第一篇：第二章金川冶煉煙氣制酸中低溫位余熱的回收研究

第二章金川冶煉煙氣制酸中低溫位余熱的回收研究

2．1冶煉煙氣制酸現(xiàn)狀

有色金屬、貴金屬的冶煉過(guò)程中，礦石中的硫化物會(huì)進(jìn)入冶煉煙氣，其中S02含量為3％---,13％的煙氣，其制酸己經(jīng)有了大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。由于我國(guó)有色金屬冶煉生產(chǎn)選用多種冶煉工藝技術(shù)，因此煙氣中S02含量及雜質(zhì)不同，隨之形成了多種形式的煙氣制酸工藝。其差別主要體現(xiàn)在凈化工序上，如常見(jiàn)的水洗流程、熱硫酸洗流程、稀酸洗流程及干法凈化流程。

目前，我國(guó)冶煉煙氣制酸工藝主要有下列幾種【l】：

(1)干法凈化冷凝成酸工藝目前該工藝在有色金屬冶煉煙氣制酸行業(yè)基本不被采用；

(2)一轉(zhuǎn)一吸工藝該法在生產(chǎn)中利用有限：

(3)稀酸洗凈化兩轉(zhuǎn)兩吸工藝這是目前廣泛采用的制酸方法。從今后發(fā)展來(lái)看，兩轉(zhuǎn)兩吸工藝制酸將逐漸取代上兩種制酸工藝，該法不但硫利用率高且產(chǎn)品質(zhì)量好，最重要的是尾氣S02含量降低到lOOppm或50ppm以下。

(4)非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化法制酸該法主要針對(duì)一些中小型冶煉廠的低濃度冶煉煙氣處理而設(shè)計(jì)。該技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少等優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)該技術(shù)在我國(guó)低濃度冶煉煙氣制酸中不斷贏得市場(chǎng)。

由于現(xiàn)代大型冶煉廠的冶煉煙氣中S02濃度大幅提高，實(shí)現(xiàn)常規(guī)制酸技術(shù)成為可能。制酸裝置不斷向大型化、工藝多樣化方面發(fā)展。目前大中型企業(yè)的高濃度S02煙氣，大多采用雙接觸“兩轉(zhuǎn)兩吸’’制酸工藝，該工藝產(chǎn)品酸濃度大于98％，尾氣達(dá)標(biāo)排放。目前該制酸工藝技術(shù)在國(guó)內(nèi)有比較成熟的運(yùn)行模式。煙氣制酸工業(yè)的新發(fā)展主要表現(xiàn)在【2】：煙氣制酸產(chǎn)量的增長(zhǎng)、規(guī)模大型化、新工藝、新技術(shù)、與先進(jìn)的設(shè)備、新材料及熱能的回收等方面。

2．1．1煙氣制酸產(chǎn)量的增長(zhǎng)

冶煉煙氣制酸具有運(yùn)行成本低，與其它方式制酸相比有明顯價(jià)格優(yōu)勢(shì)等特點(diǎn)，隨著工藝技術(shù)不斷成熟，其產(chǎn)品酸的品質(zhì)也不斷提高。通常的“兩轉(zhuǎn)兩吸“制酸工藝得到的產(chǎn)品酸，完全達(dá)到了市場(chǎng)要求。近幾十年來(lái)，有色金屬冶煉煙氣制酸在全國(guó)硫酸行業(yè)中的地位逐漸凸顯出來(lái)，特別是“十五”期間，冶煉煙氣制酸取得了很大進(jìn)展，酸產(chǎn)量平均每年遞增約1000 kt，“十五“期間煙氣制酸產(chǎn)量圖2一l；2003年我國(guó)冶煉煙氣制酸在各種制酸原料中所占比例約為22％，到2012年，估計(jì)其還會(huì)大幅提高【1。3】。我國(guó)冶煉煙氣制酸的產(chǎn)量大、質(zhì)量有保證、有很強(qiáng)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

圖2-1“十五”期間煙氣制酸產(chǎn)量圖

2005年我國(guó)冶煉煙氣制酸總產(chǎn)量【21 9810 kt，其中主要的12家制酸企業(yè)見(jiàn)表2．1。該12家企業(yè)制酸的總年產(chǎn)量5840kt，占該年總產(chǎn)量的一半以上。

表2-1 2005年蕕國(guó)煙氣制酸產(chǎn)貢排名前12位的企業(yè)

