回转石灰窑烟气余热回收应用实践

陆宣峄 蔡国海

摘 要：介绍了山西通才工贸有限公司新建的800吨回转石灰窑窑尾烟气余热回收装置，余热装置产生的饱和蒸汽用于车间生产，从而达到节能降耗、并防止布袋除尘器高温损毁，为系统安全运行提供保障。

关键词：回转石灰窑、余热回收、饱和蒸汽

中图分类号：TQ114文献标识码： A

1、前 言

山西通才工贸有限公司新建的800吨回转石灰窑项目于2012年9月投产，投产后由于烟气温度偏高，造成后部的布袋除尘器的布袋烧损、烟气引风机入口温度超标等，由此带来的影响是：烟囱排放的烟气含尘量严重超标，引风机风量不能增加，直接导致石灰窑无法达产，进而严重影响后续钢铁冶炼的正常生产等。

为保证布袋除尘器及烟气引风机的安全、稳定运行，拟建设一套烟气余热回收系统，回转石灰窑烟气余热系统建成投用后，一方面降低了烟气温度，保证了布袋除尘器的安全运行，烟气含尘量达标排放，引风机能够正常运行，从而提升石灰窑产量；另一方面利用烟气余热回收一定量的低压饱和蒸汽，并入公司蒸汽管网，用于公司生产用汽、冬季采暖等，改变了以往除尘系统“光花钱没效益”的观点，为典型的节能减排项目，具有十分显著的社会效益。

2、余热回收系统设计方案

2.1设计依据

石灰窑主要工艺技术参数：

回转窑日产量：800 t

年操作时间：330天/年

风机全压：9300Pa

工况风量：270000 m3/h

窑尾烟气温度：240℃～320℃

粉尘浓度：0.6～4g/Nm3

SO2浓度：～40mg/Nm3

2.2余热锅炉系统选型原则

（1）余热回收装置设计不得影响石灰窑的生产工艺；

（2）余热锅炉布置在布袋除尘器前，烟气中粉尘含量大，且遇水易板结，须有效解决换热管积灰的问题；

（3）烟气中含硫，须控制排烟温度不低于露点，且不能对后续除尘系统的设备及管道造成腐蚀；

（4）余热回收工艺系统及控制系统简单、可靠，便于石灰窑统一管理；

（5）充分利用原厂现有设施，合理布置余热锅炉设备及系统，节约投资。

2.3余热锅炉系统设计方案

2.3.1余热锅炉技术参数：

余热锅炉进口烟气温度：320℃（最低240℃）

余热锅炉烟气流量：125300 Nm3/h

余热锅炉额定产汽压力（表显）：0.6 MPa

余热锅炉出口蒸汽温度（表显）：～165℃

余热锅炉额定蒸汽流量（表显）：～11 t/h（外供~ 9t/h）

锅炉内烟气阻力：<600Pa

锅炉排烟温度：<180℃

2.3.2余热回收工艺流程简介

在原窑尾除尘管道出口新建三通，将烟气引入余热锅炉，高温烟气从上往下冲刷管束，经余热锅炉换热温降后接入原除尘器入口烟道新建低温三通。软化水经除氧器除氧后送入汽包，除氧蒸汽采用锅炉汽包产出的蒸汽降压后进除氧器；除氧水送入汽包后经上升、下降管进入蒸发器换热后产生蒸汽，经汽包汽液分离通过管道送入管网。用作生产、生活、采暖等。

本工程余热锅炉采用模块化设计、制造，将余热锅炉设置在旁路上。即可避免余热锅炉日常检维修影响石灰窑的连续运行，又可有效缩短现场安装周期。在余热锅炉烟气进口管道、旁通管道以及出口管道上分别设有电动密闭蝶阀，当余热锅炉工作时，余热锅炉进出口烟道上的电动密闭蝶阀打开，旁通烟道上的密闭蝶阀关闭。当余热锅炉检修时，余热锅炉进出口烟道上的密闭蝶阀关闭，旁通烟道上的密闭蝶阀打开，高温烟气通过原有系统排放，详见流程简图。

图1余热回收系统流程简图

2.3.3余热回收系统技术特点

余热锅炉结构型式：光管式余热锅炉，自然循环产汽系统。露天布置，采用两跨U型立式布置。高温烟气从上往下冲刷管束，经蒸发器1、蒸发器2受热面换热后，再转弯180o进入蒸发器3、水预热器受热面换热后从顶部排出。余热锅炉采取立式布置的优点在于：

