空气、煤气双预热技术在气烧石灰窑的应用.doc
空气、煤气双预热技术在气烧石灰窑的应用 （济南鲍德炉料有限公司，山东 济南 250101） 摘 要根据气烧石灰窑的工艺特点，研制出了适用的空气换热器和煤气换热器，利用高温烟气对入 炉空气和煤气进行预热、同时对高温烟气进行冷却的气气换热技术。实际测试表明，烟气温度由换热前的412℃降为换热后的181℃，烟气余热51.43被空气和煤气吸收，有效提高了气烧石灰窑的能源利用率，每座石灰窑每年节省的煤气价值达35.73万元。 关键词气烧石灰窑；烟气余热；双预热技术；换热器 1 前 言 济南钢铁集团总公司（简称济钢）的4座气烧石灰窑主要燃料是高炉煤气。由于高炉煤气的热值低，为了保证窑内有足够的焙烧温度，不得不靠增加煤气的供应总量来保证有效可燃气体的供给量。由于入炉的低温气体量增多，降低了炉温；同时由于入炉煤气总量增多，导致燃烧后废气量增加，加上石灰焙烧过程中CaCO3受热分解后产生大量的CO2气体，烟气总量大约在17000～22000m3/h，而其温度一般在350～550℃，最高可达600℃以上。大量的高温烟气外排造成热能浪费。整个系统的热效率降低，能耗增高，产量下降。为此，探索了空气、煤气双预热技术，即利用高温烟气对入炉的空气和煤气进行预热同时对高温烟气进行冷却的气气换热技术,回收烟气余热，提高系统热效率，达到节能降耗及保护环境的目的。 2 热交换系统的设计 2.1 系统组成方案的设计 石灰窑空气、煤气双预热系统由旋风除尘器、换热器、带式除尘器等设备组成，其工作流程如图1所示。在这个系统中，空气换热器与煤气换热器采用串联方式布置。烟气经过旋风除尘器初步净化后进入空气换热器换热，再进入煤气换热器。空气换热器采用的是U形管式换热器，煤气换热器采用的是重力式钢水热管换热器。一般情况下，U形管式换热器从换热方式上来说属于光管式换热器，换热效率不如热管式换热器高。采用这种换热器，一是因为第一级换热器中烟气温度最高时可能超过500℃，不宜使用热管换热器。目前国内尚没有一种成熟而经济的方法制造的热管能在350℃以上正常使用不发生爆裂。由于在高温区发生热交换的气体之间温差较大，即使不使用热管换热也足以使被加热的气体温度升高到200℃以上。经过第一级换热烟气温度降至350℃以下，第二级换热器采用热管换热以提高热交换的效率，同时避免煤气中的沉淀物堵塞管路。另外煤气属易燃易爆气体，在温度达到250℃以上时有可能发生危险，一般应控制在200℃以下，所以在低温区预热比较合理。烟气经过空气换热器换热后，温度可降至300℃左右，然后在煤气换热器中与煤气进行热交换，将煤气预热到大约150～200℃，同时烟气被冷却至170～180℃，经袋式除尘器净化后排放。 图1系统工作流程 2.2 换热器的工艺特点及设计要点 气烧石灰窑烟气换热器的工艺特点是由烟气的性质所决定的。气烧石灰窑烟气有下列特征 （1）烟气量、温度波动范围比较大； （2）烟气含尘浓度高（约6g/m3）； （3）烟气中含水量约6，凝结后与烟气中的石灰发生反应容易产生板结。 根据烟气的特点，设计空气、煤气换热器时应注意以下几点 （1）在保证换热效率的前提下，有适应烟气量和烟气温度波动幅度较大这一特点的保障措施； （2）烟气含尘量较大，在设计中应对烟气流速给予足够的重视，以防止管壁挂灰影响换热效果； （3）在结构上要考虑清灰及排水、排污的装置。 2.3 空气换热器的结构设计 在空气换热器的结构设计中确定了以下目标 （1）尽量减少管束的水平部分，以减少挂灰对热交换的影响； （2）给管束留有伸缩的余地，以消除温度变化使构件产生的应力； （3）烟气换热室设置集灰、放灰装置； （4）设置清灰装置。 按上述要求设计了U形管式换热器结构见图2。空气从空气进口进入换热器，在U形管中与烟气换热，经过预热的空气从空气出口流出换热器。因为U形管的大部分处于垂直状态，所以挂灰相对较少，换热效率较高。U形管只有两个端口部位与换热器箱体焊接，底部没有约束可以自由伸缩，当温度变化引起U形管伸缩时不会产生应力。由于空气在由鼓风机吸入时已经过滤，含水量也非常少，不会在U形管底部形成淤积堵塞管道。在换热器底部设有集灰斗和放灰装置。在换热器内设有高效声波清灰器。 图2 空气换热器结构 2.4 煤气换热器的结构设计 煤气换热器的结构如图3所示。该换热器是热管换热器。重力式钢水热管的中部与换热器箱体的隔离板焊接在一起，两端呈自由状态，在温度变化引起热管伸缩时不会产生应力。热管全部采取立式安装，不易挂灰。该除尘器也设有集灰斗、放灰装置和声波清灰器。 图3煤气换热器结构 3 系统热交换性能的测试和计算 系统于1999年9月投入运行，2002年10月20日对1石灰窑的换热系统进行了采样计算。温度采样点分别是烟气进空气换热器前，烟气出煤气换热器后，空气出换热器后，煤气出换热器后。流量采样点为煤气流量孔板及空气流量孔板。温度传感器采用W2P-220 Pt100型热电阻，流量测量元件为标准流量孔板和1151DP3E型变送器。所有温度和流量数值由一台DX220型智能仪表集中显示。 采样周期为10min，连续采样180min，共采集18组数据，经计算后得到各参数的平均值见表1。 表1 换热前后各温度参数的对比 项 目 烟气温度/℃ 空气 煤气 温度/℃ 流量/m3.h-1 温度/℃ 流量/m3.h-1 换热前 412 常温 4970 常温 8989 换热后 181 196 160 假设空气、煤气换热前为20℃根据除尘风机的引风能力，估算烟气流量约为20000m3/h。由表1数据计算出空气、煤气吸收的热量和烟气释放的热量分别为空气吸收热量1163377kJ/h；煤气吸收热量1684648kJ/h；烟气释放热量5538000kJ/h。由以上结果可知 1烟气在换热器中所释放的热量有51.43被空气和煤气吸收； 2空气和煤气每小时共接收热量2848025kJ，大约相当于802m3高炉煤气完全燃烧后所产生的热量； 3按每年生产330天，煤气的热值利用率为80计算，每座石灰窑每年节省煤气7939800m3。每立方米高炉煤气价格为0.045元，每座石灰窑每年节省的煤气价值达35.73万元。 4 结 语 针对气烧石灰窑的工艺特点研制开发的空气、煤气换热器克服了气烧石灰窑的特殊工况对换热器性能的不利影响。空气、煤气双预热系统的合理配置提高了系统运行的安全性和热能利用效率，降低了排放烟气的温度，实现了节能降耗和保护环境的目的。
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