鄭州中威環(huán)保設(shè)備有限公司

廢氣余熱在石灰窯的生產(chǎn)工藝過程中由于受到技術(shù)的限制，一直無法做到回收利用，是一項重要的熱能損失，是造成石灰窯熱耗高的重要因素之一，怎樣做到將此熱能回收再利用是決定煅燒行業(yè)能否低碳、效率高的運行，本文要點對此部分熱能的回收再利用方式進行了探索，并對套筒窯尾氣余熱烘干炭材進行了介紹。

　　隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，能源消耗高的問題日益突出，尤其是高耗能行業(yè)，一方面在國家的經(jīng)濟發(fā)展過程中占有舉足輕重的地位，另一方面其能源消耗高的行業(yè)特征已經(jīng)對自然環(huán)境良性循環(huán)構(gòu)成了嚴重的威脅；在國家的十二五發(fā)展規(guī)劃中，已經(jīng)把保護環(huán)境的問題放在了發(fā)展的首要問題，因此節(jié)能降耗將是每一個企業(yè)面臨的必然選擇，作為高耗能行業(yè)的電石以及配套的石灰窯行業(yè)首當其沖要非常大限度的考慮能源的節(jié)約，作為煅燒行業(yè)的套筒石灰窯在長期生產(chǎn)中，將尾氣做了簡單的處理后直接排放，這部分溫度在350℃-400℃的尾氣不但沒有回收利用，而且直接排放對環(huán)境也存在一定的污染，雖然套筒石灰窯在工藝方面有了很大的提升，但能源浪費現(xiàn)象仍然十分突出，因此怎樣探索出一條套筒石灰窯余熱尾氣回收利用的途徑，對石灰窯自身以及下游的相關(guān)行業(yè)都有非常積較的作用。

一、套筒石灰窯余熱尾氣的產(chǎn)生

　　電石是重要的工業(yè)原料，可以取代石油用于生產(chǎn)聚氯乙烯，隨著全部市場石油價格不斷攀升和國內(nèi)市場對聚氯乙烯需求快速增長的影響，近年來我國電石行業(yè)快速擴張。密閉電石爐改變了電石生產(chǎn)的高污染高排放的格局，成為電石生產(chǎn)的主要爐型，其尾氣的回收利用主要是作為燃料用于煅燒石灰。由于電石爐尾氣的特性和密閉電石爐對石灰的較高要求，環(huán)形套筒石灰窯成為利用密閉電石爐尾氣煅燒高品質(zhì)活性生石灰生產(chǎn)的優(yōu)選窯型，且得到了廣泛的推廣和應用。

　　環(huán)形套筒豎窯是由窯體鋼外殼及耐火內(nèi)襯和與其同心布置的上、下內(nèi)套筒組成。豎窯設(shè)有上、下兩層燃燒室，均勻錯開布置，燃燒室內(nèi)有耐火內(nèi)襯，并通過用耐火材料砌筑的拱橋與內(nèi)套筒相聯(lián)。環(huán)形套筒豎窯煅燒所用的熱量由燒嘴(1384規(guī)格7223)提供，燃料經(jīng)燒嘴噴射進入燃燒室，燃燒產(chǎn)生的高溫氣體經(jīng)過拱橋下部形成的空間進入料層，為窯內(nèi)的煅燒提供熱量。上、下兩層燃燒室將窯內(nèi)分為上部逆流煅燒帶、中部逆流煅燒帶和下部并流煅燒帶。

　　在上部煅燒帶完全燃燒后的煙氣在廢氣引風機的作用下繼續(xù)向上流動，在窯頂氣量調(diào)節(jié)閥的分配下，約70%的煙氣進入上內(nèi)套筒與窯殼之間的預熱帶，經(jīng)過環(huán)形料層到達窯頂，并由窯頂廢氣管道進入廢氣引風機。另外30%的煙氣則經(jīng)上內(nèi)套筒內(nèi)部由管道進入換熱器，換熱后溫度降至350℃左右再進入廢氣管道。窯內(nèi)所有廢氣都由廢氣引風機抽出，進入廢氣引風機的廢氣溫度一般在180-250℃左右，然后經(jīng)袋式除塵器除塵達到國家廢氣排放標準后，由煙囪排入大氣。

