回轉石灰窯煙氣余熱回收應用實踐

陸宣嶧 蔡國海

摘 要：介紹了山西通才工貿有限公司新建的800噸回轉石灰窯窯尾煙氣余熱回收裝置，余熱裝置產生的飽和蒸汽用于車間生產，從而達到節能降耗、并防止布袋除塵器高溫損毀，為系統安全運行提供保障。

關鍵詞：回轉石灰窯、余熱回收、飽和蒸汽

中圖分類號：TQ114文獻標識碼： A

1、前 言

山西通才工貿有限公司新建的800噸回轉石灰窯項目于2012年9月投產，投產后由于煙氣溫度偏高，造成后部的布袋除塵器的布袋燒損、煙氣引風機入口溫度超標等，由此帶來的影響是：煙囪排放的煙氣含塵量嚴重超標，引風機風量不能增加，直接導致石灰窯無法達產，進而嚴重影響后續鋼鐵冶煉的正常生產等。

為保證布袋除塵器及煙氣引風機的安全、穩定運行，擬建設一套煙氣余熱回收系統，回轉石灰窯煙氣余熱系統建成投用后，一方面降低了煙氣溫度，保證了布袋除塵器的安全運行，煙氣含塵量達標排放，引風機能夠正常運行，從而提升石灰窯產量；另一方面利用煙氣余熱回收一定量的低壓飽和蒸汽，并入公司蒸汽管網，用于公司生產用汽、冬季采暖等，改變了以往除塵系統“光花錢沒效益”的觀點，為典型的節能減排項目，具有十分顯著的社會效益。

2、余熱回收系統設計方案

2.1設計依據

石灰窯主要工藝技術參數：

回轉窯日產量：800 t

年操作時間：330天/年

風機全壓：9300Pa

工況風量：270000 m3/h

窯尾煙氣溫度：240℃～320℃

粉塵濃度：0.6～4g/Nm3

SO2濃度：～40mg/Nm3

2.2余熱鍋爐系統選型原則

（1）余熱回收裝置設計不得影響石灰窯的生產工藝；

（2）余熱鍋爐布置在布袋除塵器前，煙氣中粉塵含量大，且遇水易板結，須有效解決換熱管積灰的問題；

（3）煙氣中含硫，須控制排煙溫度不低于露點，且不能對后續除塵系統的設備及管道造成腐蝕；

（4）余熱回收工藝系統及控制系統簡單、可靠，便于石灰窯統一管理；

（5）充分利用原廠現有設施，合理布置余熱鍋爐設備及系統，節約投資。

2.3余熱鍋爐系統設計方案

2.3.1余熱鍋爐技術參數：

余熱鍋爐進口煙氣溫度：320℃（最低240℃）

余熱鍋爐煙氣流量：125300 Nm3/h

余熱鍋爐額定產汽壓力（表顯）：0.6 MPa

余熱鍋爐出口蒸汽溫度（表顯）：～165℃

余熱鍋爐額定蒸汽流量（表顯）：～11 t/h（外供~ 9t/h）

鍋爐內煙氣阻力：<600Pa

鍋爐排煙溫度：<180℃

2.3.2余熱回收工藝流程簡介

在原窯尾除塵管道出口新建三通，將煙氣引入余熱鍋爐，高溫煙氣從上往下沖刷管束，經余熱鍋爐換熱溫降后接入原除塵器入口煙道新建低溫三通。軟化水經除氧器除氧后送入汽包，除氧蒸汽采用鍋爐汽包產出的蒸汽降壓后進除氧器；除氧水送入汽包后經上升、下降管進入蒸發器換熱后產生蒸汽，經汽包汽液分離通過管道送入管網。用作生產、生活、采暖等。

本工程余熱鍋爐采用模塊化設計、制造，將余熱鍋爐設置在旁路上。即可避免余熱鍋爐日常檢維修影響石灰窯的連續運行，又可有效縮短現場安裝周期。在余熱鍋爐煙氣進口管道、旁通管道以及出口管道上分別設有電動密閉蝶閥，當余熱鍋爐工作時，余熱鍋爐進出口煙道上的電動密閉蝶閥打開，旁通煙道上的密閉蝶閥關閉。當余熱鍋爐檢修時，余熱鍋爐進出口煙道上的密閉蝶閥關閉，旁通煙道上的密閉蝶閥打開，高溫煙氣通過原有系統排放，詳見流程簡圖。

圖1余熱回收系統流程簡圖

2.3.3余熱回收系統技術特點

余熱鍋爐結構型式：光管式余熱鍋爐，自然循環產汽系統。露天布置，采用兩跨U型立式布置。高溫煙氣從上往下沖刷管束，經蒸發器1、蒸發器2受熱面換熱后，再轉彎180o進入蒸發器3、水預熱器受熱面換熱后從頂部排出。余熱鍋爐采取立式布置的優點在于：

