一种沸腾焙烧炉余热回收方法

徐晓伟

（山东恒邦冶炼股份有限公司，山东 烟台 264100）

1 背景技术

沸腾焙烧炉是用固体流态化技术焙烧硫化矿物的装置，主要用于硫铁矿、锌精矿、含硫金精矿等含金物料的焙烧脱硫。焙烧过程有大量反应热放出，产生含有二氧化硫的气体用于制造硫酸，焙烧渣则用作冶金原料。沸腾焙烧炉因处理含硫物料的种类及方式的不同，烟气工况也有很大不同，一般的处理干燥含硫物料的焙烧炉烟气出口处温度约 800-950℃，为保证焙烧的热平衡，炉内设置冷却管束移除反应热并副产蒸汽，高温的焙烧烟气则利用余热锅炉进一步降低温度并回收热量，烟气温度降低至约350℃，满足后续除尘等工序工况需求。

因此目前此部分高温烟气目前均采用表面冷却器将热量散失到空气中，烟气温度降低至约 350℃，以满足后续除尘等工序的工况要求。如此多的烟气热量全部散失到大气中，造成能源的极大浪费。针对以上现状，开发研制一种高水分含硫物料的沸腾焙烧炉焙烧烟气的热量回收系统及其使用方法有非常重要的现实价值和意义。

2 节能分析

我们针对焙烧工艺处理含水分很高的含硫矿物的料浆，一般料浆水分高达 20 ～ 30%，且焙烧炉出口的烟气温度也较低，一般为 550-650℃，烟气中的水分一般为 20 ～ 30%烟气成分见表 1。

表1 沸腾炉烟气组成表

2.1 计算过程

从表1可以看出，烟气量 ：25189Nm3/h，原装置是将烟气从进烟温度 520℃通过表冷器降到 350℃后进入旋风除尘器，这部分能量全部损失到大气中。下面我们根据表 1中烟气中各成分含量计算出这部分热能。

（1）烟气余热量计算

根据表2烟气焓值计算公式可计算得到进烟温度520℃及设计排烟温度350℃情况下，烟气的焓值,根据烟气量及焓值变化，计算可得：烟气余热量为 25189×（181.6-118.4）=159.20万 kcal/h。将这部分能量进行余热回收，设计余热回收器效率按照 90%计算，则可回收利用余热量为 ：159.20×0.9=143.28万kcal/h。日节能量为：159.20×24=3820 万 kcal/d ，折合标准煤5.46吨/天

（2）余热回收产饱和水蒸汽

我们将上面吸收的能量用于产生 0.6MPa饱和水蒸气则经查水及饱和水蒸气焓值表可知：常温20℃水焓值：20kcal/kg。0.6MPa饱 和 水 蒸 气 焓 值 ：661kcal/kg。则，将1kg20℃水升温变成0.6MPa 饱和水蒸气焓值变化：641kcal/kg 将可回收利用余热用于产 0.6MPa饱和水蒸气，其产量为：1432800÷641÷1000=2.24t/h， 日 产 量 为 ：2.24×24=53.76t/d。以160元/吨蒸汽价格，一年按 330 天计算，年节能效益 ：53.76×330×160=283.9 万元。

3 设计方案

根据沸腾炉焙烧炉烟气余热量大、含硫氧化合物和水分较高、腐蚀性强以及烟气粉尘含量较大的特征，设计解决见《图一焙烧炉改造示意图》。

图1 焙烧炉改造示意

3.1 热管式蒸汽发生器①——产饱和蒸汽

为更充分地回收沸腾炉排烟烟气热量，降低热损失，我们将原装置的表冷器拆除，在排烟烟道上串联安装两台热管式蒸汽发生器用于余热回收。

两台热管式蒸汽发生器均设计为普通热管与ND钢热管复合模式，其中普通热管壁厚增加 ；热管采用光管形式，设计长度较翅片管增加 70%。蒸汽发生器设计功率合计 2218kW，高温烟气经余热回收后降低排烟温度至 350℃，可产 0.6MPa（表压）饱和蒸汽。

