热风炉废烟气余热的利用

2022-09-10

1 序言

1.1 现阶段高炉冶炼用焦碳的现况

我国现阶段由于焦碳的生产工艺和焦碳的资源短缺等问题, 供给炼铁冶炼的焦碳水分普遍较高。福建等南方地区雨季多, 且需焦碳基本上从北方运过来, 运输路程长, 进入雨季以后, 焦碳的质量进一部恶化, 水分大大的提高, 给高炉的生产带来了恶劣的影响。遇到这种情况, 常规的做法就是用先守后攻的思路, 一遇雨季就多加焦碳退负荷, 以焦比上升, 产量下降为代价保证炉子的稳定性, 焦碳水分每多1%, 焦比就同比上升1.2%~1.5%, 这样, 冶炼成本上升, 浪费资源。

1.2 利用热风炉废烟气余热烘烤焦碳的目的及方法

三安炼铁厂地处福建, 进入雨季以后, 焦碳含水分非常高, 对高炉顺行产生很大的负面影响。因此, 如何降低焦碳中的水分?就成了迫在眉睫的大问题。我厂热风炉产生的废烟气, 温度最高时可达近400℃, 且流量在5万立方米/小时左右, 平常都排放到空气中, 如果能把这些余热利用起来烘烤焦碳, 即节省了能源, 又提高了焦碳的入炉质量。经过计算, 热风炉废烟气所产生的热量, 足够将焦碳中水分去除掉5%。由此, 我们提出, 可以通过引风机将热风炉废烟气引到焦仓, 利用热风炉废烟气余热资源来烘烤焦碳, 降低焦碳中的水分, 变废为宝, 节能降耗。

2 工艺流程设计

在热风炉的烟道大管上开孔引一根DN500的支管, 通过引风机将400℃的废烟气不断的引到焦仓底部, 对焦仓底部的焦碳进行烘烤;高炉上料时, 底部经预热烤干的焦碳经筛分设备、皮带机、料车等上料设备送到高炉, 焦碳仓上部含水分高的焦碳因重力落到焦仓底部, 从而继续受到烟气的烘烤, 完成一个工艺流程。详见《烟气烘烤工艺流程图》图1。

3 机械及电器设备的设计、选用

3.1 风机的选型

3.1.1 焦碳烟气烘烤所需的热量计算

(1) 热量公式Q=MC (T1-T2) +ML, 其中M:为物质的质量或体积, C:为物质的比热容量, L:为物质的汽化热, T1及T2:为温度。

(2) 单位质量的某种物质温度升高1℃, 吸收的量叫做这种物质的比热容, 水的比热最大, 水:4.2kJ/kg, 烟汽:1.482kJ/m3℃, 水的汽化热为2260kJ/kg, 焦碳的比热容为0.808kJ/kg。

(3) 焦碳烟气烘烤需要吸收的热量。

A:焦碳两座高炉平均每日用焦1700吨, 每座高炉每小时用焦35吨, 烘烤后的温度上升80℃, 则焦碳的吸收热量为Q=MC (T1-T2) =2262.4×103kJ

B:水去除焦碳中5%的水份需要吸收热量Q=MC (T1-T2) +ML=4543×103kJ

C:总吸收热量Q总=Q焦+Q水=6805×103kJ

3.1.2 选用风机的技术参数

(1) 选用风机的所需风量计算。烟气烘烤焦碳所需的热量Q总是由引风机的风量带来的, 因此, 可以直接根椐烘烤焦碳所需的热量来计算引风机的风量。即每小时风机能提供介质的体积M=Q总/C/ (T1-T2) =6805×103/1.482/ (200-70) =3.53×104m3 (进焦仓烟气温度为200℃, 出焦仓为70℃) , 因此, 选用风机的流量只要≥3.53×104m3/h, 即可满足工艺的要求。

(2) 风机技术参数及型号。根据福州成达鼓风机有限公司通风机系列产品的技术参数和我厂焦碳烘烤所需的风量, 可以选出引风机的具体型号及参数为:型号:Y4-73, 9D, 功率:30kW, 风量约35052~44128m3/h, 全压1.5~1.1kPa, 介质:250度烟气。

3.2 阀门的设计、选型

阀门的选择主要是根据烟气管道的大小、烟气的温度、工艺操作的需要和阀门的经济性这些指标来考虑。烟气管道直径φ529*7, 烟气温度230℃~380℃之间 (离烟气主管近的温度高, 离烟气主管远的温度低) , 因此, 主管道上的阀门选用DN500的手动硬密封蝶阀, 耐温≤450℃, 在主管道的相应位置增加排污阀和冷风阀, 工况与DN500阀门类似。

