半密閉爐煙氣余熱利用節(jié)能除塵工藝研究

楊俊舒

（無錫市東方環(huán)境工程設計研究所有限公司江蘇無錫214215）

半密閉爐煙氣余熱利用節(jié)能除塵工藝研究

楊俊舒

（無錫市東方環(huán)境工程設計研究所有限公司江蘇無錫214215）

針對冶金行業(yè)半密閉爐產(chǎn)生高溫煙氣排放的治理提出一個切實可行的方案，其中結合排放的煙氣具有高溫及粉塵的特點，采用熱交換技術將余熱利用，并最終達到除塵目的。其工藝流程充分考慮到在這一過程中出現(xiàn)的各種難題，并一宗解決。實施后的系統(tǒng)運行穩(wěn)定，節(jié)能顯著，闖出了一條節(jié)能減排的新路。

煙氣治理；余熱利用；節(jié)能減排

1概述

冶金企業(yè)中煙塵氣污染嚴重的半密閉爐包括電弧爐、電石爐、工業(yè)硅爐等，半密閉爐高溫煙塵的治理一直都是“老大難”問題，這是由于半密閉爐高溫排煙溫度高，達750℃以上，直接除塵很難達到效果，必須首先冷卻降溫后才能除塵。以前通常采用的冷卻降溫方式有：直接摻入冷風、水冷煙道、機力冷卻器風冷、噴霧冷卻等。上述冷卻方式存在諸多缺點：

1.1直接混入冷風造成系統(tǒng)的風量大，系統(tǒng)的初投資和運行費用大，僅能用于溫度在300℃以下的煙氣，有很大的局限性，且風機運行成本高。

1.2水冷煙道冷卻需大量的冷卻水，需經(jīng)冷卻水塔冷卻后循環(huán)使用，此法僅適用于溫度在500℃以上的煙氣，降溫效果差。

1.3機力冷卻器風冷，降溫效果差，進口煙氣溫度不宜大于500℃，降溫有限，由于結構復雜，容易堵灰，運行時效不長。

1.4噴霧冷卻的缺點是增加煙氣中的水含量，不僅使后序除塵布袋容易結露，還容易造成布袋水解失效，所以此法可行性甚小。

如上所述，工程中大多組合使用上述冷卻方式，因此，不僅造成煙氣的降溫冷卻系統(tǒng)復雜，設備龐大，運行維護工作量大，而且使煙氣的余熱資源白白浪費掉了。比如一臺25500kVA功率的半密閉爐高溫煙氣一年浪費的熱能達到約6×1011kJ，相當于2×104tce，白白排空。

無錫市東方環(huán)境工程設計研究所有限公司根據(jù)現(xiàn)行的除塵工藝，通過研究排煙中煙氣、粉塵的特性，結合換熱技術,將余熱利用、除塵集成于一體，開發(fā)余熱鍋爐替代傳統(tǒng)除塵系統(tǒng)中的機力冷卻器或噴霧冷卻塔等降溫設備，將煙氣溫度從750℃降低到120℃，一方面充分回收煙氣中的余熱產(chǎn)生飽和蒸氣，用于企業(yè)生產(chǎn)和生活；另一方面得到較好的過濾除塵，徹底解決諸如：煙氣波動大、結露、板結、腐蝕、漏水、爆炸、粘灰、堵灰、磨損等一系列難題。在回收高溫煙氣余熱的同時，保證煙氣排出溫度滿足布袋除塵器的許用工作溫度，確保系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠地運行。

2系統(tǒng)工藝

2.1半密閉爐高溫煙氣粉塵參數(shù)

2.1.1粉塵煙氣溫度曲線

圖1某一電弧爐煙氣溫度曲線

2.1.2粉塵的平均粒度表

2.1.3粉塵成分表

2.1.4干煙氣成分表

煙氣煙塵的特性概述：

（1）粉塵濃度8/Nm3～30g/Nm3。（2）粉塵細而且吸附力強。

2.2創(chuàng)新的工藝路線

半密閉爐高溫煙氣→余熱鍋爐→抗結露脈沖除塵器→排放具體描述如下：

半密閉爐高溫煙氣，一般在550℃以上，550℃的高溫煙氣經(jīng)保溫煙道，直接進入余熱鍋爐，吸收煙氣中的熱能，生產(chǎn)達到用戶要求參數(shù)的蒸氣，用于生產(chǎn)、生活，完成熱能回收。經(jīng)降溫的高溫煙氣，煙氣溫度＜120℃進入布袋除塵器,過濾后粉塵濃度≤20g/Nm3達標排放。工藝路線如圖所示。

