一種沸騰焙燒爐余熱回收方法

徐曉偉

（山東恒邦冶煉股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264100）

1 背景技術(shù)

沸騰焙燒爐是用固體流態(tài)化技術(shù)焙燒硫化礦物的裝置，主要用于硫鐵礦、鋅精礦、含硫金精礦等含金物料的焙燒脫硫。焙燒過(guò)程有大量反應(yīng)熱放出，產(chǎn)生含有二氧化硫的氣體用于制造硫酸，焙燒渣則用作冶金原料。沸騰焙燒爐因處理含硫物料的種類及方式的不同，煙氣工況也有很大不同，一般的處理干燥含硫物料的焙燒爐煙氣出口處溫度約 800-950℃，為保證焙燒的熱平衡，爐內(nèi)設(shè)置冷卻管束移除反應(yīng)熱并副產(chǎn)蒸汽，高溫的焙燒煙氣則利用余熱鍋爐進(jìn)一步降低溫度并回收熱量，煙氣溫度降低至約350℃，滿足后續(xù)除塵等工序工況需求。

因此目前此部分高溫?zé)煔饽壳熬捎帽砻胬鋮s器將熱量散失到空氣中，煙氣溫度降低至約 350℃，以滿足后續(xù)除塵等工序的工況要求。如此多的煙氣熱量全部散失到大氣中，造成能源的極大浪費(fèi)。針對(duì)以上現(xiàn)狀，開(kāi)發(fā)研制一種高水分含硫物料的沸騰焙燒爐焙燒煙氣的熱量回收系統(tǒng)及其使用方法有非常重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值和意義。

2 節(jié)能分析

我們針對(duì)焙燒工藝處理含水分很高的含硫礦物的料漿，一般料漿水分高達(dá) 20 ～ 30%，且焙燒爐出口的煙氣溫度也較低，一般為 550-650℃，煙氣中的水分一般為 20 ～ 30%煙氣成分見(jiàn)表 1。

表1 沸騰爐煙氣組成表

2.1 計(jì)算過(guò)程

從表1可以看出，煙氣量 ：25189Nm3/h，原裝置是將煙氣從進(jìn)煙溫度 520℃通過(guò)表冷器降到 350℃后進(jìn)入旋風(fēng)除塵器，這部分能量全部損失到大氣中。下面我們根據(jù)表 1中煙氣中各成分含量計(jì)算出這部分熱能。

（1）煙氣余熱量計(jì)算

根據(jù)表2煙氣焓值計(jì)算公式可計(jì)算得到進(jìn)煙溫度520℃及設(shè)計(jì)排煙溫度350℃情況下，煙氣的焓值,根據(jù)煙氣量及焓值變化，計(jì)算可得：煙氣余熱量為 25189×（181.6-118.4）=159.20萬(wàn) kcal/h。將這部分能量進(jìn)行余熱回收，設(shè)計(jì)余熱回收器效率按照 90%計(jì)算，則可回收利用余熱量為 ：159.20×0.9=143.28萬(wàn)kcal/h。日節(jié)能量為：159.20×24=3820 萬(wàn) kcal/d ，折合標(biāo)準(zhǔn)煤5.46噸/天

（2）余熱回收產(chǎn)飽和水蒸汽

我們將上面吸收的能量用于產(chǎn)生 0.6MPa飽和水蒸氣則經(jīng)查水及飽和水蒸氣焓值表可知：常溫20℃水焓值：20kcal/kg。0.6MPa飽 和 水 蒸 氣 焓 值 ：661kcal/kg。則，將1kg20℃水升溫變成0.6MPa 飽和水蒸氣焓值變化：641kcal/kg 將可回收利用余熱用于產(chǎn) 0.6MPa飽和水蒸氣，其產(chǎn)量為：1432800÷641÷1000=2.24t/h， 日 產(chǎn) 量 為 ：2.24×24=53.76t/d。以160元/噸蒸汽價(jià)格，一年按 330 天計(jì)算，年節(jié)能效益 ：53.76×330×160=283.9 萬(wàn)元。

3 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)沸騰爐焙燒爐煙氣余熱量大、含硫氧化合物和水分較高、腐蝕性強(qiáng)以及煙氣粉塵含量較大的特征，設(shè)計(jì)解決見(jiàn)《圖一焙燒爐改造示意圖》。

圖1 焙燒爐改造示意

3.1 熱管式蒸汽發(fā)生器①——產(chǎn)飽和蒸汽

為更充分地回收沸騰爐排煙煙氣熱量，降低熱損失，我們將原裝置的表冷器拆除，在排煙煙道上串聯(lián)安裝兩臺(tái)熱管式蒸汽發(fā)生器用于余熱回收。

兩臺(tái)熱管式蒸汽發(fā)生器均設(shè)計(jì)為普通熱管與ND鋼熱管復(fù)合模式，其中普通熱管壁厚增加 ；熱管采用光管形式，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度較翅片管增加 70%。蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)功率合計(jì) 2218kW，高溫?zé)煔饨?jīng)余熱回收后降低排煙溫度至 350℃，可產(chǎn) 0.6MPa（表壓）飽和蒸汽。