3.3 电器、仪表等电气设备的选型

根据风机电机功率30kW、额定电流53A时, 按配电系统标准计算, 电器设备材料选型如下。

(1) :主电缆:电机额定电流的 (1.5~2.5) 倍, 得电流为 (79.5~132.5) A, 根据电缆载流量表故选四芯、16mm2~25mm2的主电缆。

(2) :断路器:比额定电流大一个等级, 即63A、整定电流为10倍的四级开关。

(3) :交流接触器:比额定电流大一个等级, 即63A。

(4) :过热保护:电机额定电流的 (0.95~1.05) 倍, 故选保护电流为 (50.35~55.65) A之间的综合保护器。

(5) :测温原件:根据现场管道温度估算, 温度一般在240度左右, 故选择测温热电偶为——200~450度、PT100的热电阻, 做为风机进出口的测温原件。

(6) :温度显示仪:根据现场风机进出口的测温原件, 热电阻的分度号选择与之配套的Pt100、4~20mA的显示仪, 分别安装在热风炉控制室及槽下卷扬控制室内。

4 设备的安装及调试

4.1 引风机的安装、调试

4.1.1 引风机的安装位置选择

(1) 我厂烟气烘烤系统热风炉至槽下焦仓的管道长度为160m, 烟气温度高近400℃, 若设在热风炉 (烟气烘烤管路系统的前段) , 为了保证风机在正常工作温度范围内使用, 冷风口需开在风机前, 这样所有风量都经过这160m管道阻力加大, 风压及动能损失大, 管路热量损失也较大。 (2) 风机若设在槽下 (烟气烘烤管路系统的后段) , 冷风口可在槽下管道开孔, 阻力小, 又能充分利用风机承受温度能力。因此, 风机安装在槽下位置更合理。

4.1.2 引风机本体的安装

(1) 安装要求: (1) 按图纸所示的位置与尺寸进行安装, 为确保高效率, 特别要保证进风口与叶轮间隙尺寸。 (2) 保证主轴的水平位置, 并测量风机主轴与电机轴的同心度及联轴器两端面的不平行度, 然后根据要求调整。 (3) 安装调节门时, 注意不要装反, 要保证进气方向和叶轮方向一致。 (4) 风机安装后, 扳动转子, 检查转动是否灵活或与固定部位碰撞现象。 (5) 安装风机进口和出口管道时, 重量不应加在机壳上。 (6) 检查机壳与内部, 不应有遗留工具和杂物。 (7) 全部安装好经检查合格, 方可试车调试。

(2) 试车调试。检查引风机油位及风机冷却水是否正常, 将风门开到最小位置, 然后开启风机, 并逐渐加大风门, 在这一过程中, 检查风机的转向、轴承部位的温升情况、风机的振动以及风机是否有异响, 如果上述参数都合格, 则风机即可投入联动试车状态。

4.2 阀门的设计安装位置及作用

利用热风炉废烟气来烘烤焦碳水分, 整个系统的温度控制主要是通过各阀来实现的, 其具体的安装位置和设计见工艺图。在DN500支管的前端装1个DN500的手动蝶阀用来切换废烟气;在烟气管的第一个弯头处装一个DN80-DN100的蝶阀排污;在引风机的前端加一个DN500手动碟阀和一个DN400的手动碟阀, 分别用来调节烟气的流量和参入冷风的流量;在风机的出口, 烟气管的末端装两个阀门, 用来切断进入焦碳仓的烟气, 以便检查焦碳仓。

4.3 引风操作程序及温度控制方法 (见烟气烘烤工艺流程图)

(1) 检查各阀门是否运转灵活, 引风机油位及风机冷却水是否正常。 (2) 将阀2、阀5、阀6置于常开位置, 风门及阀4、阀3处于常闭位置。 (3) 启动引风机, 待风机运转正常后, 逐渐开启风门、阀4及阀3 (由于管路长, 先引冷风) 。 (4) 待引冷风正常后, 缓慢开启阀1, 关闭阀2, 将阀3关到一半, 进行引烟气操作;同时, 注意温度变化及压力变化。 (5) 引烟气正常后, 关闭阀3, 烟气被引入到焦仓进行烘烤, 操作工及时跟踪引风机前、后的温度变化 (正常时, 风机前的温度在250℃左右, 风机后的温度控制在220℃~230℃左右) 。当温度高于规定的温度上限时, 调节阀3, 将冷空气引进烟气管道, 从而控制烘烤烟气的温度。

5 效益分析及结论

5.1 效益分析

该项目主要表现在: (1) 热风炉废烟气余热得到了充分的利用, 变废为宝, 且提高了环保质量。 (2) 焦碳水分减少5%以上, 提高了入炉焦碳的质量。 (3) 降低了焦比: (1) 1#炉从07年10月19日正式启动烟气烘烤, 比没有烘烤前焦比方面平均下降17kg/t.Fe, 一级品率上升9.95。 (2) 2#炉从11月15日正式启动烟气烘烤, 比没有烘烤前焦比方面平均下降11kg/t.Fe, 小块焦丁吨铁增用了12.51kg, 一级品率上升8.455。我厂两座高炉平均每月用焦下降1100吨左右。