選煤廠粉塵治理中余熱回收裝置的節(jié)能研究

1.工程概況

某選煤廠年處理原煤200萬噸，廠區(qū)占地5.5萬平方米，設(shè)有破碎、篩分、洗選等車間。破碎車間配備2臺PCZ1615型錘式破碎機(jī)，單臺處理能力 550t/h ，其運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量粉塵。全廠配置4套脈沖布袋除塵器，單套過濾面積 800m² ，處理風(fēng)量 25000m³/h ，運(yùn)行過程中，除塵器排出的煙氣溫度達(dá)85至 95^°C ，據(jù)測算，每年散失的余熱相當(dāng)于1200噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的能量，且粉塵治理系統(tǒng)能耗占全廠總能耗的28% 。因此，開展余熱回收裝置的節(jié)能試驗(yàn)，通過優(yōu)化裝置設(shè)計(jì)與運(yùn)行參數(shù)，對降低選煤廠能耗、提高能源利用率、實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)具有重要意義。

2.余熱回收裝置節(jié)能設(shè)計(jì)方案

2.1余熱回收裝置設(shè)計(jì)

余熱回收裝置的管殼式換熱器外殼采用310S不銹鋼，直徑 1200mm 、長度 3000mm 、壁厚 8mm ，兩端配同材質(zhì)鍛造法蘭（厚度 30mm ），密封面為榫槽式并配 5mm 厚耐高溫石墨纏繞墊片，軸向設(shè)3道 80mm×10mm （寬× 厚）加強(qiáng)圈（間距 1000mm 。換熱管選用 Φ25×2mm 紫銅管（導(dǎo)熱系數(shù) 398W/m?K） ，長 2800mm （有效換熱長度 2700mm ），共324根，以正三角形排列（管心距 32mm ），管板為 80mm 厚Q345R碳鋼，鉆孔直徑 25.2mm （公差 +0.1mm） ，管與管板采用 30mm 脹接加密封焊（坡口 30^° ）連接，以提升單位體積換熱效率。管束外層與外殼內(nèi)壁間距45mm ，設(shè)15塊316L不銹鋼折流板（厚10mm 、直徑 1180mm ），板上管孔直徑 25.5mm ，間距 200mm ，缺口高度 300mm （外殼直徑 25% ），且方向交替布置，進(jìn)一步引導(dǎo)殼程流體形成湍流，提高換熱效率，提升整體傳熱均勻性與設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

裝置的煙氣進(jìn)口設(shè)置在外殼下部，直徑為 400mm ，傾斜角度 15^° ，有利于煙氣順暢進(jìn)入裝置；空氣進(jìn)口位于裝置側(cè)面，直徑為 300mm ，與煙氣形成逆流換熱，提高換熱效率。煙氣出口在裝置上部，直徑為 350mm 空氣出口在另一側(cè)的側(cè)面，直徑為250mm 。為增強(qiáng)換熱效果，在換熱管外表面焊接高度 10mm 、厚度 0.8mm 的矩形翅片，翅片間距根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)組設(shè)置有所調(diào)整，平均間距 8mm ，經(jīng)過計(jì)算，熱交換面積達(dá)到 65m² ，以確保高效的熱交換效率。

本試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)實(shí)驗(yàn)組和1個(gè)對照組。對照組采用傳統(tǒng)的粉塵治理系統(tǒng)，無余熱回收裝置。實(shí)驗(yàn)組1至4在余熱回收裝置的運(yùn)行參數(shù)上進(jìn)行調(diào)整。余熱回收裝置節(jié)能設(shè)計(jì)方案如表1所示。

2.2試驗(yàn)方法

在年處理原煤200萬噸的選煤廠中，在破碎車間2臺PCZ1615型錘式破碎機(jī)配套的4套脈沖布袋除塵器煙氣排放端，依次安裝4組不同參數(shù)的余熱回收裝置及1組無余熱回收功能的對照組設(shè)備。在余熱回收裝置的煙氣進(jìn)出口、空氣進(jìn)出口處，分別安裝高精度溫度傳感器 （精度 ±0.5^°C） ）、壓力傳感器（精度 ±1Pa 和流量計(jì)（精度 ±1% ），用于實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置運(yùn)行過程中煙氣和空氣的溫度、壓力及流量參數(shù)變化；在風(fēng)機(jī)及系統(tǒng)總電路上接入功率計(jì) （精度 ±0.5% ），以準(zhǔn)確測量風(fēng)機(jī)及系統(tǒng)整體能耗數(shù)據(jù)[]。

