1、118煅烧炉低温烟气余热利用研究（山东晨阳新型碳材料股份有限公司，山东 济宁 272000）刘春龙，张 斌 摘 要 山东晨阳新型碳材料股份有限公司现有多台罐式煅烧炉，在生产过程中产生的高温烟气，经一级热能利用后，排出烟气温度仍有 190 200，烟气总量大约在 100000 Nm3/h 上下，此部分热能没有回收利用，直接排放，既浪费了大量的热能又污染环境。为此，该公司对低温余热综合利用及低湿度烟气消白技术进行了深入的研究，提出一种低温烟气余热利用的工艺及装置，实现煅烧炉低温烟气的热能回收利用。关键词 煅烧炉;低温烟气;余热利用 中图分类号 U284.71 文献标识码 A 文章编号 1006-7
2、523（2023）05-0118-04DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2023.05.019 收稿日期 2023-06-13 作者简介 刘春龙（1976）,男，山东晨阳新型碳材料股份有限公司，工程师；张斌（1969），男，山东晨阳新型碳材料股份有限公司，高级工程师。一、概述为节约能源，降低企业运行成本，解决日益突出的能源利用率低的现状，山东晨阳新型碳材料股份有限公司碳素阳极制造过程已对高温余热烟气进行了综合利用，并取得了良好的经济效益，但是大量的低温废热一直没有利用，比如：一期煅烧炉排放大约 120000 m3/h,200左右的低温余热烟气；二期煅烧炉排放大约140000
3、m3/h,200左右的低温余热烟气；三期煅烧炉排放大约 40000 m3/h,200左右的低温余热烟气；如此大量的低温余热没有利用，不但浪费了热能，同时对后续设备的运行产生一定的影响，由于温度的偏高，造成脱硫塔浆液水分大量蒸发，脱硫塔出口烟气水蒸气浓度、湿度较大，形成烟羽现象，消耗大量的水资源。虽然一期煅烧炉部分水套循环水在冬季对外供暖，但采暖季过后，煅烧炉水套循环水的热能就白白浪费了；二期有一台煅烧炉水套循环水经更换换热水套后，能产生一定量的压力为 0.5 MPa的蒸汽，但换热水套由于腐蚀问题导致无法长期使用。二、低温烟气余热利用系统改造1.实施方案低温烟气余热利用系统改造原理见图 1。在风
4、机(1)出口烟道安装烟气余热四氟换热器(2)，给水泵（3）将软水罐（4）内的软化水供给低温换热器（2），水温由常温升到 90左右，然后进入除氧器（5）除氧，除氧后的软化水由锅炉给水泵（6）高压送入锅炉省煤器（7）。200的低温烟气由鼓风机（1）鼓入换热器，经与换热器（2）内的循环水热交换，烟气温度降低至煅烧炉低温烟气余热利用研究119山东工业技术 2023 年 第 5 期(总第 313 期）120，换热器设旁通烟道（8），在维修时方便切换，不影响正常生产。25脱盐水则进入氟塑料管束，两者在换热器内部进行充分的热交换；烟气释放的 1021 kW 热量后，脱盐水由 25温升至 90，脱盐水量为 1
5、2 t/h。氟塑料换热器由壳体和内芯两部分组成，烟气由换热器的壳体进出口进入和流出，循环热水由氟塑料管束进出口进入和流出，两者的流动方向刚好相反，采取逆流的形式进行热交换。此时，循环冷水就好比是全部浸入高温的烟气中，由于内芯管束采用多束氟塑料管束，就使得循环冷水能够更充分全面的与高温烟气接触，从而大幅提高换热效率。由于普通金属换热器管束无法做到很小的直径，所以加热的流体在管束流程内无法有效的与高温烟气充分接触，使得相对换热效率不高，且当低于酸露点时，金属管束容易被烟气中酸液腐蚀。而氟塑料换热器刚好避开这一缺陷，采用小直径的管束，就好比是人体的毛细血管，相同流量的情况下，采用直径较小的管束可以大
6、大的增加换热面积从而提高换热效率。换热器内芯采用 FEP 氟塑料管束，在耐腐蚀的前提下，可使换热管束长期保持完好，使换热效率稳定持续高效。该换热器考虑到低于酸露点时的腐蚀性，设计使用管束材质为 FEP，管内走循环热水；壳体材质为钢衬防腐，壳体内走高温烟气。2.设备改造设计参数表 1 设备改造设计参数参数单位数值烟气量Nm3/h40000进烟温200出烟温120脱盐水进水温25脱盐水出水温90平均温差102.51.鼓风机 2.低温换热器 3.给水泵 4.软水罐 5.除氧器 6.锅炉给水泵 7.省煤器 8.旁通烟道图 1 低温烟气余热利用系统改造原理图120换热面积(设)m2185脱盐水量(设)t
7、/h12材质-氟塑料 FEP换热管型式-光管换热管尺寸mmmm6*0.8长(烟气方向)m5接口尺寸(DN)mm1300循环水侧阻力Pa 800烟气侧阻力Pa 500换热效率%83%三、烟气余热回收装置的性能特点针对一般金属换热器易腐蚀、易积灰、易磨损，寿命短、运输不便等特性，我公司经过多年的研究自主研发成功氟塑料（FEP/PFA）余热回收换热器。FEP/PFA 氟塑料余热回收换热器选用美国杜邦/日本大金氟塑管束。整套换热器具有耐高低温（-80 260）、耐腐蚀、自清灰、耐磨损、换热效率高，运输安装方便、使用寿命长等几个优点：1.耐腐蚀性极强氟塑料几乎对所有的化学品和溶剂呈惰性，且几乎没有任何一
