半密闭炉烟气余热利用节能除尘工艺研究

杨俊舒

（无锡市东方环境工程设计研究所有限公司江苏无锡214215）

半密闭炉烟气余热利用节能除尘工艺研究

杨俊舒

（无锡市东方环境工程设计研究所有限公司江苏无锡214215）

针对冶金行业半密闭炉产生高温烟气排放的治理提出一个切实可行的方案，其中结合排放的烟气具有高温及粉尘的特点，采用热交换技术将余热利用，并最终达到除尘目的。其工艺流程充分考虑到在这一过程中出现的各种难题，并一宗解决。实施后的系统运行稳定，节能显著，闯出了一条节能减排的新路。

烟气治理；余热利用；节能减排

1概述

冶金企业中烟尘气污染严重的半密闭炉包括电弧炉、电石炉、工业硅炉等，半密闭炉高温烟尘的治理一直都是“老大难”问题，这是由于半密闭炉高温排烟温度高，达750℃以上，直接除尘很难达到效果，必须首先冷却降温后才能除尘。以前通常采用的冷却降温方式有：直接掺入冷风、水冷烟道、机力冷却器风冷、喷雾冷却等。上述冷却方式存在诸多缺点：

1.1直接混入冷风造成系统的风量大，系统的初投资和运行费用大，仅能用于温度在300℃以下的烟气，有很大的局限性，且风机运行成本高。

1.2水冷烟道冷却需大量的冷却水，需经冷却水塔冷却后循环使用，此法仅适用于温度在500℃以上的烟气，降温效果差。

1.3机力冷却器风冷，降温效果差，进口烟气温度不宜大于500℃，降温有限，由于结构复杂，容易堵灰，运行时效不长。

1.4喷雾冷却的缺点是增加烟气中的水含量，不仅使后序除尘布袋容易结露，还容易造成布袋水解失效，所以此法可行性甚小。

如上所述，工程中大多组合使用上述冷却方式，因此，不仅造成烟气的降温冷却系统复杂，设备庞大，运行维护工作量大，而且使烟气的余热资源白白浪费掉了。比如一台25500kVA功率的半密闭炉高温烟气一年浪费的热能达到约6×1011kJ，相当于2×104tce，白白排空。

无锡市东方环境工程设计研究所有限公司根据现行的除尘工艺，通过研究排烟中烟气、粉尘的特性，结合换热技术,将余热利用、除尘集成于一体，开发余热锅炉替代传统除尘系统中的机力冷却器或喷雾冷却塔等降温设备，将烟气温度从750℃降低到120℃，一方面充分回收烟气中的余热产生饱和蒸气，用于企业生产和生活；另一方面得到较好的过滤除尘，彻底解决诸如：烟气波动大、结露、板结、腐蚀、漏水、爆炸、粘灰、堵灰、磨损等一系列难题。在回收高温烟气余热的同时，保证烟气排出温度满足布袋除尘器的许用工作温度，确保系统长期稳定可靠地运行。

2系统工艺

2.1半密闭炉高温烟气粉尘参数

2.1.1粉尘烟气温度曲线

图1某一电弧炉烟气温度曲线

2.1.2粉尘的平均粒度表

2.1.3粉尘成分表

2.1.4干烟气成分表

烟气烟尘的特性概述：

（1）粉尘浓度8/Nm3～30g/Nm3。（2）粉尘细而且吸附力强。

2.2创新的工艺路线

半密闭炉高温烟气→余热锅炉→抗结露脉冲除尘器→排放具体描述如下：

半密闭炉高温烟气，一般在550℃以上，550℃的高温烟气经保温烟道，直接进入余热锅炉，吸收烟气中的热能，生产达到用户要求参数的蒸气，用于生产、生活，完成热能回收。经降温的高温烟气，烟气温度＜120℃进入布袋除尘器,过滤后粉尘浓度≤20g/Nm3达标排放。工艺路线如图所示。

