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 鐵合金煙氣環(huán)保治理及余熱回收研究

技術(shù)總結(jié)報告

 

1、前言

鐵合金生產(chǎn)主要采用礦熱爐冶煉工藝,，其電爐形式有半開式和封閉式兩種,，半開式居多。本項目主要以半開式礦熱爐煙氣環(huán)境治理工藝的余熱回收為研究對象展開研究工作,。

目前,，我國鐵合金生產(chǎn)電爐型號有：3600KVA、 6300KAV,、9300KAV,、12500KAV、2000KAV,、25000KAV型,。每臺礦熱爐每小時排出廢氣約為40000～300000Nm³/h，隨著冶煉鐵合金品種的不同排煙溫度400～650℃,，含塵量8～20g/m³,。造成大量的環(huán)境污染，及能源浪費,。

天津華能集團公司向天津市科學(xué)技術(shù)委員會立項,，對鐵合金煙氣環(huán)保治理及余熱回收進行研究。解決鐵合金生產(chǎn)礦熱爐冶煉工藝中煙氣余熱利用,，能源浪費問題,，開發(fā)了熱管余熱鍋爐回收煙氣余熱。

2,、鐵合金煙氣環(huán)保治理及余熱回收工藝

礦熱爐半封閉煙罩頂端引出保溫?zé)煹?，將高溫?50℃）、高煙塵濃度（20 g/m³）的廢煙氣送到熱管式廢熱鍋爐,，經(jīng)熱管式廢熱鍋爐降溫后,，送入布袋除塵器。除塵后的煙氣排放,，排放煙塵濃度小于10mg/m³,。

該工藝中布袋除塵設(shè)備，目前有兩種成熟技術(shù),，一是大布袋除塵技術(shù),，二是脈沖反吹除塵技術(shù)。鐵合金煙氣環(huán)保治理及余熱回收項目設(shè)計難點在于熱管降溫設(shè)備,，它必須適用于高含塵煙氣工藝,，必保設(shè)備不泄露,，一旦設(shè)備泄露煙塵很快將設(shè)備堵死，很難清除,。

工藝流程圖

3,、鐵合金礦熱爐廢氣的性質(zhì)分析

鐵合金礦熱爐煙氣在礦石和焦碳在電爐中冶煉時形成。它的溫度隨加料出料工藝存在波動,，一般在300—700℃范圍,。煙塵中的灰塵屬飛灰，粒度較小,，煙塵粒度（小于2μm  77%,；2-5μm  18%； 5-10μm  3% ,；大于10μm  2%）。煙氣灰塵含量8—20 g/m³,。

 

鐵合金煙塵主要成分表

成分	CaO	SiO2	MnO	FeO	Al2O3	MgO	其它
%	28.3	26.8	24.5	4.1	10.3	4.0	2

煙塵成分復(fù)雜,，具有較強的親水性。

4,、熱管余熱鍋爐的設(shè)計技術(shù)

4.1熱管降溫器的結(jié)構(gòu)

熱管余熱鍋爐由熱管蒸發(fā)器,、汽包、上升管,、下降管,、配套設(shè)備有清水泵、給水泵,、除氧,、清灰系統(tǒng)器等組成。熱管蒸發(fā)器是相變式熱管降溫裝置的主要設(shè)備,，它為直立圓筒結(jié)構(gòu),，由外筒體（DN3000）、內(nèi)筒體（DN1600）和熱管（φ48×1200）三部分構(gòu)成,。熱管徑向斜置焊接在熱管散熱器的內(nèi)筒體壁上,，插入內(nèi)筒體的是光管，內(nèi)筒體外側(cè)熱管段鎳基釬焊有縱翅片,。工作時煙氣氣走熱管蒸發(fā)器外筒體與內(nèi)筒體之間的夾套,，軟水走熱管散熱器內(nèi)筒體里面，并和汽包自然循環(huán),，產(chǎn)生飽和蒸汽,。

