電加熱煅燒爐煙氣余熱回收

摘 要

摘要：結合工程實例，對電加熱煅燒爐的煙氣余熱回收系統(tǒng)工藝流程進行了探討，分析了煙氣余熱回收系統(tǒng)設計中應注意的問題。關鍵詞：電加熱煅燒爐；煙氣余熱回收：有機熱載體余熱爐Flue G
摘要：結合工程實例，對電加熱煅燒爐的煙氣余熱回收系統(tǒng)工藝流程進行了探討，分析了煙氣余熱回收系統(tǒng)設計中應注意的問題。
關鍵詞：電加熱煅燒爐；煙氣余熱回收：有機熱載體余熱爐
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
    普通轉爐的煙氣余熱回收一般直接利用轉爐的煙氣余熱[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)設備，主要分3種爐型：回轉窯煅燒爐、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度和耐熱性能，并改善了石墨電極的電導率。煅燒爐在煅燒過程中會產(chǎn)生大量高溫煙氣，煙氣溫度為900～1100℃，經(jīng)出口煙道排出。目前，回轉窯煅燒爐和罐式煅燒爐的煙氣余熱回收技術比較成熟，國內大部分炭素企業(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)模進行，主要是由于電加熱煅燒爐采用的原料是無煙煤，國內不同煤區(qū)的無煙煤成分差距較大，造成煙氣成分復雜，而且采用電加熱煅燒爐的企業(yè)分布較偏遠，對余熱回收技術的認知比較滯后。本文結合工程實例，對某炭素企業(yè)3臺電加熱煅燒爐進行煙氣余熱回收改造，通過有機熱載體余熱爐回收高溫煙氣熱量，用于供熱。
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)應用比較廣泛，其主體結構見圖1。煅燒原料(無煙煤)經(jīng)皮帶輸送機輸送至爐料斗，經(jīng)加料斗進入爐膛進行高溫煅燒，熱源采用電能。經(jīng)高溫煅燒，無煙煤內的揮發(fā)分與產(chǎn)品分離，形成高溫煙氣，經(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行了檢測，煙氣中各組分的體積分數(shù)見表1。由表1可知，煙氣成分比較復雜，含有可燃成分，因此可進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，將高溫煙氣引至燃燒室，燃燒室的作用是使煙氣中的可燃成分能夠完全燃燒，并且放出大量的熱量，從而提高余熱回收效率。經(jīng)燃燒室燃燒后的高溫煙氣溫度能夠達到1200℃以上，直接進入有機熱載體余熱爐進行換熱。有機熱載體余熱爐的結構為盤管式，盤管內介質為導熱油，盤管外介質為高溫煙氣。高溫煙氣將熱量傳給導熱油后，溫度降至300～350℃，經(jīng)除塵器由高溫引風機引至煙囪排空。

表1 煙氣中各組分的體積分數(shù)    %
氧氣
0.2570
氮氣
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
導熱油系統(tǒng)傳熱介質為導熱油，由于其具有加熱均勻、控溫準確、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，近年來被廣泛應用于化工、建材、食品、汽車、航天工業(yè)等領域。有機熱載體余熱爐利用導熱油為傳熱介質，將回收的熱量傳遞至熱用戶。導熱油經(jīng)有機熱載體余熱爐加熱后，被送至熱用戶，溫度降低，然后回流至導熱油循環(huán)泵，經(jīng)加壓后送至有機熱載體余熱爐進行換熱，完成一個循環(huán)過程。
    根據(jù)2009年4月25日的運行記錄，有機熱載體余熱爐進口油溫為173℃，出口油溫182℃，導熱油流量為156m3/h。工作溫度下導熱油的比定壓熱容為2.307kJ/(kg·K)，密度為916kg/m3。由此可計算得到，有機熱載體余熱爐實際回收熱流量為824.2kW。
    ④ 自控系統(tǒng)
    自控系統(tǒng)包括泵、風機的控制、電動煙道閘板的控制、監(jiān)測儀表的顯示與調節(jié)、人機操作界面和故障及異常報警系統(tǒng)。我們采用應用WINCE組態(tài)軟件的上位機和S7300PLC型可編程控制器來實現(xiàn)該系統(tǒng)的控制。
導熱油循環(huán)泵采用軟啟器啟動，手動/自動切換及導熱油循環(huán)泵切換均由上位機控制，當發(fā)生故障時有故障報警燈報警。變頻高溫引風機采用變頻/工頻手動切換、手動/自動切換控制、故障報警。電加熱煅燒爐電動煙氣閘板由上位機控制，現(xiàn)場設開閉控制器。煙氣余熱回收系統(tǒng)人機操作界面見圖3，煙氣余熱回收系統(tǒng)中所有溫度、壓力、流量、液位顯示及故障報警均在上位機人機操作界面中顯示。
 

    ⑤ 系統(tǒng)設計中應注意的問題
    a. 由于煙氣成分復雜，存在可燃成分，在燃燒室及煙道上應考慮設置防爆門。
    b. 有機熱載體余熱爐的進口煙氣溫度主要靠配入的空氣量控制，因此煙道的結構設計盡量考慮鋼護板煙道，連接處選用法蘭連接，以減少系統(tǒng)的漏風量[3]。
    c. 由于煙氣溫度比較高(最高約1250℃)，鋼護板煙道表面散熱量較大，應盡量減小煙道長度，設備布置盡量緊湊。
3 結語
    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臺蒸發(fā)量為10t/h的蒸汽鍋爐已停止運行，年節(jié)省標煤3300t，降低了企業(yè)運行成本。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，針對炭素行業(yè)的余熱回收方案將會更加嚴密和實用。
參考文獻：
[1] 曹武，韓慧珍.煉鋼轉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.轉爐煙氣余熱回收技術的探討[J].煤氣與熱力，2006，26(1)：43-45.
[3] 汪鎮(zhèn)安.化工工藝設計手冊[M].北京：化學工業(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備有限公司天津 300400；2.天津華燊燃氣實業(yè)有限公司 天津 300042)