試驗(yàn)期間，保持2臺破碎機(jī)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，單臺處理能力達(dá) 550t/h ，確保除塵器處理風(fēng)量穩(wěn)定在 25000m³/h 使煙氣溫度維持在85至 95^°C 區(qū)間。每個(gè)實(shí)驗(yàn)組連續(xù)運(yùn)行72小時(shí)，每間隔1小時(shí)記錄一次溫度、壓力、流量及能耗數(shù)據(jù)，并同步記錄選煤廠的原煤處理量等生產(chǎn)數(shù)據(jù)。每次記錄數(shù)據(jù)時(shí)，均重復(fù)測量3次取平均值，以減少誤差。試驗(yàn)結(jié)束后，通過計(jì)算余熱回收效率（回收熱量/煙氣總熱量 ×100% ）、節(jié)能率（對照組能耗-實(shí)驗(yàn)組能耗/對照組能耗 ×100% ）、單位能耗產(chǎn)熱量（回收熱量/系統(tǒng)總能耗）等指標(biāo)，系統(tǒng)分析煙氣流量、空氣流量、翅片間距等參數(shù)對余熱回收裝置性能的影響，為選煤廠余熱回收裝置運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。

3200kJ/kWh，說明適當(dāng)增加空氣流量有助于提升換熱效果。實(shí)驗(yàn)組2提升煙氣流量至 3200m³/h ，節(jié)能率和余熱回收效率進(jìn)一步提高，分別為 22% 和 72% 單位能耗產(chǎn)熱量達(dá) 3500kJ/kWh ，表明煙氣流量的增加對提高余熱回收效率有積極作用。實(shí)驗(yàn)組3在空氣流量增加到 2400m³/h 、翅片間距減小到6mm的情況下，節(jié)能率達(dá)到最高的 25% 余熱回收效率 75% ，單位能耗產(chǎn)熱量3800kJ/kWh，成為最優(yōu)實(shí)驗(yàn)組。較小的翅片間距增大了換熱面積，同時(shí)高空氣流量強(qiáng)化了熱交換，二者協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)了最佳節(jié)能效果。而實(shí)驗(yàn)組4雖然進(jìn)一步提升了煙氣和空氣流量，但因翅片間距增大到 12mm ，削弱換熱效果，節(jié)能率和單位能耗產(chǎn)熱量反而有所下降。而實(shí)驗(yàn)組3在各參數(shù)組合上達(dá)到最佳平衡，為選煤廠余熱回收裝置的運(yùn)行提供了可參考的優(yōu)化方向。

3.2系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

因流量相對較小。風(fēng)機(jī)平均負(fù)荷同樣隨流量增加而上升，實(shí)驗(yàn)組4負(fù)荷達(dá)88% ，較大流量使風(fēng)機(jī)需克服更大阻力輸送氣體，耗能增加；實(shí)驗(yàn)組1負(fù)荷 75% ，處于較低水平。而實(shí)驗(yàn)組3運(yùn)行溫度波動最小，僅 ±2.8^°C ，因其翅片間距小、空氣流量適中，形成高效穩(wěn)定的熱交換環(huán)境，熱量傳遞均勻。實(shí)驗(yàn)組4波動范圍 ±5.3^°C 最大，較大翅片間距削弱換熱效果，流量增加帶來的熱量沖擊難以快速平衡。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)組3的設(shè)備累計(jì)磨損率僅 0.7% 穩(wěn)定的熱交換過程使設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，減少因工況劇烈變化產(chǎn)生的磨損。而實(shí)驗(yàn)組4磨損率 1.5% 最高，高流量和不穩(wěn)定換熱過程，使設(shè)備長期承受較大壓力和溫度沖擊，加劇部件損耗。整體而言，參數(shù)的合理搭配對余熱回收裝置的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，其中實(shí)驗(yàn)組3在節(jié)能與系統(tǒng)穩(wěn)定間取得良好平衡，為選煤廠余熱回收裝置運(yùn)行提供了優(yōu)化方向。

4.結(jié)束語

本圍繞選煤廠粉塵治理中余熱回收裝置運(yùn)行的研究，經(jīng)分析可知，合理調(diào)配參數(shù)能顯著提升節(jié)能效果與回收效率，實(shí)驗(yàn)組3將空氣流量設(shè)為2400m³/h 、翅片間距減小至6mm時(shí)，節(jié)能率達(dá) 25% ，余熱回收效率 75% 單位能耗產(chǎn)熱量 3800kJ/kWh ，效果最佳。能

3.試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1節(jié)能效果分析

余熱回收裝置節(jié)能結(jié)果，如表2所示。實(shí)驗(yàn)組1通過增加空氣流量至 2200m³/h ，節(jié)能率達(dá)到 18% ，余熱回收效率 68% ，單位能耗產(chǎn)熱量為

系統(tǒng)穩(wěn)定性分析結(jié)果如表3所示。從實(shí)驗(yàn)組1到實(shí)驗(yàn)組4，裝置進(jìn)出口壓力差呈現(xiàn)遞增趨勢，相比對照組，各實(shí)驗(yàn)組均因余熱回收裝置的介入產(chǎn)生壓力差。實(shí)驗(yàn)組4壓力差達(dá) 155Pa 為最大，主要因?yàn)槠錈煔夂涂諝饬髁看?，流體在裝置內(nèi)流動阻力增加；而實(shí)驗(yàn)組1壓力差最小，為 120Pa

參考文獻(xiàn)：

[1]高亮、張寧濤。選煤廠原煤篩分破碎車間粉塵治理工程實(shí)踐[J].陜西煤炭，2024，43（08）：160-163.作者單位：唐山森普工程設(shè)計(jì)有限公司