2．1．2裝置大型化

如今大型冶煉廠均采用了先進(jìn)冶煉技術(shù)，使得冶煉煙氣制酸采用常規(guī)的冶煉煙氣制酸工

藝大規(guī)模低成本運(yùn)行成為可能【1捌。制酸裝置不斷向大型化發(fā)展，在銅、鎳冶煉煙氣制酸行業(yè)尤為突出。

金川公司2005年投產(chǎn)53萬(wàn)噸硫酸裝置，其單系列產(chǎn)酸年產(chǎn)量超過(guò)600 kt。我國(guó)最早采用閃速熔煉技術(shù)的企業(yè)，如江西銅業(yè)集團(tuán)公司，其冶煉煙氣制酸年產(chǎn)量超過(guò)1000kt／a規(guī)模，單系列酸年產(chǎn)量達(dá)到600 kt。大冶有色金屬公司新建煙氣制酸的四系列，其年產(chǎn)量達(dá)到400 kt。

2．1．3新設(shè)備、新材料

設(shè)備的現(xiàn)代化和新材料是近些年來(lái)冶煉煙氣制酸裝置發(fā)展的特征之一，這也是滿足冶金企業(yè)的環(huán)境污染治理要求的關(guān)鍵有效方法?，F(xiàn)代冶煉煙氣制酸工藝設(shè)備的新改進(jìn)開(kāi)發(fā)包拼M】：全結(jié)構(gòu)玻璃鋼洗滌器、導(dǎo)電玻璃鋼電除霧器、氣液并流的石墨拱頂空塔、塔槽聯(lián)體結(jié)構(gòu)的干吸塔、大開(kāi)孔率全瓷球拱或瓷條梁干吸塔、管式及槽管式分酸器、帶滑動(dòng)底座的不銹鋼轉(zhuǎn)化器、高效換熱器等設(shè)備。

最近幾年，為了裝置安全、平穩(wěn)運(yùn)行和環(huán)境排放達(dá)標(biāo)，我國(guó)一些制酸企業(yè)還采用了國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)及設(shè)備【2】，如孟莫克的動(dòng)力波洗滌設(shè)備的部件，托普索的WSA濕法制酸工藝的主要設(shè)備，加拿大凱密迪、德國(guó)奧托昆普的全不銹鋼內(nèi)置換熱轉(zhuǎn)化器，美國(guó)孟莫克的槽管式分酸器及纖維除霧器，美國(guó)路易斯的濃硫酸泵，德國(guó)KK&K、美國(guó)通用的s02風(fēng)機(jī)，孟莫克和托普索的催化劑等。

2．1．4煙氣制酸新工藝、新技術(shù)

近些年，冶煉煙氣制酸中的技術(shù)革新主要體現(xiàn)在【21：高濃度s02煙氣轉(zhuǎn)化、低濃度S02煙氣處理、煙氣網(wǎng)絡(luò)配置技術(shù)及余熱的利用等。

1)高濃度轉(zhuǎn)化

由于采用更先進(jìn)的冶煉技術(shù)和設(shè)備，冶煉企業(yè)獲得S02濃度更高更有回收價(jià)值的冶煉煙氣。目前國(guó)內(nèi)有很多冶煉廠的煙氣S02濃度都超過(guò)了20％，使采用常規(guī)制酸技術(shù)進(jìn)行煙氣回收很有必要。國(guó)外已經(jīng)積累了對(duì)于高濃度冶煉煙氣的處理初工業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，其新的技術(shù)點(diǎn)主要有【2】：耐高溫或低起燃溫度催化劑、多段轉(zhuǎn)化工藝、空氣冷激式、預(yù)轉(zhuǎn)化工藝、工業(yè)氧稀釋、返回部分轉(zhuǎn)化氣等工藝方法。由于使用傳統(tǒng)制酸技術(shù)處理高濃度S02冶煉煙氣，其工藝流程同樣伴隨大量廢熱產(chǎn)生，因此在轉(zhuǎn)化工段、吸收段可采用先進(jìn)中低溫位用余熱回收技術(shù)利用廢熱，降低運(yùn)行成本提高經(jīng)濟(jì)效益。

國(guó)內(nèi)的山東陽(yáng)谷祥光銅業(yè)有限公司引進(jìn)的奧托昆普的LURECTM制酸系統(tǒng)，該系統(tǒng)是專門用于高濃度S02冶煉煙氣的處理的煙氣制酸工藝成功典范。該工藝的機(jī)理很簡(jiǎn)單在于通過(guò)調(diào)節(jié)S03循環(huán)倍率可有效控制的轉(zhuǎn)化器一段的出121煙氣溫度，因此該工藝能夠處理較寬范圍濃度S02冶煉煙氣。實(shí)踐證明該制酸系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)稀釋制酸工藝投資少裝置運(yùn)行成本不高。

