碳素煅烧炉余热的综合利用实例

煅烧炉余热的综合利用

目前，河北省马头铝业集团公司有2台6层火道12室全封闭自动排料顺流式煅烧炉。2

年来，一方面煅烧炉产生大量热能、烟气不加利用地排放到大气中，造成污染；另一方面，总公司生产、动力、取暖又需要大量热能，因此，决定引进化工部第一设计院设计的高效有机热载体加热炉，利用煅烧炉烟气余热作为该加热炉的热源，综合利用能源，减少环境污染，提高经济效益。

1 理论计算

1.1 公司生产及生活所需热量计算 （1）沥青熔化所需热量〔1〕

Q 熔=G沥〔C p 固（t 1－t 0）＋C p 液（t 2－t 1）〕／T

=14000×〔1.34×（95－0）＋1.67×（195－95）〕／=171675kJ／h

式中：

Q 熔—沥青熔化所需热量，kJ ／h ； G 沥—每天所需熔化沥青的质量，kg ； C p 固—固体沥青比热容，kJ ／（kg 〃℃）； C p 液—液体沥青比热容，kJ ／（kg 〃℃）； t 1—沥青熔化时温度，℃； t 0—冬季沥青常温，℃； t 2—液体沥青应达到温度，℃； T —沥青熔化时间，h 。

（2）沥青排除水分的蒸发热

Q 蒸=〔G 水C 水（100－t 0）＋G 水C 蒸〕／T

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=〔14000×5％×1.0×100＋14000×5％×539〕／1 =447300kJ／h

式中：

Q 蒸—排除水分蒸发热，kJ ／h ； G 水—沥青内水分的质量，kg ； C 水—水的比热容，kJ ／（kg 〃℃）； t 0—冬季沥青常温，℃； C 蒸—水的蒸发热，kJ ／kg ； T —脱水时间，h 。

（3） 混捏糊料所需热量

制糊车间有两台混捏锅，每小时生产两锅糊料，每锅糊料重1600kg ，配比如下：

煅后石油焦（73±2）％、沥青（27±2）％；

煅后焦质量G 1=1600×73％=1168kg、沥青质量G 2=1600×27％=432kg。 2台混捏锅每小时糊料消耗的热量：

Q 糊=2〔G 1C 焦（t 3－t 0）〕

=2×〔1168×3.09×（150－0）〕 =1082736kJ／h 式中：

C 焦—煅后焦平均比热容，kJ ／(kg〃℃) ； t 3—混捏时糊料温度，℃； t 0—冬季常温，℃。

（4）采暖用油需热量

Q 暖=G载C 油×(t5- t4)

=10000×4.18×0.85×（80-60） =710600Kj/h

式中：

G 载—导热载体质量，kg ； C 油—导热载体比热容，0.85 C水； t 4—导热油回口温度，℃； t 5—导热油出口温度，℃。

（5）散热损失

(a)沥青槽散热损失量

Q 散1 =n×A ×d ×(t6- t0)

=4×20×41.8×(60-0)

=200640KJ/h

式中：

n —沥青槽数；

A —外表散热面积，m 2，下同；

d —容器表面的散热系数，kJ ／（m 2〃℃〃h ），下同； t 6—容器表面温度，℃，下同； t 0—冬季温度，℃，下同。

(b)氧化分厂反应池散热损失量

Q 散2 = A×d ×(t6- t0)

=20×41.8×(60-0)

=40128KJ/h

(c)各种管道、混捏锅等散热损失

Q 散3=240000KJ/h（实践总结） Q 总散= Q散1+Q散2+Q散3=480768KJ/h

（6）共需要总热量

Q 总= Q熔+ Q蒸+ Q糊+ Q暖+ Q总散

=2893079 KJ/h

假若高效有机热载体炉热效率为65％〔2〕, 则

总÷65％=4.45×106kJ ／h 。

有机热载体炉热效率为65％〔2〕，参照山东华源锅炉有限公司数据。 1.2 热能的提供

我公司煅烧炉采用石油焦自身挥发分加热，每罐排料量60kg ／h ，共24罐，总排料量1440kg ／h ，投入产出率以75％计算，则需投入生料量1920kg ／h ，原料组分中水分8％，挥发分10％，碳烧损5％，其他2％，形成进入集中烟气道的烟气量为：

