热风炉废烟气余热高效利用探究

蔡万成

（山东省泰安市肥城市石横特钢集团有限公司，山东泰安 271612）

0 引言

目前阶段高炉冶炼使用焦碳的情况。目前，因为焦碳的生产工艺以及焦碳的资源不足等相关问题，供给到炼铁冶炼的焦碳大多数水分比较高。我国的南方地区雨季相对较多，且所需焦碳大部分都是从北方运送过来，运输的路程较长，当进入到雨季之后，焦碳的质量会受到影响，水分的含量升高的很快，会给高炉冶炼的生产带来十分严重的影响。当遇到类似的情况，较为常规的做法一般是运用先守后攻的办法及思路，当遇到雨季的时候就多加焦碳退负荷，通过焦碳比例的上升，产量的下降作为代价来保障高炉的稳定性,据有关部门的统计，当焦碳的水分每增多1%，焦碳的比例就会同比上升大约1.5%。因此这种做法会导致高炉冶炼的成本提高,造成资源的浪费。

通过热风炉废烟气的余热进行烘烤焦碳的目的和方法。某地炼铁厂位于南方地区，每当进入到雨季的时候，焦碳的含水量就变得非常高，这会对高炉的稳定运行造成很大的负面影响。所以如何降低焦碳中水分的含量已经成了急需解决的问题。一般情况下，热风炉所形成的废烟气温度最高能够达到约400℃，并且流量约50 000 m3/h，平时都是处理后排放到大气中，假如能够把这些废烟气的余热适当利用，并通过预热来烘烤焦碳，这种做法不仅节约了能源，而且也提升了相应焦碳入炉的质量。通过专业人员的计算，热风炉废烟气所形成的热量能够把焦碳内的水分减少5%。因此，提出一个改进的方案，可以通过风机把热风炉的废烟气抽吸到焦仓，再运用热风炉内废烟气的余热对焦碳进行烘烤，来减少焦碳中的水分的含量，将废烟气再利用,达到节能降耗的效果。

1 工艺流程的设计

在热风炉的排烟道管路上开孔并引出一根约DN500的支路管，利用引风机将温度约400℃的废烟气不间断地抽吸到焦仓的底部，废气余热对焦仓底部的焦碳进行相应的烘烤；在高炉上料的过程中，在底部通过余热烤干的部分焦碳经过筛分设备、皮带机装置、料车等相关送料设备输送到高炉，焦碳仓的上部水分含量较高的焦碳由于重力的作用落到焦仓的底部，进而继续被废烟气进行烘烤，最后完成一个整体的工艺流程。

2 机械以及电器设备的选型和设计

2.1 风机的选型及相应的技术参数

2.1.1 选用引风机所需要风量的计算

废烟气烘烤焦碳需要的热量Q是因为引风机的风量带来的，所以可以依据烘烤焦碳需要的热量来计算引风机的风量。根据公式，每个小时的风机可以提供介质的体积为：M=Q/C（T1-T2）=6750×103/1.482/（200-70）=3.5×104m3（经现场的调研和查询资料，得出进入到焦仓烟气的温度时200℃，从焦仓出来烟气的温度是70℃，已知烟气的比热是1.482 kJ/m3℃，吸收的总热量Q为6750×103kJ），所以只需要选用引风机的流量需要大于3.5×104m3/h就可以满足该系统工艺的相关要求。

2.1.2 风机的主要技术参数

根据参考厂家的产品资料样本和目前焦碳烘烤所需要的风量数值能够对风机进行选型，经过查询样本资料选择引风机的主要参数：风机功率约30 kW，风量约35 000～44 000 m3/h。

2.2 阀门的设计以及选型

阀门如何进行选择一般是根据现场烟气输送管道的大小、烟气的温度范围、工艺操作的实际需要以及阀门使用的经济性等相关指标来进行考虑的。烟气管道直径是526 mm，烟气的温度大于230℃、小于380℃，所以主管路上的阀门选择DN500的手动硬密封系列蝶阀，该蝶阀适合温度的范围为小于450℃[5]，并在主管路的一些位置增加了排污控制阀及冷风控制阀。

