯示與調(diào)節(jié)、人機(jī)操作界面和故障及異常報(bào)警系統(tǒng)。我們采用應(yīng)用WINCE組態(tài)軟件的上位機(jī)和S7300PLC型可編程控制器來實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的控制。
導(dǎo)熱油循環(huán)泵采用軟啟器啟動(dòng)，手動(dòng)/自動(dòng)切換及導(dǎo)熱油循環(huán)泵切換均由上位機(jī)控制，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)有故障報(bào)警燈報(bào)警。變頻高溫引風(fēng)機(jī)采用變頻/工頻手動(dòng)切換、手動(dòng)/自動(dòng)切換控制、故障報(bào)警。電加熱煅燒爐電動(dòng)煙氣閘板由上位機(jī)控制，現(xiàn)場設(shè)開閉控制器。煙氣余熱回收系統(tǒng)人機(jī)操作界面見圖3，煙氣余熱回收系統(tǒng)中所有溫度、壓力、流量、液位顯示及故障報(bào)警均在上位機(jī)人機(jī)操作界面中顯示。
 

    ⑤ 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題
    a. 由于煙氣成分復(fù)雜，存在可燃成分，在燃燒室及煙道上應(yīng)考慮設(shè)置防爆門。
    b. 有機(jī)熱載體余熱爐的進(jìn)口煙氣溫度主要靠配入的空氣量控制，因此煙道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盡量考慮鋼護(hù)板煙道，連接處選用法蘭連接，以減少系統(tǒng)的漏風(fēng)量[3]。
    c. 由于煙氣溫度比較高(最高約1250℃)，鋼護(hù)板煙道表面散熱量較大，應(yīng)盡量減小煙道長度，設(shè)備布置盡量緊湊。
3 結(jié)語
    通過對該炭素企業(yè)電加熱煅燒爐的煙氣余熱回收改造，原有1臺(tái)蒸發(fā)量為10t/h的蒸汽鍋爐已停止運(yùn)行，年節(jié)省標(biāo)煤3300t，降低了企業(yè)運(yùn)行成本。經(jīng)過此次電加熱煅燒爐煙氣余熱回收改造，我們積累了更多的經(jīng)驗(yàn)，針對炭素行業(yè)的余熱回收方案將會(huì)更加嚴(yán)密和實(shí)用。
參考文獻(xiàn)：
[1] 曹武，韓慧珍.煉鋼轉(zhuǎn)爐煙氣余熱飽和蒸汽發(fā)電[J].煤氣與熱力，2005，25(9)：56-57.
[2] 池偉強(qiáng).轉(zhuǎn)爐煙氣余熱回收技術(shù)的探討[J].煤氣與熱力，2006，26(1)：43-45.
[3] 汪鎮(zhèn)安.化工工藝設(shè)計(jì)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：91-93.
 
(本文作者：盧玉貴1 駱福全2 1.天津市中建熱載體設(shè)備有限公司天津 300400；2.天津華燊燃?xì)鈱?shí)業(yè)有限公司 天津 300042)