图2半容闭炉工艺路线

2.3技术特点

2.3.1创新余热锅炉换热与半密闭炉高温烟气除尘相结合的新工艺，即新型的节能除尘新工艺。

2.3.2创新二次间壁换热器，常规换热设备一般都是间壁换热，冷、热流体分别在器壁的两侧流过，如管壁或器壁有泄漏，则将造成停产损失。由余热锅炉组成的换热设备，是二次间壁换热，即热流体要通过蒸发段和冷凝段管壁才能传到冷流体，所以大大增强了设备运行的可靠性。其特点体现在：（1）传热效率高，启动速度快。（2）有效的防止积灰，换热器设计时能够采用变截面形式，保证流体通过换热器时等流速流动，达到自清灰的目的。（3）结构紧凑，占地面积小。（4）热流密度可变性。可以独立改变蒸发段和冷凝段的加热面积，这样可以控制管壁温度以避免出现露点结灰或酸腐蚀。（5）换热器具有恒温特性，不会结露。

2.3.3抗结露脉冲除尘器的特点

（1）设有均温沉降段，使大颗粒的粉尘未接触滤袋就首先沉降了，避免烧毁滤袋，同时可避免高温烟气对滤袋的直接冲刷，减少滤袋的负荷提高使用寿命，沉降段阻力系数较低可降低阻损。（2）滤袋采用超细纤维制作，过滤精度高，粉尘排放浓度≤20mg/Nm3。（3）进出口风管优化处理，降低阻损约300Pa。（4）气源经特殊处理可长期稳定的运行，对于半密闭炉高温又细又粘的粉尘亦能较彻底地清灰。（5）采用小仓结构，便于更换布袋及检修。（6）滤袋上端采用弹簧涨圈形式，不但密封性能好，而且在维修换布袋时快捷简单，实现机外换袋。

2.4性能指标

3经济分析

半密闭炉高温烟尘治理，常规流程为高温烟气经机力冷却器冷却后过滤，而本公司创新将机力冷却器改为余热锅炉，产生蒸气。

余热锅炉增加投资回收年限为：

（余热锅炉一次投入-机力冷却器一次投入）/（余热锅炉收益-余热锅炉运行费用+机力冷却器运行费用）

3.1机力冷却器投入

机力冷却器一次性投入：3000m2×0.05万元/m2=150万元；机力冷却器年运行电费：

风机数量×功率×年工作时间×单价=12×11×7920× 0.5=522720元（计52万元/年）

3.2余热锅炉投入、产出：

按照产生15t/h蒸气量计算

余热锅炉一次性投入：800万元

运行费用主要为水泵电费：

水泵数量×功率×年工作时间×单价=2×11×7920× 0.5=87120元（计9万元/年）

3.3蒸气使用经济效益：

额定产量×年工作时间×单价=15×7920×100=11880000元（计1188万元/年）

回收年限为：（800-150）/（1188-9+52）=0.52年

综上所述，采用余热锅炉回收热能，经济效益十分明显，对冶金企业增收节支起到重要作用。

4性能比较优势

与原有技术相比，本创新具有如下优点、经济效果：（1）最大限度回收烟气余热，产生蒸气用于生产生活。（2）满足循环经济的要求，符合节能环保的国家政策。（3）降温范围大，仅用一个部件就能替代高温水冷烟道、机力冷却器、喷雾冷却器等换热效果差的设备组合，简化了系统配置。（4）混入冷风量少，减少了系统风量，从而降低了运行费用。（5）余热锅炉运行可靠、稳定，满足正常生产的要求。（6）应用范围广，9000KVA以上的半密闭炉高温除尘都可采用。（7）采用保温烟道，减少了水冷烟道，降低冷却水量和维护费用。

5结语

半密闭炉高温烟尘治理采用余热锅炉技术与传统除尘工艺有机结合，开创了节能环保的除尘工艺新途径。余热锅炉余热回收系统技术先进、设计合理，具有运行平稳、操作方便、安全可靠、节能显著、生产顺行、投资回收期短等特点。余热锅炉余热回收系统开发成功为半密闭炉高温的余热利用闯出了一条新路，为冶金行业的节能减排作出了新的贡献。

参考资料

[1]Q/DFHJ5001-2013余热回收型除尘装置.无锡东方环保企业标准.

[2]工业除尘设备-设计、制作、安装与管理姜凤有主编.冶金工业出版社,2009.

[3]GB16297-2004大气污染物综合排放标准.