2)低濃度煙氣處理

主要來(lái)自采用傳統(tǒng)冶煉方法冶煉鉛、鉬、銅等冶煉系統(tǒng)，對(duì)這些煙氣處理方法和副產(chǎn)品種類很多。其制酸生產(chǎn)系統(tǒng)主要有：接觸法、WSA濕法制酸、非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化法等。其它硫產(chǎn)品包括硫磺、液體S02、硫酸銨和石膏等。

3)冶煉煙氣網(wǎng)絡(luò)配置技術(shù)

金川集團(tuán)有限公司冶煉爐種類多，冶煉系統(tǒng)常常存在著部分爐窯煙氣因?yàn)镾02含量低而無(wú)法進(jìn)入制酸系統(tǒng)的問(wèn)題，故其先前S02冶煉煙氣污染情況很嚴(yán)重。為滿足我國(guó)企業(yè)環(huán)保要求，冶煉廠就必需加強(qiáng)治理冶煉低濃度S02煙氣，把高、低濃度不同的煙氣做到最大限有效利用。

針對(duì)該廠的實(shí)際狀況，金川公司投入大量資金和技術(shù)著手解決對(duì)低濃度S02煙氣污染問(wèn)

題，經(jīng)過(guò)一系列的自主研發(fā)和集成創(chuàng)新，在改造原有“

三、一干線”等煙氣管網(wǎng)的基礎(chǔ)上，形成了現(xiàn)在的煙氣網(wǎng)絡(luò)配置技術(shù)14]，即集中現(xiàn)有制酸裝置的冶煉煙氣，形成了目前包括5個(gè)制酸系統(tǒng)在內(nèi)的130萬(wàn)噸硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)和15萬(wàn)噸亞硫酸鈉生產(chǎn)系統(tǒng)的配氣系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)冶煉煙氣實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化配置，使冶煉廠的各個(gè)爐窯之間的煙氣有效結(jié)合，解決了金川19臺(tái)爐窯的煙氣調(diào)配與低濃度S02煙氣治理的難題，使冶煉和制酸兩個(gè)系統(tǒng)在生產(chǎn)、檢修時(shí)更靈活機(jī)動(dòng)。

煙氣網(wǎng)絡(luò)配置技術(shù)，把冶煉硫酸廠的冶煉爐不同濃度、不同氣量的冶煉煙氣形成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配的方式，提供濃度穩(wěn)定的s02煙氣，保證制酸系統(tǒng)正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)各種冶煉煙氣綜合利用。據(jù)悉，該網(wǎng)絡(luò)配氣技術(shù)在煙氣制酸行業(yè)尚屬世界首創(chuàng)。該技術(shù)通常適用于那些冶煉爐與酸系統(tǒng)復(fù)雜、冶煉煙氣S02濃度多樣的大型冶煉廠，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的雙贏。

2．2課題的提出及研究?jī)?nèi)容

2．2．1金川冶煉煙氣制酸系統(tǒng)簡(jiǎn)介

金川集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱金川公司)地處甘肅河西走廊中部金昌市，而金昌市是我國(guó)的鎳鈷工業(yè)基地【5】，其鎳產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量80％以上，因此又被譽(yù)為中國(guó)鎳都。金川公司化工廠作為公司主流程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，肩負(fù)金川地區(qū)大氣污染防治的主要責(zé)任，同時(shí)生產(chǎn)硫酸、亞硫酸鈉等一系列脫硫產(chǎn)品。