3.2 预热空气系统——防露点腐蚀

沸腾炉烟气成分中含硫氧化合物 10.53% 和水分 27.34%，露点温度高达 200℃以上，对设备腐蚀作用明显，特别考虑设备开车和停车过程，低温设备使高温烟气中水汽冷凝，发生设备腐蚀现象。蒸汽发生器主体采用耐腐蚀 ND 钢（耐硫酸低温露点腐蚀、耐氯离子腐蚀）材料，热管元件采用普通热管与 ND 钢热管复合模式，普通热管壁厚增加，延长热管寿命。此外，增加预热空气的预热器，能产生 400℃以上高温空气，进行热补偿防止开车、停车时高硫高水烟气的腐蚀。该预热器燃料可以采用柴油或天然气，若电价便宜，也可以采用电加热预热器，具体种类根据现场实际情况确定。

3.3 高频电磁清灰装置②——防积灰

沸腾炉烟气粉尘含量较大，采用翅片热管蒸汽发生器会导致设备积灰和系统阻力增大问题。针对该问题，蒸汽发生器的换热元件采用光管形式，减少烟气通过产生的系统阻力，同时为确保优良的换热效果，光管设计长度较翅片管增加 70%。

3.4 热能回收与自动控制的完美结合

当蒸汽发生器准备开车时，打开烟气阀1、空气阀1 和空气阀2，关闭烟气阀 2 和烟气阀 3，切断沸腾炉高温烟气进入蒸汽发生器，通过旁通烟道将高温烟气直接排走，预热器的高温 400度的空气通过鼓风机进入蒸汽发生器烟气腔，预热设备。待自动控制系统检测到设备预热高于露点温度 300 度，并且焙烧炉排除的烟气温度也高于 300 度，自动控制系统将关闭预热器，关闭烟气阀1和空气阀1和空气阀2，打开烟气阀 2 和烟气阀 3，沸腾焙烧炉进入正常烟气余热回收过程中。

在蒸汽发生器准备停车时，同样打开烟气阀 1、空气阀 1 和空气阀 2，关闭烟气阀 2 和烟气阀 3，切断沸腾炉高温烟气进入蒸汽发生器，通过旁通烟道将高温烟气直接排走，逐渐替换蒸汽发生器烟气腔内的高硫高水分烟气为无腐蚀性的热空气，避免停车过程中烟气降温腐蚀设备。待蒸汽发生器烟气腔内高硫高水分烟气排尽，即可关闭预热器。

4 结论

通过自动控制系统控制各个阀门的导通或关断，在沸腾焙烧炉运行之初和停车时将蒸汽发生器内温度保持在烟气的露点温度以上或置换出腐蚀性烟气，防止了烟气结露腐蚀设备。通过定期使用高频电磁清灰器清除热管上粘结的粉尘，保证了高效的换热效率。通过上述措施解决了露点腐蚀、粘结粉尘降低效率的缺点。保证沸腾培烧炉热回收系统安全、可靠稳定、长时间运行的特点，节能效益显著。

注释 ：热管式蒸汽发生器① ：是一种具有超高导热性能的新型传热元件。由钢、铜、铝管内灌充导热介质，抽成一定的真空后密封而成 ；管内的工作介质由多种无机活性金属及其化合物混合而成，具有超强的热活性和热敏感性，遇热而吸，遇冷而放。这种热超导工质在一定温度下被激活。并以分子震荡相变形式来传递热量，传热温度没有衰减只要有温差就能极快的速度传递热能。高频电磁清灰装置② ： 又名仓壁振动器。可用于各种振动机械，如给料机，小型输送机，振动筛，振动平台及仓壁振动等等场合，使用灵活方便。振动强度可用控制器随意调节 ,采用高频振动器的震动将热管蒸汽发生器的积灰震动下来，保证热管的最大换热效率。