熱風(fēng)爐廢煙氣余熱高效利用探究

蔡萬(wàn)成

（山東省泰安市肥城市石橫特鋼集團(tuán)有限公司，山東泰安 271612）

0 引言

目前階段高爐冶煉使用焦碳的情況。目前，因?yàn)榻固嫉纳a(chǎn)工藝以及焦碳的資源不足等相關(guān)問題，供給到煉鐵冶煉的焦碳大多數(shù)水分比較高。我國(guó)的南方地區(qū)雨季相對(duì)較多，且所需焦碳大部分都是從北方運(yùn)送過來，運(yùn)輸?shù)穆烦梯^長(zhǎng)，當(dāng)進(jìn)入到雨季之后，焦碳的質(zhì)量會(huì)受到影響，水分的含量升高的很快，會(huì)給高爐冶煉的生產(chǎn)帶來十分嚴(yán)重的影響。當(dāng)遇到類似的情況，較為常規(guī)的做法一般是運(yùn)用先守后攻的辦法及思路，當(dāng)遇到雨季的時(shí)候就多加焦碳退負(fù)荷，通過焦碳比例的上升，產(chǎn)量的下降作為代價(jià)來保障高爐的穩(wěn)定性,據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)，當(dāng)焦碳的水分每增多1%，焦碳的比例就會(huì)同比上升大約1.5%。因此這種做法會(huì)導(dǎo)致高爐冶煉的成本提高,造成資源的浪費(fèi)。

通過熱風(fēng)爐廢煙氣的余熱進(jìn)行烘烤焦碳的目的和方法。某地?zé)掕F廠位于南方地區(qū)，每當(dāng)進(jìn)入到雨季的時(shí)候，焦碳的含水量就變得非常高，這會(huì)對(duì)高爐的穩(wěn)定運(yùn)行造成很大的負(fù)面影響。所以如何降低焦碳中水分的含量已經(jīng)成了急需解決的問題。一般情況下，熱風(fēng)爐所形成的廢煙氣溫度最高能夠達(dá)到約400℃，并且流量約50 000 m3/h，平時(shí)都是處理后排放到大氣中，假如能夠把這些廢煙氣的余熱適當(dāng)利用，并通過預(yù)熱來烘烤焦碳，這種做法不僅節(jié)約了能源，而且也提升了相應(yīng)焦碳入爐的質(zhì)量。通過專業(yè)人員的計(jì)算，熱風(fēng)爐廢煙氣所形成的熱量能夠把焦碳內(nèi)的水分減少5%。因此，提出一個(gè)改進(jìn)的方案，可以通過風(fēng)機(jī)把熱風(fēng)爐的廢煙氣抽吸到焦倉(cāng)，再運(yùn)用熱風(fēng)爐內(nèi)廢煙氣的余熱對(duì)焦碳進(jìn)行烘烤，來減少焦碳中的水分的含量，將廢煙氣再利用,達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

1 工藝流程的設(shè)計(jì)

在熱風(fēng)爐的排煙道管路上開孔并引出一根約DN500的支路管，利用引風(fēng)機(jī)將溫度約400℃的廢煙氣不間斷地抽吸到焦倉(cāng)的底部，廢氣余熱對(duì)焦倉(cāng)底部的焦碳進(jìn)行相應(yīng)的烘烤；在高爐上料的過程中，在底部通過余熱烤干的部分焦碳經(jīng)過篩分設(shè)備、皮帶機(jī)裝置、料車等相關(guān)送料設(shè)備輸送到高爐，焦碳倉(cāng)的上部水分含量較高的焦碳由于重力的作用落到焦倉(cāng)的底部，進(jìn)而繼續(xù)被廢煙氣進(jìn)行烘烤，最后完成一個(gè)整體的工藝流程。

2 機(jī)械以及電器設(shè)備的選型和設(shè)計(jì)

2.1 風(fēng)機(jī)的選型及相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)

2.1.1 選用引風(fēng)機(jī)所需要風(fēng)量的計(jì)算

廢煙氣烘烤焦碳需要的熱量Q是因?yàn)橐L(fēng)機(jī)的風(fēng)量帶來的，所以可以依據(jù)烘烤焦碳需要的熱量來計(jì)算引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。根據(jù)公式，每個(gè)小時(shí)的風(fēng)機(jī)可以提供介質(zhì)的體積為：M=Q/C（T1-T2）=6750×103/1.482/（200-70）=3.5×104m3（經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研和查詢資料，得出進(jìn)入到焦倉(cāng)煙氣的溫度時(shí)200℃，從焦倉(cāng)出來煙氣的溫度是70℃，已知煙氣的比熱是1.482 kJ/m3℃，吸收的總熱量Q為6750×103kJ），所以只需要選用引風(fēng)機(jī)的流量需要大于3.5×104m3/h就可以滿足該系統(tǒng)工藝的相關(guān)要求。