1、換熱管不易積灰。

2、設備底部便于設置灰斗，清灰方便。

3、占地面積小，設備檢修方便。

光管式蒸汽發生器是由若干根光管元件組合而成，其基本結構如圖2所示，換熱管的受熱段置于煙道內，熱風橫掠換熱管，它的工作原理是煙氣的熱量經換熱管傳給管內的除氧水，使其汽化產生蒸汽，所產水汽混合物沿上升管到達鍋筒，經集中分離后再送入廠區低壓蒸汽管網。管內水轉變成蒸汽后，由下降管將鍋筒內的水導進得以補充，鍋筒內的水則通過給水泵從除氧水箱直接供給。這樣換熱管不斷吸收煙氣熱量，傳給管內的水并產生蒸汽，再通過外部水-汽管道的上升及下降完成間接受熱的汽-水循環原理，從而達到將煙氣余熱轉變成蒸汽的目的。

圖2 蒸汽發生器工作原理圖

2.4主要技術措施

（1）由于余熱鍋爐安裝位置在除塵器前，煙氣中含有大量活性粉塵，除嚴格將煙氣流速設計為10m/s外，煙氣系統盡可能少設置彎頭，易減少煙氣系統阻力，防止彎頭處積灰堵塞流通通道。

（2）換熱管采用光管式換熱元件，水平傾斜放置于煙道中，換熱管排列形式采用順排；余熱鍋爐底部設有灰斗及卸灰閥門，在鍋爐本體側面設置充足的激波吹灰點，定期對鍋爐換熱面上的積灰進行在線吹掃?；叶返撞吭O氣力輸灰系統將成品灰輸送至灰倉。

（3）在余熱鍋爐煙氣進出口管道及旁路煙道上均設有電動密閉蝶閥，煙道蝶閥存在泄漏率，閥門關閉時有少量煙氣泄漏，長時間積累必然有大量粉塵沉積在閥門前，為確保閥門能夠正常開啟，蝶閥閥板垂直安裝，閥板開啟方向順著煙氣流向。且在閥前煙道底部開孔，通過管道將此處的積灰引至輸灰系統。

2.4設備布置

余熱鍋爐系統采用露天立式布置，換熱器布置在獨立的鋼架上，低壓汽包布置于鋼架頂部，汽包平臺邊緣設置檢修起重設施。平面布置主要根據生產工業流程要求，本著方便管理、檢修、工藝流程舒暢的原則，同時兼顧了安全、防火、環保等要求進行的。

3、設備運行狀況

山西通才800噸回轉石灰窯煙氣余熱回收系統于2013年10月20日投入使用，目前煙氣進口溫度最高310℃，未超320℃，這情況下，汽包出口壓力0.6MPa，產汽量：9t/h。余熱鍋爐出口煙氣溫度約170℃，未高于250℃（布袋耐溫）；煙氣系統阻力約為500Pa，未高于600Pa，根據現場儀表記錄，自動控制系統運行穩定。

從上述采集的數據分析得出：目前余熱鍋爐運行正常，內部積灰較少，未有活性石灰結露板結情況，無換熱效率下降現象，同時，系統排灰、輸灰系統也運行正常，達到設計和運行要求。

4、經濟技術分析

4.1經濟效益

4.1.1按蒸汽產量計算

按每小時平均外供蒸汽9噸計，一年按330天(7920小時)計算：

年產蒸汽：9×7920 = 71280噸/年

如每噸蒸汽平均價格按155元計（當地電廠蒸汽購買價格）：71280×155 = 1104.8萬元/年。

4.1.2主要消耗指標

序號 項目 單價(元) 單位 小時耗量 年消耗量 年費用（萬元） 備注

1 工業水 1.5 t 2 2.4

2 除鹽水 3.5 t 11 30.5

3 壓縮空氣 0.11 m3 50 4.35

4 乙炔 105 瓶 1500 15.75

5 電 0.62 kWh 20 9.8

6 人工費 2000 月 9.6 4班3倒

7 合計 72.4

注：年產汽量、回收熱量均按下限估算。

每年的經濟效益為：1104.8-72.4=1032.4萬元，由上述數據可以看出，大約半年時間即可收回全部投資，年經濟效益相當可觀。

4.2環保效益

每小時可回收～7250kW的熱量，一年（按7920小時計）可回收熱量：5.74x107 kW，年節約標煤為：[ 鋼鐵行業2006年全國開始用電當量折算值（1.229噸標煤／萬千瓦時）]：7054 噸。

通過熱量回收，每年可節約標煤為7054噸，即可減少CO2排放～1.77萬噸、SO2排放535噸、NOx排放267噸等。

5、總結

綜上所述，該項目的實施有利于提高節能減排技術的發展，為回轉石灰窯領域節能減排技術的發展起到積極的作用，可降低鋼鐵企業生產成本和對一次性能源的消耗、增加企業效益，從而提高企業的能源利用水平，有效推動經濟社會的可持續發展；同時也是一項投資回報率較高的節能環保工程，具有顯著的社會效益和經濟效益。目前，國內類似的石灰窯大多數均未配套相應的余熱鍋爐，市場前景廣闊。

參考文獻：

[1]、劉德昌、陳漢平 著.鍋爐改造技術[M].中國電力出版社，2001.

[2]、靳曉華.我國冶金石灰回轉窯現狀及大型化、工業化發展趨勢[J].石灰，2006，81（2）：16～18