3.2 預(yù)熱空氣系統(tǒng)——防露點(diǎn)腐蝕

沸騰爐煙氣成分中含硫氧化合物 10.53% 和水分 27.34%，露點(diǎn)溫度高達(dá) 200℃以上，對(duì)設(shè)備腐蝕作用明顯，特別考慮設(shè)備開(kāi)車和停車過(guò)程，低溫設(shè)備使高溫?zé)煔庵兴淠l(fā)生設(shè)備腐蝕現(xiàn)象。蒸汽發(fā)生器主體采用耐腐蝕 ND 鋼（耐硫酸低溫露點(diǎn)腐蝕、耐氯離子腐蝕）材料，熱管元件采用普通熱管與 ND 鋼熱管復(fù)合模式，普通熱管壁厚增加，延長(zhǎng)熱管壽命。此外，增加預(yù)熱空氣的預(yù)熱器，能產(chǎn)生 400℃以上高溫空氣，進(jìn)行熱補(bǔ)償防止開(kāi)車、停車時(shí)高硫高水煙氣的腐蝕。該預(yù)熱器燃料可以采用柴油或天然氣，若電價(jià)便宜，也可以采用電加熱預(yù)熱器，具體種類根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。

3.3 高頻電磁清灰裝置②——防積灰

沸騰爐煙氣粉塵含量較大，采用翅片熱管蒸汽發(fā)生器會(huì)導(dǎo)致設(shè)備積灰和系統(tǒng)阻力增大問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題，蒸汽發(fā)生器的換熱元件采用光管形式，減少煙氣通過(guò)產(chǎn)生的系統(tǒng)阻力，同時(shí)為確保優(yōu)良的換熱效果，光管設(shè)計(jì)長(zhǎng)度較翅片管增加 70%。

3.4 熱能回收與自動(dòng)控制的完美結(jié)合

當(dāng)蒸汽發(fā)生器準(zhǔn)備開(kāi)車時(shí)，打開(kāi)煙氣閥1、空氣閥1 和空氣閥2，關(guān)閉煙氣閥 2 和煙氣閥 3，切斷沸騰爐高溫?zé)煔膺M(jìn)入蒸汽發(fā)生器，通過(guò)旁通煙道將高溫?zé)煔庵苯优抛?，預(yù)熱器的高溫 400度的空氣通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入蒸汽發(fā)生器煙氣腔，預(yù)熱設(shè)備。待自動(dòng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到設(shè)備預(yù)熱高于露點(diǎn)溫度 300 度，并且焙燒爐排除的煙氣溫度也高于 300 度，自動(dòng)控制系統(tǒng)將關(guān)閉預(yù)熱器，關(guān)閉煙氣閥1和空氣閥1和空氣閥2，打開(kāi)煙氣閥 2 和煙氣閥 3，沸騰焙燒爐進(jìn)入正常煙氣余熱回收過(guò)程中。

在蒸汽發(fā)生器準(zhǔn)備停車時(shí)，同樣打開(kāi)煙氣閥 1、空氣閥 1 和空氣閥 2，關(guān)閉煙氣閥 2 和煙氣閥 3，切斷沸騰爐高溫?zé)煔膺M(jìn)入蒸汽發(fā)生器，通過(guò)旁通煙道將高溫?zé)煔庵苯优抛撸饾u替換蒸汽發(fā)生器煙氣腔內(nèi)的高硫高水分煙氣為無(wú)腐蝕性的熱空氣，避免停車過(guò)程中煙氣降溫腐蝕設(shè)備。待蒸汽發(fā)生器煙氣腔內(nèi)高硫高水分煙氣排盡，即可關(guān)閉預(yù)熱器。

4 結(jié)論

通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)控制各個(gè)閥門的導(dǎo)通或關(guān)斷，在沸騰焙燒爐運(yùn)行之初和停車時(shí)將蒸汽發(fā)生器內(nèi)溫度保持在煙氣的露點(diǎn)溫度以上或置換出腐蝕性煙氣，防止了煙氣結(jié)露腐蝕設(shè)備。通過(guò)定期使用高頻電磁清灰器清除熱管上粘結(jié)的粉塵，保證了高效的換熱效率。通過(guò)上述措施解決了露點(diǎn)腐蝕、粘結(jié)粉塵降低效率的缺點(diǎn)。保證沸騰培燒爐熱回收系統(tǒng)安全、可靠穩(wěn)定、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的特點(diǎn)，節(jié)能效益顯著。

注釋 ：熱管式蒸汽發(fā)生器① ：是一種具有超高導(dǎo)熱性能的新型傳熱元件。由鋼、銅、鋁管內(nèi)灌充導(dǎo)熱介質(zhì)，抽成一定的真空后密封而成 ；管內(nèi)的工作介質(zhì)由多種無(wú)機(jī)活性金屬及其化合物混合而成，具有超強(qiáng)的熱活性和熱敏感性，遇熱而吸，遇冷而放。這種熱超導(dǎo)工質(zhì)在一定溫度下被激活。并以分子震蕩相變形式來(lái)傳遞熱量，傳熱溫度沒(méi)有衰減只要有溫差就能極快的速度傳遞熱能。高頻電磁清灰裝置② ： 又名倉(cāng)壁振動(dòng)器?？捎糜诟鞣N振動(dòng)機(jī)械，如給料機(jī)，小型輸送機(jī)，振動(dòng)篩，振動(dòng)平臺(tái)及倉(cāng)壁振動(dòng)等等場(chǎng)合，使用靈活方便。振動(dòng)強(qiáng)度可用控制器隨意調(diào)節(jié) ,采用高頻振動(dòng)器的震動(dòng)將熱管蒸汽發(fā)生器的積灰震動(dòng)下來(lái)，保證熱管的最大換熱效率。