近年來(lái)，隨著金川公司有色金屬冶煉技術(shù)的迅速發(fā)展以及冶煉規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其配套的煙氣制酸也獲得進(jìn)一步發(fā)展，產(chǎn)品酸產(chǎn)量每年遞增。從2000年開(kāi)始，公司先后在化工廠投入了十多億元，用于冶煉煙氣處理項(xiàng)目建設(shè)。在2000年,-,2002年兩年間，該公司先后對(duì)化工廠的I硫酸系統(tǒng)和Ⅱ硫酸系統(tǒng)進(jìn)行了復(fù)產(chǎn)改造【5捌，使冶煉一期轉(zhuǎn)爐排放的S02煙氣得到了有效治理。為了解決硫酸產(chǎn)品生產(chǎn)與銷售的難題，2001年該公司投資新建成了4個(gè)硫酸儲(chǔ)存庫(kù)和購(gòu)置了200臺(tái)鐵路槽車，從而實(shí)現(xiàn)了制酸裝置的滿負(fù)荷生產(chǎn)。同時(shí)2001年～2003年兩年間該公司對(duì)其亞硫酸鈉生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了擴(kuò)建，形成了年產(chǎn)12kt亞硫酸鈉的規(guī)模，冶煉轉(zhuǎn)爐煙氣得到進(jìn)一步治理。2004年公司投資建成53萬(wàn)噸冶煉煙氣制酬4IT程，該項(xiàng)目的建成投產(chǎn)把金川公司硫資源的利用率提高到98．75％以上，使冶煉銅合成爐產(chǎn)生的S02冶煉煙氣從此得到根治。緊接著與富氧頂吹鎳熔煉項(xiàng)目配套70萬(wàn)噸硫酸工程也在2008年建成，該裝置的S02煙氣年處理量達(dá)到45kt。這些

項(xiàng)目的成功投產(chǎn)進(jìn)一步提高了金川公司的硫資源綜合利用率，為金昌市早日解決S02污染問(wèn)題提供有力保障。

目前為止，金川公司硫資源回收共有五大制酸系統(tǒng)和一個(gè)亞硫酸納生產(chǎn)系

統(tǒng)。五大制酸系統(tǒng)分別是：53萬(wàn)噸硫酸系統(tǒng)、30萬(wàn)噸硫酸系統(tǒng)、一硫酸制酸系

統(tǒng)、三硫酸制酸系統(tǒng)、70萬(wàn)噸硫酸系統(tǒng)。

2．2．2 53萬(wàn)噸硫酸裝置項(xiàng)目設(shè)計(jì)背景

隨著世界能源形勢(shì)不斷緊張，國(guó)家對(duì)能源回收提出更高要求，回收并利用能源變得尤為重要。在制酸生產(chǎn)工藝過(guò)程中，從原料到成品酸的全過(guò)程會(huì)有多種大量余熱，該怎樣去有效實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，降低生產(chǎn)成本，成了硫酸生產(chǎn)技術(shù)水平的一項(xiàng)重要標(biāo)志。而今逐漸成熟的中低溫余熱回收技術(shù)條件和先進(jìn)的熱回收設(shè)備，使得冶煉煙氣制酸系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化、吸收工序的大量中低溫余熱回收項(xiàng)目成為可能?？刹捎脽峁軗Q熱設(shè)備通過(guò)產(chǎn)生蒸汽或提供熱水等方式回收廢熱，達(dá)到綜合利用了煙氣制酸系統(tǒng)廢熱的目的。

對(duì)于s02轉(zhuǎn)化時(shí)放出的中低溫位余熱，目前幾乎所有的硫磺制酸裝置都設(shè)置III換熱器出口和Ⅳ換熱器熱出口均設(shè)有省煤器，以回收170一--280℃的熱能。因受認(rèn)識(shí)原因及技術(shù)條件

因素等的限制，當(dāng)初冶煉煙氣制酸系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)未能好好考慮中低溫余熱的回收利用問(wèn)題。其制酸系統(tǒng)轉(zhuǎn)化煙氣余熱幾乎全部以轉(zhuǎn)化工藝氣．空氣冷卻器中熱介質(zhì)的熱量全部拋棄，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。目前由于國(guó)家提倡和企業(yè)需求，以技改工程建設(shè)帶動(dòng)環(huán)保項(xiàng)目建設(shè)很有意義，不但能促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而且從源頭控制污染物的排放。發(fā)展與環(huán)保并進(jìn)的思路是企業(yè)和社會(huì)逐漸形成良性友好發(fā)展的前提。

在轉(zhuǎn)化、吸收過(guò)程中，直接通過(guò)生產(chǎn)蒸汽或熱水來(lái)回收熱量，需要解決設(shè)備材質(zhì)耐高溫下的濃硫酸腐蝕，同時(shí)保證不降低吸收效率等一系列難題。因此在煙氣制酸系統(tǒng)該部分中、低溫?zé)崮荛_(kāi)發(fā)尚處于起步階段。本項(xiàng)目針對(duì)金川公司冶煉煙氣制酸系統(tǒng)轉(zhuǎn)化工序的余熱回收問(wèn)題進(jìn)行研究，最后選定化工廠53萬(wàn)噸硫酸裝置作為研究。