V 水蒸汽=1920×8％×22.4／18=191m3/h

V 挥发分=1920×10％×22.4／6.33×5.016=3411 m3/h V 炭烧损=（1920×5％×22.4／12）／21％=853 m3/h

式中：

6.33—挥发分平均相对分子质量；

5.016m 3/m3—单位体积挥发份完全燃烧生成烟气量； 21％—空气中氧气含量。

V 烟总=V水＋V 挥＋V 损=191＋3411＋853=4455m3／h 经分析烟气主要成分、比热容如表1所示[2]。

C p900=2.19×17.5％+1.7×10.6％+1.47×2.01％+1.38×69.8％

=1.58 KJ/(m3〃℃)

C p280=1.88×17.5％+1.55×10.6％+1.36×2.01％+1.31×69.8％

=1.44KJ/(m3〃℃)

Q 烟= V烟(t进C p900- t出C p280)

=4455×（900×1.58-280×1.44） =4.57×106KJ/h

式中：

Q 烟—烟气提供的热量，kJ ／h ； V 烟—烟气总体积，m 3；

t 进—有机热载体加热炉进口温度，℃； t 出—有机热载体加热炉出口温度，℃； c p900—烟气900℃平均比热容，kJ ／（m 3〃℃）； c p280—烟气在280℃平均比热容，kJ ／（m3〃℃）。

表1烟气主要成分

根据热平衡计算和生产实际情况，选用两台2.5GJ 高效有机热载体炉，既能满足总公司现实需要，又为将来其他供水等需要留有余地。

2 系统改造方案及实施过程

2.1改造方案

原排放系统不变，将原烟囱加高12m ，达40m ，在煅烧炉集中烟道的另一侧，预建一条引热烟道，串联有机热载体炉，为不影响煅烧炉的正常生产，采用不停炉热砌新工艺，用耐火弯头外接引热烟道闸板，直接导入有机热载体炉，整个对接工作仅需4h ；原生产管道、设备保留延用（包括炭素分厂、氧化分厂）；加装300m 采暖管道供办公楼采暖。

2.2改造后供热系统主要设备

1）2台高效有机热载体炉； 2）1台注油泵； 3）1台储油罐； 4）2台膨胀槽； 5）3台热油泵； 6）过滤器; 7）仪表； 8）阀门；

9）用热设备：4台沥青熔化池，1台沥青高位槽，2台混捏锅，氧化分厂4台反应池，采暖设备及输送管道。

2.3调试运行步骤

3 高效有机热载体炉使用效果

（1）节能增效：

高效有机热载体炉取代原2台2.5GJ 加热热油炉（另作扩产供热）作为供热热源，节省人员、物耗，节煤2000t ，减少向大气排放废气2000m 3，其中：50t SO 2，10t 烟尘，节省在岗人员50％，季节工25人/年。

（2）提高产品质量：

改造后，有机热载体出口温度控制在（200±5）℃，进口温度控制在（190±5）℃，沥青槽熔化温度为（190±5）℃，出糊温度为150～160℃，改善了熔化沥青的指标（见表2）。

表2改造前后熔化沥青指标对比

4 结语

高效有机热载体炉利用煅烧炉余热可行，可用于熔化高温沥青、改质沥青。经改造，生产的自动化程度提高，降低了生产成本，提高了石墨制品的质量，并使炭素分厂新开发生产的贫油糊质量稳定，为氧化分厂生产仿不锈钢型板等高品质产品铺平了道路。

作者简介：高扶民男1968年生，大专学历，现在马头铝业集团有限公司炭素分厂工作。 作者单位：河北省马头铝业集团有限公司，河北邯郸马头镇056046 参考文献：

〔1〕 陈蔚然 碳素材料工艺基础〔M 〕，长沙：湖南大学出版社，1989：46 轻金属，1998（6）：44

2〕陈蔚然

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