2.1.2 風(fēng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)參考廠家的產(chǎn)品資料樣本和目前焦碳烘烤所需要的風(fēng)量數(shù)值能夠?qū)︼L(fēng)機(jī)進(jìn)行選型，經(jīng)過查詢樣本資料選擇引風(fēng)機(jī)的主要參數(shù)：風(fēng)機(jī)功率約30 kW，風(fēng)量約35 000～44 000 m3/h。

2.2 閥門的設(shè)計(jì)以及選型

閥門如何進(jìn)行選擇一般是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)煙氣輸送管道的大小、煙氣的溫度范圍、工藝操作的實(shí)際需要以及閥門使用的經(jīng)濟(jì)性等相關(guān)指標(biāo)來進(jìn)行考慮的。煙氣管道直徑是526 mm，煙氣的溫度大于230℃、小于380℃，所以主管路上的閥門選擇DN500的手動(dòng)硬密封系列蝶閥，該蝶閥適合溫度的范圍為小于450℃[5]，并在主管路的一些位置增加了排污控制閥及冷風(fēng)控制閥。

2.3 電器、儀表等相關(guān)電氣設(shè)備的選擇

根據(jù)上述可知風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率為30 kW，當(dāng)該風(fēng)機(jī)的額定電流是53 A的時(shí)候，按照相關(guān)配電系統(tǒng)的要求進(jìn)行計(jì)算，電器設(shè)備及材料的選型如下。

2.3.1 主電纜

主電纜一般是電機(jī)所需額定電流的2～2.5倍，可以得出主電纜的電流是106～132.5 A，根據(jù)電纜相關(guān)的流量表選型，最后選擇四芯、16～25 mm2范圍的電纜。

2.3.2 斷路器

斷路器應(yīng)該比額定的電流大一個(gè)相對(duì)的等級(jí)，因此選擇電流63 A，并且整定的電流大小為10倍的四級(jí)開關(guān)。

2.3.3 交流接觸器

交流接觸器應(yīng)比額定的電流大一個(gè)相對(duì)的等級(jí)，即63 A。

2.3.4 過熱保護(hù)

根據(jù)樣本資料，選擇保護(hù)器的電流應(yīng)是電機(jī)額定電流的1.05倍，故選擇保護(hù)電流是55.65 A的過載保護(hù)器。

3 設(shè)備的安裝和調(diào)試

3.1 引風(fēng)機(jī)的安裝及調(diào)試

3.1.1 引風(fēng)機(jī)的安裝位置的選擇

一般煙氣烘烤系統(tǒng)的熱風(fēng)爐到槽下的焦倉(cāng)管道的長(zhǎng)度約是160 m，煙氣的溫度最高可達(dá)到接近400℃，如果將風(fēng)機(jī)的安裝位置設(shè)在熱風(fēng)爐附近（廢煙氣烘烤管道的系統(tǒng)前端），為了確保引風(fēng)機(jī)能夠在正常的工作溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，冷風(fēng)口必須開在風(fēng)機(jī)的前端，但這種做法會(huì)讓所有風(fēng)量通過相應(yīng)管路的阻力增大，并且也會(huì)加大風(fēng)壓以及動(dòng)能的損失，管道的熱量損失也會(huì)比較大。如果將風(fēng)機(jī)的安裝位置設(shè)在槽下部分(也就是煙氣烘烤管道的系統(tǒng)后端)，冷風(fēng)口就可以在槽下的管道進(jìn)行開孔，相應(yīng)的阻力會(huì)較小，并且能夠充分的利用引風(fēng)機(jī)耐溫的能力。經(jīng)過分析，引風(fēng)機(jī)安裝在槽下位置更加合理。

3.1.2 引風(fēng)機(jī)的安裝及調(diào)試要求

3.1.2.1 安裝要求

（1）按照?qǐng)D紙所標(biāo)的位置和尺寸進(jìn)行相應(yīng)的安裝，為了保證風(fēng)機(jī)的效率，要特別注意確保風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口和葉輪之間的間隙尺寸。