2．2．3 53萬(wàn)噸硫酸裝置工藝流程

金川公司2004年投資建成53萬(wàn)噸硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)，該項(xiàng)目是目前國(guó)內(nèi)煙氣制酸行業(yè)最大、工藝最先進(jìn)的單系列生產(chǎn)裝置，它也是近幾年來(lái)金昌市最大的硫資源綜合利用項(xiàng)目。該系統(tǒng)采用絕熱蒸發(fā)封閉酸洗滌凈化、“3+1’’兩轉(zhuǎn)兩吸工藝ⅣI．m II換熱流程[4‘81，主要工藝過(guò)程如下圖2．2：

圖2．2 53萬(wàn)噸硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要處理銅熔煉系統(tǒng)煙氣、鎳礦熱電爐和銅貧化爐等S02煙氣進(jìn)行制酸，煙氣條件見(jiàn)表2．2，設(shè)計(jì)處理煙氣量187000m3／h，挖潛處理能力225000m3／h，S02濃度8％10％。

表2-2各冶金爐窯煙氣條件表

本論文課題是對(duì)金川公司53萬(wàn)噸硫酸系統(tǒng)進(jìn)行的，該制酸系統(tǒng)采用兩轉(zhuǎn)兩吸工藝。針對(duì)其轉(zhuǎn)化工段的中、低溫余熱回收利用的問(wèn)題，提出技術(shù)改造方案并優(yōu)化工藝條件。該項(xiàng)目旨在考慮施工過(guò)程對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)不造成影響或影響最小，同時(shí)確保改造后的工藝穩(wěn)定、不改變S02轉(zhuǎn)化率，即通過(guò)高效換熱元件和合理工藝安排來(lái)實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)的熱能回收率，特別是利用低位余熱的目的。

2．3小結(jié)

金川公司現(xiàn)有的煙氣制酸系統(tǒng)除一硫酸系統(tǒng)仍采用一轉(zhuǎn)一吸工藝外，其它4套煙氣制酸制酸裝置均采用雙轉(zhuǎn)雙吸流程。目前，這些裝置轉(zhuǎn)化后多余熱量的處理現(xiàn)狀，是通過(guò)設(shè)置的工藝氣冷卻系統(tǒng)冷卻后拋棄掉。制酸廠響應(yīng)國(guó)家的能源政策號(hào)召，變被動(dòng)為主動(dòng)，盡最大可

能利用所有可能的廢熱，做好節(jié)能降耗工作，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的最大利益。

參考文獻(xiàn)

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第二篇：對(duì)東方工業(yè)鍋爐制造的鋅精礦冶煉煙氣制酸評(píng)價(jià)

對(duì)東方工業(yè)鍋爐制造的鋅精礦冶煉煙氣制酸 沸騰爐配套余熱鍋爐在我公司運(yùn)行的評(píng)價(jià)意見(jiàn)

我公司于2010年1月同四川東方鍋爐工業(yè)鍋爐集團(tuán)有限公司訂購(gòu)的QCF28/950-2.5/350型鋅精礦余熱鍋爐本體、安裝及配套輔機(jī)，自設(shè)備投入至今，我公司認(rèn)為該公司所供設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、安裝完全符合要求，能達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)、滿足工藝性能、安裝質(zhì)量好、運(yùn)行穩(wěn)定可靠。該公司設(shè)計(jì)制造的余熱鍋爐符合鋅精礦冶煉煙氣制酸裝置運(yùn)行的特點(diǎn)及要求，能滿足我公司的生產(chǎn)能力需求，該公司信守合同，能夠急用戶所需，售后服務(wù)及時(shí)周到，使我公司在遇到問(wèn)題時(shí)能得到及時(shí)解決，保障了我公司的鋅精礦冶煉煙氣制酸裝置整套系統(tǒng)得以連續(xù)、穩(wěn)定的運(yùn)行。

四川西昌合力鋅業(yè)股份有限公司

技改辦

第三篇：熱管余熱鍋爐在煉鋼電弧爐煙氣余熱回收系統(tǒng)中的應(yīng)用

熱管余熱鍋爐在煉鋼電弧爐煙氣余熱回收系統(tǒng)中的應(yīng)用

本文以電弧爐煉鋼過(guò)程煙氣余熱的回收利用及煙氣凈化除塵為主線，以熱管蒸發(fā)器為換熱元件，合理控制煙氣流速，解決高溫?zé)焿m的沉降和蒸發(fā)器熱管灰堵以及煙氣溫度波動(dòng)大的難題，完成了50t電弧爐煙氣余熱回收凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工。對(duì)電弧爐煉鋼過(guò)程中所產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵苯舆M(jìn)行余熱回收，滿足電弧爐煉鋼過(guò)程中VD真空處理對(duì)蒸汽的需求，實(shí)現(xiàn)了高溫?zé)煔庥酂峄厥绽煤铜h(huán)境凈化，為國(guó)內(nèi)電弧爐節(jié)能降耗和清潔生產(chǎn)進(jìn)行了有益的探索。