1、换热管不易积灰。

2、设备底部便于设置灰斗，清灰方便。

3、占地面积小，设备检修方便。

光管式蒸汽发生器是由若干根光管元件组合而成，其基本结构如图2所示，换热管的受热段置于烟道内，热风横掠换热管，它的工作原理是烟气的热量经换热管传给管内的除氧水，使其汽化产生蒸汽，所产水汽混合物沿上升管到达锅筒，经集中分离后再送入厂区低压蒸汽管网。管内水转变成蒸汽后，由下降管将锅筒内的水导进得以补充，锅筒内的水则通过给水泵从除氧水箱直接供给。这样换热管不断吸收烟气热量，传给管内的水并产生蒸汽，再通过外部水-汽管道的上升及下降完成间接受热的汽-水循环原理，从而达到将烟气余热转变成蒸汽的目的。

图2 蒸汽发生器工作原理图

2.4主要技术措施

（1）由于余热锅炉安装位置在除尘器前，烟气中含有大量活性粉尘，除严格将烟气流速设计为10m/s外，烟气系统尽可能少设置弯头，易减少烟气系统阻力，防止弯头处积灰堵塞流通通道。

（2）换热管采用光管式换热元件，水平倾斜放置于烟道中，换热管排列形式采用顺排；余热锅炉底部设有灰斗及卸灰阀门，在锅炉本体侧面设置充足的激波吹灰点，定期对锅炉换热面上的积灰进行在线吹扫。灰斗底部设气力输灰系统将成品灰输送至灰仓。

（3）在余热锅炉烟气进出口管道及旁路烟道上均设有电动密闭蝶阀，烟道蝶阀存在泄漏率，阀门关闭时有少量烟气泄漏，长时间积累必然有大量粉尘沉积在阀门前，为确保阀门能够正常开启，蝶阀阀板垂直安装，阀板开启方向顺着烟气流向。且在阀前烟道底部开孔，通过管道将此处的积灰引至输灰系统。

2.4设备布置

余热锅炉系统采用露天立式布置，换热器布置在独立的钢架上，低压汽包布置于钢架顶部，汽包平台边缘设置检修起重设施。平面布置主要根据生产工业流程要求，本着方便管理、检修、工艺流程舒畅的原则，同时兼顾了安全、防火、环保等要求进行的。

3、设备运行状况

山西通才800吨回转石灰窑烟气余热回收系统于2013年10月20日投入使用，目前烟气进口温度最高310℃，未超320℃，这情况下，汽包出口压力0.6MPa，产汽量：9t/h。余热锅炉出口烟气温度约170℃，未高于250℃（布袋耐温）；烟气系统阻力约为500Pa，未高于600Pa，根据现场仪表记录，自动控制系统运行稳定。

从上述采集的数据分析得出：目前余热锅炉运行正常，内部积灰较少，未有活性石灰结露板结情况，无换热效率下降现象，同时，系统排灰、输灰系统也运行正常，达到设计和运行要求。

4、经济技术分析

4.1经济效益

4.1.1按蒸汽产量计算

按每小时平均外供蒸汽9吨计，一年按330天(7920小时)计算：

年产蒸汽：9×7920 = 71280吨/年

如每吨蒸汽平均价格按155元计（当地电厂蒸汽购买价格）：71280×155 = 1104.8万元/年。

4.1.2主要消耗指标

序号 项目 单价(元) 单位 小时耗量 年消耗量 年费用（万元） 备注

1 工业水 1.5 t 2 2.4

2 除盐水 3.5 t 11 30.5

3 压缩空气 0.11 m3 50 4.35

4 乙炔 105 瓶 1500 15.75

5 电 0.62 kWh 20 9.8

6 人工费 2000 月 9.6 4班3倒

7 合计 72.4

注：年产汽量、回收热量均按下限估算。

每年的经济效益为：1104.8-72.4=1032.4万元，由上述数据可以看出，大约半年时间即可收回全部投资，年经济效益相当可观。

4.2环保效益

每小时可回收～7250kW的热量，一年（按7920小时计）可回收热量：5.74x107 kW，年节约标煤为：[ 钢铁行业2006年全国开始用电当量折算值（1.229吨标煤／万千瓦时）]：7054 吨。

通过热量回收，每年可节约标煤为7054吨，即可减少CO2排放～1.77万吨、SO2排放535吨、NOx排放267吨等。

5、总结

综上所述，该项目的实施有利于提高节能减排技术的发展，为回转石灰窑领域节能减排技术的发展起到积极的作用，可降低钢铁企业生产成本和对一次性能源的消耗、增加企业效益，从而提高企业的能源利用水平，有效推动经济社会的可持续发展；同时也是一项投资回报率较高的节能环保工程，具有显著的社会效益和经济效益。目前，国内类似的石灰窑大多数均未配套相应的余热锅炉，市场前景广阔。

参考文献：

[1]、刘德昌、陈汉平 著.锅炉改造技术[M].中国电力出版社，2001.

[2]、靳晓华.我国冶金石灰回转窑现状及大型化、工业化发展趋势[J].石灰，2006，81（2）：16～18