（2）確保主軸水平的安裝位置，并根據(jù)要求測(cè)量風(fēng)機(jī)主軸和電機(jī)軸的同心度的情況及聯(lián)軸器端面的平行度的情況，并現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)整。

（3）在安裝調(diào)節(jié)門的過程中，一定要注意不可安裝錯(cuò)誤,要始終保證風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣方向與葉輪的方向是一致的。

（4）風(fēng)機(jī)安裝以后，扳動(dòng)轉(zhuǎn)子檢查轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活，是否與其他的固定部位有碰撞現(xiàn)象。

（5）在安裝風(fēng)機(jī)的進(jìn)口及出口管道時(shí)要注意重量不要加在機(jī)殼上。

（6）要檢查機(jī)殼及其內(nèi)部是否有遺忘的工具及雜物。

（7）風(fēng)機(jī)全部安裝好后，經(jīng)檢查符合要求，才能進(jìn)行試車和調(diào)試。

3.1.2.2 系統(tǒng)調(diào)試

仔細(xì)檢查引風(fēng)機(jī)的油位和風(fēng)機(jī)內(nèi)的冷卻水是否符合要求，把風(fēng)門調(diào)到最小的位置，然后啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，并慢慢的加大風(fēng)門，在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，主要需檢查風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，軸承相關(guān)部位的溫度升高情況，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)情況，同時(shí)要檢查風(fēng)機(jī)是否有異常的響聲，假如以上的參數(shù)都符合要求，風(fēng)機(jī)就可以進(jìn)入聯(lián)動(dòng)的試車狀態(tài)。

3.2 閥門的設(shè)計(jì)固定位置及相關(guān)作用

運(yùn)用熱風(fēng)爐的廢煙氣對(duì)焦碳內(nèi)部的水分進(jìn)行烘烤，一般整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)溫度的控制主要是通過不同閥門的相互轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求來確定其具體位置。在型號(hào)DN500的支管的前部安裝一個(gè)DN500的手動(dòng)控制蝶閥，該蝶閥主要功能是用來切換廢煙氣。在煙氣管路的首個(gè)彎頭處加裝一個(gè)型號(hào)DN100的蝶閥進(jìn)行排污。在引風(fēng)機(jī)的前部安裝一個(gè)型號(hào)DN400手動(dòng)控制碟閥以及一個(gè)型號(hào)DN500的手動(dòng)控制碟閥，這兩個(gè)蝶閥可以分別用來調(diào)整加入冷風(fēng)的流量以及廢煙氣的流量。通常在引風(fēng)機(jī)的出口處，煙氣管道的最末端安裝兩個(gè)控制的閥門，這兩個(gè)閥門主要的作用是隔斷進(jìn)入到焦碳倉(cāng)的煙氣，以便后續(xù)對(duì)焦碳倉(cāng)的檢查。

4 項(xiàng)目主要特點(diǎn)

（1）通過熱風(fēng)爐廢煙氣的利用及相關(guān)工藝流程使得余熱得到充分使用，不僅可以變廢成寶，而且大大地提高了環(huán)保的質(zhì)量和效果。

（2）由于焦碳的含水量減少了5%以上，提升了進(jìn)入爐內(nèi)焦碳的整體質(zhì)量。

（3）降低了焦碳的比例，例如已經(jīng)采用煙氣烘烤方案的熱風(fēng)爐，比之前沒有進(jìn)行烘烤的熱風(fēng)爐在焦比方面下降了很多。相應(yīng)冶煉產(chǎn)品的優(yōu)秀率也有所上升，高爐平均每月的焦炭的使用量也有明顯的降低。

5 結(jié)語(yǔ)

熱風(fēng)爐廢煙氣的再利用過程比較理想。它不僅有利于減少焦碳增加鋼鐵等相關(guān)產(chǎn)量，而且也節(jié)能環(huán)保、減少了大量的污染，有益于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。同時(shí)該項(xiàng)目也積極響應(yīng)了目前鋼鐵產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排的相關(guān)政策的要求，十分有利于深入鋼鐵行業(yè)內(nèi)部節(jié)能環(huán)保等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用及推廣，對(duì)相關(guān)企業(yè)在節(jié)能環(huán)保等方面的技術(shù)創(chuàng)新及發(fā)展有著積極的促進(jìn)作用。