進(jìn)入21世紀(jì)后，由于廢鋼資源的限制，我國(guó)電弧爐開(kāi)始普遍使用鐵水裝熱技術(shù)，這是中國(guó)在特定情況下的資源利用。對(duì)于電弧爐煉鋼而言，鐵水提供了大量的物理熱和化學(xué)熱，減少了裝料次數(shù)，改善了電弧燃燒條件，特別是避免了.廢鋼中殘余金屬元素帶來(lái)的污染，是電弧爐煉鋼高效、節(jié)能的首選條件。然而使用鐵水后，電弧爐排放煙氣溫度增加，最高溫度可達(dá)1400℃，隨煙氣顯熱帶走的熱量占總投入熱量的13%—20%，所以回收電弧爐煙氣余熱是現(xiàn)階段電弧爐高效低耗生產(chǎn)的必由之路。

一、50t電弧爐概況

1、電弧爐工藝參數(shù)

50t電弧爐主要工藝技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1

2、電弧爐的煙氣特點(diǎn)

1）間歇性、波動(dòng)性

電弧爐在冶煉過(guò)程中，排放出的煙氣流量、溫度、含塵量在不斷地變化，呈現(xiàn)周期性波動(dòng)，氧化期的煙氣溫度最高，流量最大，含塵量最多，在出鋼期的煙氣溫度最低，力量最小，含塵量也最小。

2）煙氣中粉塵濃度大，粒徑小

電弧爐在冶煉過(guò)程中，排放出的煙氣中粉塵濃度大、粒徑小，屬于微細(xì)塵。煙塵含量一般在8—15g/m3（標(biāo)態(tài)），最大達(dá)到30

g/m3（標(biāo)態(tài)）；煙塵粒度小，粒徑分布在0—30μm范圍內(nèi)，吸附力大。電弧爐煙塵化學(xué)成分見(jiàn)表2.3電弧爐能量平衡

50t電弧爐愛(ài)配加30%鐵水冶煉時(shí)的能量平衡表如圖1所示

由圖1可知，在50t電弧爐的能量平衡中，高溫?zé)煔鈳ё叩臒崃恳话慵s占電弧爐總熱量的11%，冶煉強(qiáng)度增加，單位時(shí)間內(nèi)高溫?zé)煔鈳ё叩臒崃吭黾?。?shí)現(xiàn)電弧爐余熱回收利用，對(duì)節(jié)能降耗和清潔生產(chǎn)具有重要意義。

4電弧爐煙氣系統(tǒng)概況

為了利用電弧爐煙氣熱能，很多企業(yè)將高溫?zé)煔庥脕?lái)加熱廢鋼，其中典型的案例便是Consteel電路Fuchs豎爐。但是在煙氣加熱廢鋼的過(guò)程中，煙塵中對(duì)煉鋼有害的元素（如Zn、Sn、Pb等元素）產(chǎn)生富集，對(duì)冶煉的產(chǎn)品質(zhì)量有不利影響，同事在廢鋼預(yù)熱的過(guò)程中有毒物質(zhì)二噁英的形成會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。鑒于對(duì)以上問(wèn)題的考慮，此電弧爐選擇在爐蓋第四孔回路上新增一套余熱回收裝置，經(jīng)余熱回收后的低溫?zé)煔庠谶M(jìn)入單獨(dú)的一套除塵器進(jìn)行凈化，余熱回收裝置生產(chǎn)飽和蒸汽，用以滿足VD真空爐生產(chǎn)。改造后的系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