8、种溶剂或者化合物可以在300以下溶解它。2.优越的清灰功能由于氟塑料本身具有不粘性及自清洁性，因此氟塑料材质制造的换热器具有一定的自清灰功能，同时氟塑料管束重量轻，在使用的时候会有轻微的震动，从而可以显著低减少换热管外表面的积灰并可以快速和彻底的清除少量的积灰。3.优异的耐磨性氟塑料换热管本身表面光滑，摩擦系数小，况且氟塑料换热管相对于金属换热管富含弹性，使用时在一定程度会弹开半水煤气中的飞灰，而非金属换热管直接承受来自飞灰对管束的碰撞，从而减少了灰尘对换热管束的磨损。4.换热效率高氟塑料换热器的管束采用规格为 6 mm 的氟塑料管束，可以使需要加热的纯水充分与烟气接触，从而提高换热效率。5.
9、运输安装方便由于氟塑料本身比较轻，相同工况参数下氟塑料余热回收换热器较传统的金属换热器重量轻的多，从而有利于运输和安装。6.使用寿命长氟塑料极耐大气老化，老化期在十年以上。由于氟塑料余热回收换热器耐腐蚀、耐磨损、不易积灰等诸多优点，因此该设备的使用寿命长达8 15 年。在考虑成本性价比的前提下，我们设计选择使用钢衬防腐外壳和 FEP 氟塑料管束，因氟塑料管束防腐性能极好，而钢衬防腐外壳也具有优良的防腐性，所以氟塑料换热器在连续运行中效果不受任何影响，可保证设备长期正常使用。四、应用效益分析1.经济效益分析余热利用所产生的经济效益主要体现在除氧器水温提升上，减少蒸汽消耗 0.5 T/h，达到节能
10、降耗的目的。通过该热交换器使烟气温度由 200左右降至 120左右，极大地降低了烟气中的含水量，因为该烟气的露点大约在 157左右，我们将该烟气的最终温度降至 120左右，大量凝水会从烟气中析出，极大的减少了水蒸汽的蒸发量，起到了外排烟气消白的作用。否则仅消白一项的投入就需上百万元。余热回收每年按利用 8400 小时计，每小时节省 0.5 吨蒸汽，年产生蒸汽 4200 吨，蒸汽销售价 210 元/吨，每年可获利 88.2 万元。项目投资约 40 万元，大约 5 个半月的时间就可收回投资成本。煅烧炉低温烟气余热利用研究121山东工业技术 2023 年 第 5 期(总第 313 期）2.社会效益分
11、析1 吨标准煤燃烧产生 6.3 吨蒸汽，经换算，每年可节省煤耗 666.7 吨标准煤。假定标准煤的含碳量为 80%，硫含量为 1.5%，假设消耗 1 吨标煤产生 0.2 吨固体废弃物计，产生二氧化碳2.620吨,二氧化硫0.0085吨,氮氧化物0.007.4吨。一套余热回收设备运行，则每年减排 CO2：1747吨，SO2：6 吨，NOx：5 吨，固废：133 吨。五、结论 烟气余热回收装置的成功应用，每年可创经济效益 88.2 万元，减排二氧化硫 6 吨/年，减排二氧化碳 1747 吨/年，氮氧化物 5 吨/年,固体废物约 133 吨/年。余热利用后进入脱硫塔内的烟气温度降低，减少了脱硫水分的
12、蒸发，因此该技术既能达到节能减排的目的，又能起到烟气部分脱白的作用，在同行业内具有较好的推广应用价值。Study on Utilization of Residual Heat from Low-temperature Flue Gas in CalcinersLIU Chun-long,ZHANG Bin(Shandong Chenyang new carbon materials co.,LTD.,Jining 272000,China)Abstract:Shandong Chenyang New Carbon Materials Co.,Ltd.has a number of tank
13、calciners,in the production process of high temperature flue gas,after the primary heat energy utilization,the exhaust flue gas temperature is still 190-200,the total flue gas is about 100000Nm3/h,this part of the heat energy is not recycled,directly discharged,both waste a lot of heat energy and po
14、llution of the environment.To this end,the company has conducted in-depth research on the comprehensive utilization of low-temperature waste heat and low-humidity flue gas whitening technology,and proposed a process and device for the utilization of low-temperature flue gas to realize the recovery and utilization of low-temperature flueKey Words:calcin,low temperature flue gas,residual heat utilization