4.1.1 煙氣系統(tǒng)

來自重力除塵器的煙氣，溫度300—700℃含塵煙氣,，經(jīng)過高溫管進入蒸發(fā)器,，煙氣從蒸發(fā)器底部出,，由排煙口排出溫度180℃，進入布袋除塵器,。

4.1.2水汽系統(tǒng)

 外供軟水先進行除氧,，除氧后經(jīng)給水泵進入汽包；汽包和蒸發(fā)器自然循環(huán),；汽包內(nèi)蒸汽與水分離,；蒸汽經(jīng)分汽缸外供用戶。

①選用一套除氧器,，一個水箱,。除氧器配備2臺給水泵，除氧器給水泵為IS型單級單吸離心泵,。

②從除氧器到汽水分離裝置的給水系統(tǒng)配兩臺電動給水泵,，水泵揚程除滿足系統(tǒng)壓力外，還要克服水柱爬升高度及沿程阻力,，汽包給水為DG型鍋爐給水泵,。

③蒸汽發(fā)生器、汽包均設(shè)有排污出水口,，可定期清除內(nèi)部殘留污物及水垢,。系統(tǒng)水箱設(shè)有給水取樣；汽包設(shè)有水取樣點,，對余熱鍋爐水進行取樣,。

4.2 清灰系統(tǒng)設(shè)計

鐵合金煙氣灰塵含量高，因此設(shè)計熱管蒸發(fā)器的清灰系統(tǒng)是本項目的的重要內(nèi)容之一,。目前,，國內(nèi)換熱器應(yīng)用的清灰系統(tǒng)有：聲波清灰、壓縮空氣清灰,、落丸清灰,、沖擊波清灰等。

壓縮空氣清灰   其在線清灰能力差,，本系統(tǒng)不太適用,。

聲波清灰  在聲波的作用下，可將灰松動,，但灰量過大,、灰塵較細和附著力強時，選用聲波除灰效果較差,，經(jīng)實驗聲波清灰本系統(tǒng)不太適用,。

落丸清灰  由小車、布丸機構(gòu),、提升機等組成,。結(jié)構(gòu)簡單,、消耗底，簡單適用,。落丸清灰除部分有部分死角外,，能滿足清灰效果。

沖擊波吹灰系統(tǒng)  是我國引進前蘇聯(lián)軍工技術(shù),，我國消化研制開發(fā)的在線吹灰產(chǎn)品,。其工作原理是將空氣和可燃氣按一定比例混合，經(jīng)高能點火后在沖擊波發(fā)生器內(nèi)形成可控強度的沖擊波,，沖擊動能吹掃受熱面的同時伴有高聲強聲波震蕩和熱清洗作用,，以達到吹除積灰保證受熱面清潔，提高傳熱效率,，恢復(fù)鍋爐出力的目的,。

JSR型沖擊波吹灰系統(tǒng)的參數(shù)為：

可燃氣體類型：乙炔         可燃氣氣源：瓶裝氣

可燃氣體壓力：0.9～0.15MPa   可燃氣體消耗量：≤0.06m3/次（常溫常壓）

空氣氣源：送風(fēng)機提供        空氣壓力：～4KPa；

額定能量：25--2500KJ,；

沖擊波清灰能滿足清灰效果,。

4.3 鍋爐蒸發(fā)器的設(shè)計

4.3.1熱管技術(shù)

 熱管是一種高效傳熱元件,利用封閉的管內(nèi)介質(zhì)的沸騰吸熱和冷凝放熱進行熱傳導(dǎo)。其具有以下特點：

①極高的傳熱性能  隨管內(nèi)工質(zhì)的不同,，傳熱系數(shù)達10⁷W/m².℃,是普通碳鋼的數(shù)萬倍。

②低溫差下高傳輸熱量能力  一根直徑12.7mm,，長1000mm的紫銅棒,，兩端溫差100℃時傳輸30W的熱量；而一根直徑,、長度的熱管傳輸100W的熱量,，兩端溫差只需幾度；