二、煙氣余熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、余熱回收系統(tǒng)工藝流程

余熱回收系統(tǒng)工藝流程如圖3所示，電弧爐產(chǎn)生的1200℃左右的高溫?zé)煔猓?jīng)過(guò)爐蓋第四孔靜茹移動(dòng)煙道，在進(jìn)入燃燒沉降室，CO等可燃物進(jìn)一步燃燒，同時(shí)大顆粒得以沉降，通過(guò)調(diào)整燃燒沉降室出口混風(fēng)閥將煙氣出口溫度控制在800℃以內(nèi)，在經(jīng)過(guò)高溫?zé)煹肋M(jìn)入熱管蒸汽發(fā)生器進(jìn)行熱量回收，熱交換后的溫度降到160℃左右進(jìn)入除塵器凈化，熱管蒸汽發(fā)生器生產(chǎn)的飽和蒸汽通過(guò)分氣缸供生產(chǎn)和生活實(shí)用。

2、余熱回收系統(tǒng)設(shè)備組成1）移動(dòng)煙道

移動(dòng)煙道兩端分別連接爐蓋第四孔和燃燒沉降室，移動(dòng)煙道要滿足爐蓋旋入或旋出時(shí)不與第四孔彎煙道發(fā)生干涉，并且還要滿足在吸入高溫?zé)煔獾耐瑫r(shí)，也要吸入足量的外界空氣，供后部沉降室內(nèi)蓄積的CO的二次燃燒，故設(shè)計(jì)為活動(dòng)煙道，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2）燃燒沉降室

沉降室主要作用有兩個(gè)，一是從電弧爐內(nèi)排出的大顆粒粉塵有足夠的時(shí)間沉降，避免大顆粒煙塵進(jìn)入后部設(shè)備，以防導(dǎo)致設(shè)備堵塞或損壞；二是煙氣中未燃燒的CO在沉降室內(nèi)可繼續(xù)燃燒，防止CO進(jìn)入后續(xù)工藝設(shè)備，導(dǎo)致安全事故發(fā)生，燃燒需要的氧氣從第四孔煙道和移動(dòng)煙道連接處混入空氣中得到。

沉降過(guò)程中共受到三個(gè)力的作用，重力、浮力和煙氣對(duì)顆粒的曳力。重力和浮力之差是使煙塵發(fā)生沉降的動(dòng)力，曳力則是阻礙煙塵發(fā)生沉降的力。為保證煙氣中大顆粒粉塵的沉降效果，沉降室煙氣的進(jìn)、出口設(shè)置在頂部。沉降室外形輪廓如圖5所示。

3）高溫?zé)煹?/p>

高溫?zé)煹朗侵高B接沉降室與熱管蒸汽發(fā)生器之間的管路，為避免熱量散失，從沉降室出口至熱管蒸汽發(fā)生器入口管道均采用內(nèi)保溫形式，內(nèi)保溫分兩層，分別為耐磨層和隔熱層。

4）熱管蒸汽發(fā)生器

為適應(yīng)電弧爐煉鋼煙氣的特點(diǎn)，要求余熱鍋爐必須具有啟動(dòng)速度快、負(fù)荷適應(yīng)能力強(qiáng)、連續(xù)無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、單向傳熱強(qiáng)度大等特點(diǎn)，故選用熱管蒸汽發(fā)生器。

（1）熱管蒸汽發(fā)生器的原理

熱管蒸汽發(fā)生器由若干根熱管元件組成，工作原理如圖6所示，熱管的受熱段置于高溫?zé)煹纼?nèi)，高溫?zé)煔鈾M掠熱管受熱段，熱管元件的放熱段因插在汽—水系統(tǒng)內(nèi)，則使該系統(tǒng)的受熱及循環(huán)完全與熱源分離而獨(dú)立存在于高溫?zé)煹乐?，不受高溫?zé)煔獾闹苯記_刷。高溫?zé)煔獾臒崃坑蔁峁軅鹘o水套管內(nèi)的飽和水使其汽化，所產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)蒸汽上升管到達(dá)汽包，經(jīng)過(guò)汽水分離后再經(jīng)主汽閥輸出。這樣，熱管不斷將熱量輸入水套管，通過(guò)外部汽—水管道的上升及下降完成基本的汽—水循環(huán)，達(dá)到將高溫?zé)煔饨禍夭⑥D(zhuǎn)化為蒸汽的目的。

（2）蒸發(fā)器的空間布置

蒸發(fā)器在空間上采取垂直布置，設(shè)備安裝緊湊，占地面積小，高溫?zé)煔庾陨隙?，溫度逐漸降低，經(jīng)過(guò)沖擊波震動(dòng)后，灰塵自上而下靠重力即可散落在最下方，容易清理積灰，整個(gè)熱交換過(guò)程溫度均勻，交換充分。蒸汽發(fā)生器空間布置如圖7所示。

