回轉(zhuǎn)窯煙氣余熱利用

吳建梅　趙多權(quán)　林春偉　施勝忠

摘要：文章通過分析導(dǎo)熱油爐工作原理，提出用回轉(zhuǎn)窯煙氣余熱利用，并設(shè)計(jì)出一套適合現(xiàn)在所有鋁電解炭素生產(chǎn)工藝的回轉(zhuǎn)窯煙氣余熱利用的使用方法，目的是節(jié)約資源能源，降低生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：余熱鍋爐；導(dǎo)熱油爐；回轉(zhuǎn)窯

中圖分類號(hào)：TF821 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）10-0062-02

炭素是冶金行業(yè)不可缺的生產(chǎn)材料，炭素生產(chǎn)主要是以煤或石油焦為原料進(jìn)行煅燒而成。炭素回轉(zhuǎn)窯出口煙溫很高，達(dá)1200℃以上。一般大型炭素回轉(zhuǎn)窯煙氣出口都設(shè)置有余熱蒸汽鍋爐回收高溫?zé)煔庥酂幔克厣a(chǎn)工藝用熱一般另外配置燃（重）油或燃（煤）氣鍋爐。隨著能源價(jià)格的不斷上漲，這種能源配置系統(tǒng)的缺點(diǎn)逐漸呈現(xiàn)，導(dǎo)致炭素工藝用熱設(shè)備使用維護(hù)成本增加，生產(chǎn)系統(tǒng)的綜合能源成本增加，企業(yè)產(chǎn)品成本

增加。

1 現(xiàn)有導(dǎo)熱油系統(tǒng)和回轉(zhuǎn)窯煙氣簡(jiǎn)介

1.1 導(dǎo)熱油系統(tǒng)

炭素一廠配有2臺(tái)導(dǎo)熱油鍋爐，I系統(tǒng)2.5MW的燃重油導(dǎo)熱油鍋爐，常年運(yùn)行，滿足成型工藝的熱需求，年耗重油約1400t/a；II系統(tǒng)2.0MW的燃煤氣導(dǎo)熱油鍋爐年運(yùn)行時(shí)間約為重油爐的三分之二，滿足瀝青熔化和保溫用熱，消耗煤氣折算成重油約700t/a。根據(jù)年重油消耗量計(jì)算導(dǎo)熱油爐熱功率

（1400+700÷0.66）×1000×0.8÷300÷24×42000÷3600=3190kW

考慮系統(tǒng)管損8%，系統(tǒng)余量30%，則煙氣余熱導(dǎo)熱油爐熱功率為：3190×1.38=4402kW

1.2 回轉(zhuǎn)窯

云鋁炭素一廠擁有4臺(tái)炭素陽極回轉(zhuǎn)窯，一般情況下3臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)（1臺(tái)檢修備用），其規(guī)格為Φ2.2×45，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力6t/h，尾部設(shè)有一臺(tái)10t/h、壓力為2.45MPa、溫度390℃余熱鍋爐，生產(chǎn)為連續(xù)性。石油焦煅燒的實(shí)收率為75%左右，揮發(fā)份及粉塵燃燒釋放出的熱量較大。目前使用余熱產(chǎn)生的蒸汽35%用于廠內(nèi)外供熱，65%用于發(fā)電，年發(fā)電量在3350萬度。單臺(tái)回轉(zhuǎn)窯煙氣量約為40000Nm3/h左右，沉灰室出口煙氣溫度為1200℃左右，經(jīng)余熱鍋爐后，最終排入煙囪的溫度為200℃左右。

（1）根據(jù)鍋爐蒸發(fā)段參數(shù)計(jì)算回轉(zhuǎn)窯煙氣量：

鍋爐蒸發(fā)段平均煙溫：（734+318）÷2=526℃

12.1×1000×（2802.3-830.5）÷[（734-318）×1.43×0.98]=40925Nm3/h

（2）根據(jù)鍋爐給水加熱段參數(shù)計(jì)算回轉(zhuǎn)窯煙氣量：

鍋爐給水加熱段平均煙溫：（198+318）÷2=258℃

12.1×1000×（967-438）÷[（318-198）×1.38×0.98]=39441Nm3/h

取煅燒窯煙氣量為兩計(jì)算的平均值：（40925+39441）÷2=40183Nm3/h

（3）過熱器進(jìn)口煙溫計(jì)算：

t=734+12.1×1000×（3220.5-2802.3）÷（40183×1.44×0.95）=826℃

2 回轉(zhuǎn)窯煙氣余熱利用設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)煙氣預(yù)熱加熱導(dǎo)熱油站擬建兩臺(tái)4402kW的余熱導(dǎo)熱油爐，一用一備，用一臺(tái)余熱爐替代原有兩臺(tái)燃油燃?xì)鈱?dǎo)熱油爐。余熱加熱導(dǎo)熱油爐入口煙道接自回轉(zhuǎn)窯沉灰室后室與原出口煙道平行，并安裝電動(dòng)插板閥，煙氣余熱加熱導(dǎo)熱油爐出口煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)引入原沉灰室出口煙，并順著原煙氣流向，并利用這部分煙氣熱量繼續(xù)產(chǎn)蒸汽。新建煙氣余熱加熱導(dǎo)熱油爐出口油溫通過引風(fēng)機(jī)變頻進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.1 余熱導(dǎo)熱油爐煙氣參數(shù)

煙氣余熱導(dǎo)熱油爐設(shè)計(jì)熱功率4402kW，設(shè)余熱爐初始取熱煙溫為950℃，余熱爐出口煙溫380℃，煙氣總量按蒸汽余熱鍋爐設(shè)計(jì)值32000Nm3/h，則：

