焦作力合机械制造有限公司

钢铁行业白灰窑用

空气（CGK-I）、煤气（CGM-I）预热器

                                                                                                                                                         焦作力合机械制造有限公司   朱静旭

随着国内钢铁生产能力的不断增加，对白灰（CaO）的需求量也越来越大。各钢铁企业利用自身高炉产生的高炉煤气，输送到白灰窑作为燃料进行烧制白灰并从中获取钙元素来满足生产的需求。

      高炉煤气是高炉炼铁的副产品，是钢铁联合企业内部的重要气体燃料，它的主要可燃成分为CO_，而H₂和CH₄的含量很少。有大量的不可燃气体N₂和CO₂，所以它的燃值很低，一般只有3000-3800KJ/m³。

      另外，从高炉引出的煤气中含有大量的灰尘，一般为60-80g/m³或更多，这些粉尘会堵塞管路和设备。作为气体燃料的使用，工艺规定高炉煤气必须经过除尘净化处理，并达到规定的标准后才能输送和使用。按照工业炉用气标准，含尘量必须小于或等于20mg/m³。作为煤气预热器的换热器而言，也必须达到此项规定要求。再则是煤气中的机械水应尽量除去，降低腐蚀，减少在换热管内的机械水份及灰水粘接，增高煤气的预热温度，保证换热器的正常运行及煤气在灰窑炉内正常燃烧。

      由于高炉煤气的理论燃烧温度较其它煤气低，燃烧温度只有1400-1500⁰C。通过燃烧后的高温烟气将空气和煤气预热来提高它的燃烧温度，是切实有效和节能的大举措。助燃空气每提高100⁰C，高炉煤气的燃烧温度可提高40⁰C；高炉煤气进炉温度每提高100⁰C，高炉煤气的燃烧温度可提高60⁰C。采用新型高效节能的CGK-1、CGM-1煤气预热器，分别能将空气预热到300C、煤气预热到250⁰C。则高炉煤气的燃烧温度可提高270⁰C，能使高炉煤气的燃烧温度高达1700⁰C。

      据对国内部分钢厂白灰窑的生产状况调查了解，使用未经预热的高炉煤气作为燃料进行生产的，因热量不足，炉窑温度偏低，而导致白灰产量及质量均偏低。在冬天使用，则情况可能更差，时常因煤气含尘较多和含机械水而堵塞烧嘴。如180m³容量的白灰窑日产量只在90吨左右，而且白灰夹生率高，夹生率一般在20%以上。同时，白白排放掉400-500⁰C能产生二次能量的利用烟气，并对大气造成热污染及灰尘污染。

     也有钢铁厂安装有光管式空气、煤气预热器，但由于换热面积小，预热温度不是很高，空气预热温度只有100-150⁰C，煤气温度在80-120⁰C之间，工艺效果不很明显。河南济源钢厂6座150m³白灰窑安装有光管式空气、煤气预热器，白灰夹生率仍在15-18%之间，日产量80吨/座左右。

       针对白灰窑现行工艺状况，本企业利用自身专业设备及专业技术的优势，为现行的白灰窑专门设计和制作了具有先进技术的CGK-1、CGM-1型双向翅片管式空气、煤气预热器。

       首先依据加热与被加热介质同是气体且换热系数较低的特性，在换热管内外同时增加换热面积（即内、外翅片），来大大提高整体换热能力。内外增加的翅片均采用具有先进技术的焊接方式，保证翅片与基管整体焊接在一起，消除接热阻（经西安交通大学测试，接触热阻远远低于其它形式的翅片管接触热阻，热阻几乎为零）。再则，镍合金渗层翅片管具有抗自身600⁰C高温氧化、表层硬度高、抗烟气冲刷、耐腐蚀等独特优点。

       整体结构设计充分考虑了气体流动方式及气体均流的合理性，传热温差的最大化，以及换热管的布置和烟气自清灰功能设计、热彭胀等问题。保证换热管的安全正常、高效能的使用。从窑顶引出的烟气经主烟管分叉流到空气和煤气预热器，各自和高温烟气充分换热。回收的热量由助燃空气和煤气吸收后作用于灰窑内；降低温度后的排烟再经除尘达标后排入大气。

       国内某钢铁公司5座140m³白灰窑投入使用了CGK-I、CGM-I双向翅片管式空气、煤气预热器，产量和质量均有大幅提高。

       从以上的5座白灰窑使用的CGK-I、CGM-I型双向翅片管式空气、煤气预热器运行记录表上数据显示；

       烟气温度300⁰C时，助燃空气预热至210⁰C，煤气170⁰C⁰

       烟气温度350⁰C时，助燃空气预热至250⁰C，煤气200⁰C

       烟气温度400⁰C时，助燃空气预热至300⁰C，煤气240⁰C

       烟气温度450⁰C时，助燃空气预热至350⁰C，煤气260⁰C

       回收热量平均值：1400KW

      （注：煤气温升较低，是由于煤气中的机械水未出尽，水分受热蒸发而消耗部分热量，使得煤气温升比空气低的多一些。）

        由于该型式空气、煤气预热器预热温度高，显著提高了高炉煤气在灰窑内的燃烧温度，并因补充进大量的回收能源，使得灰窑内热量充足，成品白灰质量和产量显著提高，白灰夹生率大为降低。在使用了CGK-I、CGM-I型双翅片管式空气、煤气预热器后，基本上消除了白灰夹生的问题，而且白灰的品位很好，单窑产量也由原来的90吨/天提高到120吨/天。提高的原因一是燃烧温度的提高，缩短了烧制周期；二是由烟气回收的热量直接作用于炉窑内变为产能的增加

       从节能效果上分析：单座140m³白灰窑平均回收热量为1400KW（既1400KJ/s），高炉煤气热值3500KJ/m³左右。相当于节省煤气0.4m³/s或1440m³/h。用户自己可根据煤气单位价换算出回收价值。

       如果煤气按0.1元/m³计，侧回收价值144元/小时、3456元/天、10.368万元/月、124.416万元/年。一套140m³白灰窑CGK-I、CGM-I型双向翅片管式空气、煤气预热器价位在26万元左右。

       从环保效果上看，降低排烟温度意味着直接减少对大气的热污染。另外，灰窑多装有布袋式除尘器，降低排烟温度对保护布袋及正常除灰起到可靠的作用。