2.3 电器、仪表等相关电气设备的选择

根据上述可知风机的电机功率为30 kW，当该风机的额定电流是53 A的时候，按照相关配电系统的要求进行计算，电器设备及材料的选型如下。

2.3.1 主电缆

主电缆一般是电机所需额定电流的2～2.5倍，可以得出主电缆的电流是106～132.5 A，根据电缆相关的流量表选型，最后选择四芯、16～25 mm2范围的电缆。

2.3.2 断路器

断路器应该比额定的电流大一个相对的等级，因此选择电流63 A，并且整定的电流大小为10倍的四级开关。

2.3.3 交流接触器

交流接触器应比额定的电流大一个相对的等级，即63 A。

2.3.4 过热保护

根据样本资料，选择保护器的电流应是电机额定电流的1.05倍，故选择保护电流是55.65 A的过载保护器。

3 设备的安装和调试

3.1 引风机的安装及调试

3.1.1 引风机的安装位置的选择

一般烟气烘烤系统的热风炉到槽下的焦仓管道的长度约是160 m，烟气的温度最高可达到接近400℃，如果将风机的安装位置设在热风炉附近（废烟气烘烤管道的系统前端），为了确保引风机能够在正常的工作温度范围内运行，冷风口必须开在风机的前端，但这种做法会让所有风量通过相应管路的阻力增大，并且也会加大风压以及动能的损失，管道的热量损失也会比较大。如果将风机的安装位置设在槽下部分(也就是烟气烘烤管道的系统后端)，冷风口就可以在槽下的管道进行开孔，相应的阻力会较小，并且能够充分的利用引风机耐温的能力。经过分析，引风机安装在槽下位置更加合理。

3.1.2 引风机的安装及调试要求

3.1.2.1 安装要求

（1）按照图纸所标的位置和尺寸进行相应的安装，为了保证风机的效率，要特别注意确保风机进风口和叶轮之间的间隙尺寸。

（2）确保主轴水平的安装位置，并根据要求测量风机主轴和电机轴的同心度的情况及联轴器端面的平行度的情况，并现场根据要求进行调整。

（3）在安装调节门的过程中，一定要注意不可安装错误,要始终保证风机的进气方向与叶轮的方向是一致的。

（4）风机安装以后，扳动转子检查转子转动是否灵活，是否与其他的固定部位有碰撞现象。

（5）在安装风机的进口及出口管道时要注意重量不要加在机壳上。

（6）要检查机壳及其内部是否有遗忘的工具及杂物。

（7）风机全部安装好后，经检查符合要求，才能进行试车和调试。

3.1.2.2 系统调试

仔细检查引风机的油位和风机内的冷却水是否符合要求，把风门调到最小的位置，然后启动风机，并慢慢的加大风门，在运转的过程中，主要需检查风机的旋转方向，轴承相关部位的温度升高情况，风机的振动情况，同时要检查风机是否有异常的响声，假如以上的参数都符合要求，风机就可以进入联动的试车状态。

3.2 阀门的设计固定位置及相关作用

运用热风炉的废烟气对焦碳内部的水分进行烘烤，一般整个系统内温度的控制主要是通过不同阀门的相互转换来实现的，根据设计图纸和现场实际需求来确定其具体位置。在型号DN500的支管的前部安装一个DN500的手动控制蝶阀，该蝶阀主要功能是用来切换废烟气。在烟气管路的首个弯头处加装一个型号DN100的蝶阀进行排污。在引风机的前部安装一个型号DN400手动控制碟阀以及一个型号DN500的手动控制碟阀，这两个蝶阀可以分别用来调整加入冷风的流量以及废烟气的流量。通常在引风机的出口处，烟气管道的最末端安装两个控制的阀门，这两个阀门主要的作用是隔断进入到焦碳仓的烟气，以便后续对焦碳仓的检查。

4 项目主要特点

（1）通过热风炉废烟气的利用及相关工艺流程使得余热得到充分使用，不仅可以变废成宝，而且大大地提高了环保的质量和效果。

（2）由于焦碳的含水量减少了5%以上，提升了进入炉内焦碳的整体质量。

（3）降低了焦碳的比例，例如已经采用烟气烘烤方案的热风炉，比之前没有进行烘烤的热风炉在焦比方面下降了很多。相应冶炼产品的优秀率也有所上升，高炉平均每月的焦炭的使用量也有明显的降低。

5 结语

热风炉废烟气的再利用过程比较理想。它不仅有利于减少焦碳增加钢铁等相关产量，而且也节能环保、减少了大量的污染，有益于生态环境的保护。同时该项目也积极响应了目前钢铁产业节能减排的相关政策的要求，十分有利于深入钢铁行业内部节能环保等先进技术的应用及推广，对相关企业在节能环保等方面的技术创新及发展有着积极的促进作用。