（3）蒸發(fā)器設(shè)備的基本特點(diǎn)

A

.采用熱管作為傳熱元件，整個(gè)汽—水系統(tǒng)的受熱及循環(huán)完全與熱流體隔離二獨(dú)立在熱流體煙道外，使本系統(tǒng)有別于一般的余熱鍋爐。

B

.設(shè)備中熱管元件間相互獨(dú)立，熱流體與蒸汽發(fā)生區(qū)雙重隔離互不影響，即使單根或數(shù)根熱管損壞，也不會(huì)影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，同時(shí)水、汽也不會(huì)因熱管的破損而進(jìn)入熱流體。

C

.實(shí)際時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)熱管兩端的傳熱面積可有效調(diào)節(jié)和控制壁溫，防止低溫酸露點(diǎn)腐蝕。

D

.操作簡(jiǎn)單、維修方便、工作可靠，整個(gè)系統(tǒng)的熱量輸送過(guò)程不需要任何外界動(dòng)力，故障率低，效率高。

（4）熱管蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)參數(shù)

熱管蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表3，設(shè)備外形尺寸見(jiàn)表4.5）沖擊波清灰裝置

電弧爐冶煉時(shí)的煙氣量大，灰塵多，帶有電荷，易吸附，熱管容易堵塞，因此解決在線熱管清灰問(wèn)題是保證余熱系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，聲波清灰對(duì)蒸發(fā)器殼體損傷太大，蒸汽清灰也是會(huì)造成熱管板結(jié)堵塞，實(shí)踐證明兩種清灰方式在本系統(tǒng)中均不可行，最終選用沖擊波清灰，滿足了熱管在線清灰的需求，保證了余熱系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

6）蓄熱器

蒸汽蓄熱技術(shù)是將間斷供汽變?yōu)檫B續(xù)、穩(wěn)定的汽源以利用用戶使用。蓄熱器是利用高壓與低壓時(shí)飽和水的焓差使水閃蒸，放出蒸汽。初期使用時(shí)充入除氧水，當(dāng)高壓蒸汽過(guò)量時(shí)，蒸汽通過(guò)內(nèi)部充熱裝置噴人水中，并迅速凝結(jié)放熱，使蓄熱器內(nèi)水位和壓力升高，直至壓力與蒸汽壓力相等，完成沖熱過(guò)程。這是蓄熱器內(nèi)的水是高壓下的飽和水；當(dāng)?shù)蛪赫羝昧看笥阱仩t產(chǎn)氣量時(shí)，與蓄熱器汽空間相連的低壓管道壓力下降，蓄熱器中的飽和水成為過(guò)熱水，將自行沸騰放熱，水位下降，產(chǎn)生低壓蒸汽供給設(shè)備，完成放熱過(guò)程。

為保證余熱回收系統(tǒng)產(chǎn)生穩(wěn)定流量的蒸汽，該方案配套兩臺(tái)150m3的蓄熱器，設(shè)計(jì)充水系數(shù)85%，入口蒸汽壓力1.6MPa，出口蒸汽壓力1.0MPa。實(shí)踐證明系統(tǒng)自產(chǎn)蒸汽足以滿足生產(chǎn)生活需要。

3系統(tǒng)控制方案（略）

三、結(jié)論

1電弧爐余熱回收利用系統(tǒng)工程的實(shí)施實(shí)現(xiàn)了余熱回收和環(huán)境治理的雙贏，是電弧爐煉鋼企業(yè)節(jié)能能源、降低能耗和實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的有效途徑。

2系統(tǒng)自產(chǎn)蒸汽量平均15t/h左右，折合噸鋼產(chǎn)汽量約為200kg/t，能夠滿足VD正空處理的蒸汽需求。燃油鍋爐的停運(yùn)，每年可減少的燃油消耗費(fèi)用2256萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

3沖擊波在線清灰系統(tǒng)成功應(yīng)用于電弧爐余熱系統(tǒng)中，有效的保證了系統(tǒng)的暢通，防止了翅片板結(jié)積灰，4風(fēng)機(jī)變頻器技術(shù)成功應(yīng)用于電弧爐余熱回收系統(tǒng)之中，通過(guò)風(fēng)機(jī)頻率與沉降室出口溫度的連鎖，完成溫度自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)熱量回收最大化。

5實(shí)踐證明，高溫?zé)煔庥酂峄厥绽眉夹g(shù)是集環(huán)境保護(hù)、余熱余能回收利用為一體的新型環(huán)保項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)外有很高的推廣價(jià)值