余熱爐取煙量：

VF=1.05×4402×3600÷（950×1.507-380×1.405）=18534Nm3/h

余熱爐出口與原沉灰室出口煙氣混合后的煙溫：

tF=[（32000-18534）×950+18534×380]÷32000=619℃

新增的煙氣余熱導(dǎo)熱油鍋爐低溫導(dǎo)熱油供油管道連接到現(xiàn)有燃油（氣）導(dǎo)熱油站的導(dǎo)熱油主循環(huán)泵出口，新增的煙氣余熱導(dǎo)熱油站高溫導(dǎo)熱油出油管道連接到現(xiàn)有燃油導(dǎo)熱油鍋爐的出口。新增的供回油管道和現(xiàn)有供回油管道通過閥門連接，在現(xiàn)有燃油導(dǎo)熱油爐進(jìn)出口增加閥門和旁通管道，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有燃油導(dǎo)熱油爐和煙氣余熱導(dǎo)熱油爐相互備用的目的。當(dāng)煙氣余熱導(dǎo)熱油爐工作時(shí)，關(guān)閉現(xiàn)有燃油加熱導(dǎo)熱油爐進(jìn)出口的閥門和已建回油管道總閥門，通過新增的導(dǎo)熱油循環(huán)油泵和現(xiàn)有導(dǎo)熱油循環(huán)油泵向用戶供油

2.2 余熱導(dǎo)熱油控制系統(tǒng)

余熱鍋爐系統(tǒng)由PLC控制柜，引風(fēng)機(jī)變頻柜，循環(huán)泵柜，熱工儀表等主要設(shè)備構(gòu)成。

循環(huán)泵控制柜放在油泵控制室，依據(jù)指令啟停循環(huán)油泵和升液泵。PLC控制柜和引風(fēng)機(jī)變頻柜放在鍛燒車間，依據(jù)主站指令控制引風(fēng)機(jī)啟停、轉(zhuǎn)速、現(xiàn)場(chǎng)按鈕箱、注油泵、電動(dòng)門，對(duì)導(dǎo)熱爐的進(jìn)出口煙氣溫度、進(jìn)出口煙氣負(fù)壓和導(dǎo)熱油進(jìn)出口壓力、進(jìn)出口溫度進(jìn)行檢測(cè)。引風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速對(duì)余熱爐出口油溫自動(dòng)控制

調(diào)節(jié)。

PLC控制柜設(shè)成煅燒車間主控室，配置工控機(jī)操作臺(tái)、顯示器、UPS、PLC的CPU通信接口模塊、模擬量輸入輸出模塊、開關(guān)量輸入輸出模塊，引風(fēng)機(jī)控制模塊、電動(dòng)門控制模塊，采集導(dǎo)熱爐的進(jìn)出口煙氣溫度、進(jìn)出口煙氣負(fù)壓和導(dǎo)熱油進(jìn)出口壓力、進(jìn)出口溫度。控制引風(fēng)機(jī)變頻器的輸出頻率及反饋的轉(zhuǎn)速和故障報(bào)警信號(hào)、電流信號(hào)，電動(dòng)門的開啟關(guān)閉操作。每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、過載信號(hào)、啟停狀態(tài)、電動(dòng)門開關(guān)狀態(tài)、壓力、溫度、報(bào)警信號(hào)等都能在主站操作監(jiān)視。

引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號(hào)由PLC控制器根據(jù)余熱爐出口油溫的高低自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)油溫高于設(shè)定值時(shí)，引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，當(dāng)油溫低于設(shè)定值時(shí)，轉(zhuǎn)速自動(dòng)上升，通過調(diào)節(jié)PID參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到快速性、穩(wěn)定性相統(tǒng)一。引風(fēng)機(jī)變頻柜同樣具有手動(dòng)操作功能，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打到手動(dòng)時(shí)，有手動(dòng)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，方便用戶檢修和操作，同時(shí)如控制器出現(xiàn)故障亦可使用手動(dòng)操作作為后備。

整套系統(tǒng)的控制釆用自動(dòng)和手動(dòng)二種方式，當(dāng)在機(jī)旁操作時(shí)，將手/自動(dòng)開關(guān)轉(zhuǎn)換至手動(dòng)，當(dāng)試車完畢后，將手/自動(dòng)開關(guān)轉(zhuǎn)換至自動(dòng)狀態(tài)，操作人員在控制室對(duì)設(shè)備進(jìn)行集中操作。

引風(fēng)機(jī)變頻器根據(jù)設(shè)定導(dǎo)熱油出口溫度值與實(shí)際測(cè)量值比較，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，來控制導(dǎo)熱油溫度。

導(dǎo)熱油溫度高于設(shè)定值，通過變頻器減少引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以減少煙氣的流入量。反之，如果導(dǎo)熱油溫度低于設(shè)定值，變頻器增加引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以增加煙氣的流入量。

計(jì)算機(jī)對(duì)每個(gè)流程都有檢測(cè)，當(dāng)某個(gè)流程參數(shù)高于或低于工藝的正常值時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，使操作人員依據(jù)工況調(diào)整工藝參數(shù)。

3 結(jié)語

通過回轉(zhuǎn)窯煙氣余熱回收利用，可以節(jié)約了能源，還可以減少溫室氣體CO2、SO2等有害氣體的排放量，保護(hù)了環(huán)境。同時(shí)優(yōu)化崗位結(jié)構(gòu)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分明顯。

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