二、套筒窯尾氣的主要技術(shù)指標

1.套筒窯主要余熱氣源及指標分析

　　單座600TPD套筒窯窯本體排放熱氣體源主要部位及指標如表1所示，上內(nèi)筒冷卻空氣溫度較低且主要為空氣成分，無有毒有害氣體成分，加之流量較少沒有回收利用價值；下內(nèi)同冷卻空氣約70%作為上下燃燒室助燃空氣參與燃燒，只有30%左右對空排放；窯頂廢氣占套筒窯總廢氣量約70%，在預熱帶通過與新入窯石灰石進行熱交換后將自身溫度降至150℃左右，但由工藝操作的需求和窯況調(diào)節(jié)帶來的變化，其溫度變化非常大，難以滿足烘干炭材的工藝條件；由此可見，通過對可回收性和溫度等技術(shù)參數(shù)的對比，由空氣換熱器后采出的廢氣符合后續(xù)生產(chǎn)和余熱利用的要求，且可以通過調(diào)節(jié)換熱器出口閥門實現(xiàn)對其溫度和流量的控制。

2.套筒窯尾氣的主要成分

　　600TPD環(huán)形套筒主體采用電石爐尾氣為燃料，引出的煙氣量約占整個窯煙氣量的1/3，為燃氣燃燒后的煙氣與石灰石分解產(chǎn)生CO2的混合氣體，4座600TPD環(huán)形套筒窯空氣換熱器后產(chǎn)生的350℃～400℃熱氣68000Nm3/h，熱值為38427MJ/h，合標準煤1224kg/h，其成分特征如表2。

套筒石灰窯尾氣主要組分:

3.套筒窯的熱平衡及配套項目技術(shù)指標

　　年80萬噸的4座日產(chǎn)600噸套筒石灰窯，其套筒窯尾氣余熱烘干工序的熱平衡設(shè)計如表3所示；炭材烘干項目主要經(jīng)濟技術(shù)指標見表4。

34座600TPD套筒石灰窯熱平衡:

　　注：流量及熱量按4座600TPD引出煙氣的總量計算

三、余熱尾氣利用方案及工藝流程

　　高溫煙氣從換熱器廢氣出口箱引出，通往炭材烘干工序管道側(cè)，安裝一臺電動切斷閥，通往套筒窯廢氣匯總管側(cè)的旁通管也安裝一臺電動切斷閥。當炭材烘干工序不需要高溫煙氣時，通往炭材烘干工序管道上的電動切斷閥關(guān)閉，該部分氣體按原工藝進入套筒窯的廢氣匯總管。當炭材烘干工序需要高溫煙氣時，通往套筒窯廢氣匯總管的電動切斷閥關(guān)閉，通往炭材烘干工序管道上的電動切斷閥打開，煙氣由高溫引風機輸送至炭材烘干工序。

炭材烘干項目主要經(jīng)濟技術(shù)指標:

　　由于高溫煙氣中的含塵量較高（7～10g/Nm3），因此在每座窯煙氣管道進高溫引風機前，各設(shè)置1臺效率高旋風除塵器，其灰斗下部分別設(shè)置1臺星型卸灰閥。4臺效率高旋風除塵器的輸灰合用1條MS250埋刮板輸送機，每臺效率高旋風除塵器灰斗內(nèi)的粉灰通過各自的星型卸灰閥進入該埋刮板輸送機，并輸送至1臺TB250板鏈式提升機，將粉灰送至1臺灰倉內(nèi)。

　　旋風除塵器的除塵效率為60%左右，按此效率計算，每天約有9噸左右的粉灰被較終收集在灰倉內(nèi)�；覀}的儲量為25噸，滿足每2.5一次的排灰制度。在灰斗下設(shè)置1臺SZ-D150粉料散裝機，其底部滿足罐車裝運的高度要求。