③換熱兩流體均走管外,，可以翅片化以強化傳熱,；

④單管作業(yè)性   由熱管組成的換熱設(shè)備單根熱管損壞對設(shè)備的換熱影響不大，即使部分熱管損壞也不會影響的政正常運行,；

⑤熱源分匯  在設(shè)計可以隨意調(diào)整熱管冷卻段和蒸汽段的換熱長度,，以控制熱管的壁溫，因此可以使熱管換熱器避開露點,。這樣就可避開露點腐蝕,、不易積灰； 

⑥熱管與換熱器單支點焊接,，避免由熱帳冷縮造成的應(yīng)力,。

4.3.2 管內(nèi)工質(zhì)選擇

電爐煙氣進入換熱器，入口高溫時溫度800℃,，余熱鍋爐額定壓力隨各企業(yè)用汽壓力的不同,，鍋爐壓力0.4--1.0 MPa,對應(yīng)蒸汽溫度150--181℃,。

熱管工作溫度：Tv=(t₁+t₂)/(n+1)。

n兩側(cè)熱阻比,，換蒸發(fā)換熱管兩段熱阻比（與熱管蒸發(fā)段與放熱段的長度比和氣側(cè)的翅化比有關(guān)）,。

熱管工作溫度決定工質(zhì)的選用，碳鋼水熱管工作溫度60--250℃,。超過250℃時,，管內(nèi)的緩蝕劑作用減弱，管內(nèi)出現(xiàn)化學(xué)反映：

H₂O+Fe——FeO+H₂

產(chǎn)生不結(jié)凝氣體,，破壞熱管的真空度,，熱管失效。長時運行熱管管內(nèi)壓力增大,，大于熱管的安全運行壓力4.0 MPa,，造成爆管。

本項目選擇兩種工質(zhì)的熱管,，水,、萘。

（1） 選用316不銹管對列管迎風(fēng)面防護,；

（2） 增加管壁厚度,，用滲鋁管增加耐沖刷能力。

設(shè)計換熱器入口流速為8米左右,，降紙灰塵對換熱沖刷動

4.3.3換熱器的積灰問題

   煙氣含塵量是8—20g/m³,，也就是說每小時500Kg左右的灰塵通過換熱器。電爐煙塵粒度較小0—10μm的灰占灰塵總量的70%以上,，該種灰有較強的吸附力,，換熱器的除灰是該換熱器的設(shè)計的核心內(nèi)容

在換熱器結(jié)構(gòu)的設(shè)計上采用以下措施

①換熱管間距較其他工況設(shè)備增大。

②煙氣在設(shè)備中流速要設(shè)計為一般為8--10米,。

③換熱器的布置形式必須考慮便于除塵,，換熱器布置上采用L型。

④嚴(yán)禁采用環(huán)翅片,，采用環(huán)翅片可以增大換面強化傳熱,，降低設(shè)備投資，但在如此大的灰塵工況中,，環(huán)翅片換熱器很快堵死,，再好吹積設(shè)備也不能將翅片間的積灰吹凈。因此嚴(yán)禁使用環(huán)翅片管換熱器,。

5 ,、運行結(jié)果分析

   鐵合金煙氣環(huán)保治理及余熱回收研究示范項目于2006年9月投入使用，應(yīng)用在吉林鐵合金公司硅鐵礦熱爐上。工藝條件如下：

（1）煙  氣   量：90000Nm³/h

（2）入口煙氣溫度：400—650℃

（3）出口煙氣溫度：180℃

（4）額定蒸汽壓力：0.6MPa

（5）蒸 汽 溫 度：164℃

      經(jīng)過一年來得運行,，經(jīng)測試達到了預(yù)期效果,，現(xiàn)將運行測試結(jié)果總結(jié)如下：

余熱利用運行記錄表