圖2半容閉爐工藝路線

2.3技術特點

2.3.1創(chuàng)新余熱鍋爐換熱與半密閉爐高溫煙氣除塵相結合的新工藝，即新型的節(jié)能除塵新工藝。

2.3.2創(chuàng)新二次間壁換熱器，常規(guī)換熱設備一般都是間壁換熱，冷、熱流體分別在器壁的兩側(cè)流過，如管壁或器壁有泄漏，則將造成停產(chǎn)損失。由余熱鍋爐組成的換熱設備，是二次間壁換熱，即熱流體要通過蒸發(fā)段和冷凝段管壁才能傳到冷流體，所以大大增強了設備運行的可靠性。其特點體現(xiàn)在：（1）傳熱效率高，啟動速度快。（2）有效的防止積灰，換熱器設計時能夠采用變截面形式，保證流體通過換熱器時等流速流動，達到自清灰的目的。（3）結構緊湊，占地面積小。（4）熱流密度可變性?？梢元毩⒏淖冋舭l(fā)段和冷凝段的加熱面積，這樣可以控制管壁溫度以避免出現(xiàn)露點結灰或酸腐蝕。（5）換熱器具有恒溫特性，不會結露。

2.3.3抗結露脈沖除塵器的特點

（1）設有均溫沉降段，使大顆粒的粉塵未接觸濾袋就首先沉降了，避免燒毀濾袋，同時可避免高溫煙氣對濾袋的直接沖刷，減少濾袋的負荷提高使用壽命，沉降段阻力系數(shù)較低可降低阻損。（2）濾袋采用超細纖維制作，過濾精度高，粉塵排放濃度≤20mg/Nm3。（3）進出口風管優(yōu)化處理，降低阻損約300Pa。（4）氣源經(jīng)特殊處理可長期穩(wěn)定的運行，對于半密閉爐高溫又細又粘的粉塵亦能較徹底地清灰。（5）采用小倉結構，便于更換布袋及檢修。（6）濾袋上端采用彈簧漲圈形式，不但密封性能好，而且在維修換布袋時快捷簡單，實現(xiàn)機外換袋。

2.4性能指標

3經(jīng)濟分析

半密閉爐高溫煙塵治理，常規(guī)流程為高溫煙氣經(jīng)機力冷卻器冷卻后過濾，而本公司創(chuàng)新將機力冷卻器改為余熱鍋爐，產(chǎn)生蒸氣。

余熱鍋爐增加投資回收年限為：

（余熱鍋爐一次投入-機力冷卻器一次投入）/（余熱鍋爐收益-余熱鍋爐運行費用+機力冷卻器運行費用）

3.1機力冷卻器投入

機力冷卻器一次性投入：3000m2×0.05萬元/m2=150萬元；機力冷卻器年運行電費：

風機數(shù)量×功率×年工作時間×單價=12×11×7920× 0.5=522720元（計52萬元/年）

3.2余熱鍋爐投入、產(chǎn)出：

按照產(chǎn)生15t/h蒸氣量計算

余熱鍋爐一次性投入：800萬元

運行費用主要為水泵電費：

水泵數(shù)量×功率×年工作時間×單價=2×11×7920× 0.5=87120元（計9萬元/年）

3.3蒸氣使用經(jīng)濟效益：

額定產(chǎn)量×年工作時間×單價=15×7920×100=11880000元（計1188萬元/年）

回收年限為：（800-150）/（1188-9+52）=0.52年

綜上所述，采用余熱鍋爐回收熱能，經(jīng)濟效益十分明顯，對冶金企業(yè)增收節(jié)支起到重要作用。

4性能比較優(yōu)勢

與原有技術相比，本創(chuàng)新具有如下優(yōu)點、經(jīng)濟效果：（1）最大限度回收煙氣余熱，產(chǎn)生蒸氣用于生產(chǎn)生活。（2）滿足循環(huán)經(jīng)濟的要求，符合節(jié)能環(huán)保的國家政策。（3）降溫范圍大，僅用一個部件就能替代高溫水冷煙道、機力冷卻器、噴霧冷卻器等換熱效果差的設備組合，簡化了系統(tǒng)配置。（4）混入冷風量少，減少了系統(tǒng)風量，從而降低了運行費用。（5）余熱鍋爐運行可靠、穩(wěn)定，滿足正常生產(chǎn)的要求。（6）應用范圍廣，9000KVA以上的半密閉爐高溫除塵都可采用。（7）采用保溫煙道，減少了水冷煙道，降低冷卻水量和維護費用。

5結語

半密閉爐高溫煙塵治理采用余熱鍋爐技術與傳統(tǒng)除塵工藝有機結合，開創(chuàng)了節(jié)能環(huán)保的除塵工藝新途徑。余熱鍋爐余熱回收系統(tǒng)技術先進、設計合理，具有運行平穩(wěn)、操作方便、安全可靠、節(jié)能顯著、生產(chǎn)順行、投資回收期短等特點。余熱鍋爐余熱回收系統(tǒng)開發(fā)成功為半密閉爐高溫的余熱利用闖出了一條新路，為冶金行業(yè)的節(jié)能減排作出了新的貢獻。

參考資料

[1]Q/DFHJ5001-2013余熱回收型除塵裝置.無錫東方環(huán)保企業(yè)標準.

[2]工業(yè)除塵設備-設計、制作、安裝與管理姜鳳有主編.冶金工業(yè)出版社,2009.

[3]GB16297-2004大氣污染物綜合排放標準.