　　經(jīng)旋風除塵器降塵后的廢氣由4臺高溫引風機牽引后，匯總到一根總管送至炭材烘干爐前。需供給高溫煙氣的炭材烘干爐共5臺，每個炭材烘干爐設(shè)置2個對稱的煙氣入口，因此共需設(shè)置5個三通管（1通為褲衩總管，另2通為對稱布置的三通支管）。在每個總管上，均設(shè)置有質(zhì)量流量計、電動調(diào)節(jié)蝶閥、智能型壓力計、硬密封手動蝶閥、測溫電阻各1套（件），用于檢測進入每臺炭材烘干爐煙氣的流量、壓力及溫度，并可自動調(diào)節(jié)其進入的流量，工藝流程如圖1所示。 　　為了使套筒窯的操作不受影響，必須根據(jù)窯況對送至炭材烘干工序的煙氣量進行調(diào)節(jié)，因此高溫引風機必須是變頻調(diào)速，并且其運行狀況由套筒窯區(qū)域的PLC統(tǒng)一控制。同時在各個高溫風機出口管上設(shè)置手動切斷閥蝶閥，用于防止單座窯的高溫風機停止運轉(zhuǎn)時，總管上的氣體倒灌至風機。

四、套筒窯尾氣余熱烘干炭材工藝應用及經(jīng)濟效益

1.套筒窯尾氣余熱烘干炭材工藝應用

　　本園區(qū)年產(chǎn)23萬噸乙炔、80萬噸電石、80萬噸石灰項目，其中建設(shè)4座600TPD套筒石灰窯，于2011年3月16日開工建設(shè)，2013年6月一體竣工，其中1#窯已經(jīng)順利投產(chǎn)，根據(jù)尾氣溫度及流量監(jiān)測，滿足后序系統(tǒng)使用要求。與其配備的尾氣烘干蘭炭項目2012年8月簽訂合同，9月3日開工建設(shè)，目前已一體竣工，進入調(diào)試階段。

2.經(jīng)濟效益計算

2.1成本節(jié)約

　　利用4×600TPD環(huán)形套筒窯煙氣烘干炭材項目，每年節(jié)約能源折合標準煤10402噸，建設(shè)地標準煤按500元/噸計算，則年節(jié)約購煤費用為520.10萬元。

2.2成本支出

　　新增煙氣烘干炭材項目，主要的費用支出為電力消耗，每年需多消耗3.802×10^6 kW*h電力，折合標準煤1536t/a，建設(shè)地標準煤按500元/噸計算，則因電力消耗每年需增加購煤費用為76.8萬元。

　　煙氣烘干炭材項目需新增系統(tǒng)定員4人，按5萬/人*年的工資計算，則每年需支出的人力成本為20萬。

2.3成本結(jié)余

　　根據(jù)上述數(shù)據(jù)，可計算出新增煙氣烘干炭材項目，總體可減少423.3萬元運行成本。

五、結(jié)論

　　此項目的實施不但完全符合國家的相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，而且滿足園區(qū)的相關(guān)要求；實施后不但每年能節(jié)約直接費用443.3萬元，并且每年可節(jié)約爐氣57000噸，這部分爐氣可用于園區(qū)其它項目生產(chǎn)之需要，每年可產(chǎn)生更加客觀的經(jīng)濟效益。

　　從環(huán)保方面分析，炭材烘干需要燃燒大量的煤炭或電石爐氣資源，并在生產(chǎn)過程中排放大量的CO2氣體。采用套筒窯煙氣余熱烘干炭材實施后，可以減少相應的煤炭或電石爐氣的消耗，按每小時節(jié)約1244kg標準煤計算，每年可減少CO₂排放量約2.58萬噸。因此環(huán)形套筒窯煙氣余熱用于烘干炭材工藝的社會環(huán)保效益十分明顯。