利用石油焦煅烧烟气余热烘干硅钙渣的可行性分析.pdf

4 2 有色冶金节能 口环保与综合利用 ‘幸 ‘ 孛 ‘ ’ 孛 。 夺 ‘ 夺 ’ 夺 ’ 牵 ’ 夺 ’ 串 ‘ 孛 ‘ 夺 。 孛 。 ‘ ． 2环保与综合利用 3 。 ．毒 ． 夺 ． 孛 ． 争 ． 幸 ． 寺 ． 争 ． 幸 ． 争 ． 夺 ． { ． ． 牵 ． 夺 ． 牵 ． 利 用 石 油 3 5 - 烧 烟 气 余 热 烘 干 硅 钙 渣 的 可 行 性 分 析 闫学良 安 爱文 内蒙古大唐 国际再生资源开发有限公司，内蒙古 呼和浩特 0 1 0 2 1 6 [ 摘要 ] 本文在研究炭素 阳极生产线 中煅烧石油焦烟气利用现状及性 质的基础上 ， 重点对 利用煅烧 烟气余热烘 干硅钙渣进行 了技术经济分析。结果表 明， 利用煅烧 烟气余 热烘干硅 钙渣技术 可行 ， 投资适 中， 经济 效益显 著 ， 既 可减少煅烧烟气排放过程 中的热污染和二氧化硫污染 ，又可以解 决硅钙渣利用 过程 中烘干成本 高的 问题 ， 具有 明 显 的环保和经济效益。 [ 关键词 】 余热利用 ；硅钙渣烘干 ； 石油焦 ； 煅烧烟气 [ 中图分类号 ]T K 2 2 7 ； T K 1 1 5 [ 文献标志码]A [ 文章编号 ]1 0 0 8 5 1 2 2 2 0 1 5 0 6 0 0 4 2 0 5 Fe a s i b i l i t y An a l y s i s o f Ap p l y i n g Pe t r o l e u m Co ke Ca l c i n i n g Fl u e Ga s W a s t e He a t t o Dr y Ca l c i u m S i l i c a t e S l a g YAN Xu e l i a n g，AN Ai we n Ab s t r a c t Ba s e d o n t h e s t u d y o f c a l c i n i n g p e t r o l e um c o k e flu e g a s u t i l i z a t i o n s i t u a t i o n a n d i t s f e a t u r e i n c a r b o n a n o d e pr o d u c t i o n l i n e，t h i s pa p e r f o c u s e s o n t h e t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c a n a l y s i s o f c a l c i ni n g flu e g a s wa s t e he a t d r y i n g c a l c i um s i l i c a t e s l a g ． T h e r e s u l t s s ho w t h a t t h e t e c h n o l o g y o f c a l c i n i n g fl ue g a s wa s t e he a t d ryi n g c a l c i um s i l i c a t e s l a g i s f e a s i b l e，t h e i n v e s t me n t i s mo de r a t e，a n d t he e c o n o mi c b e n e fit i s o b v i o u s ，i t n o t o n l y c a n r e d u c e t he r ma l p o l l u t i o n a n d s u l f u r d i o x i d e p o l l u t i o n i n t he e mi s s i o n o f c a l c i - n i n g flu e g a s，b u t a l s o c a n s o l v e t h e p r o b l e m o f h i g h d ryi n g c o s t d u r i n g c a l c i u m s i l i c o n s l a g u t i l i z a t i o n． En v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n a n d e c o n o mi c b e n e fit a r e r e ma r k a b l e ． Ke y wor d swa s t e h e a t u t i l i z a t i o n；c a l c i u m s i l i c a t e s l a g d r y i n g；p e t r o l e u m c o k e；c a l c i n i n g flu e g a s 1 煅烧石油焦烟气余热利用现状 在炭 素 阳极 生 产 过程 中 ， 石 油焦 需煅 烧 生 产煅 后焦 。在煅 烧石 油焦 过程 中会产 生大量 的高 温烟气 [ 收稿 日期 ]2 0 1 5 0 60 9 [ 基金项 目]8 6 3计 划 “ 硅铁烟尘 与高铝 粉煤 灰硅 钙资 源协 同利用关键技术及示范” 课题 2 0 1 2 A A 0 6 A l 1 8 [ 作者简 介 ]闫学 良 1 9 8 2 一 ， 男 ， 甘肃 晋 宁人 ， 硕 士 ， 高级工程师 ， 内蒙古大唐 国际再生资源开发有限公 司生产管 理部副主任 。 9 0 01 1 0 0℃ ， 为 回收该部分烟气 的余热 ， 同时 也便于烟气的排放 ， 常规炭素厂在煅烧炉尾部设 置 有机热载体余热炉、 余热锅炉、 余热发电等吸收烟气 余热 。 。有机热载体余热炉将导热油 的热量供给 炭素工艺生产加热使用 ， 余热锅炉产生的蒸汽或热 水可用于洗浴供暖等使用 ， 余热发电产生 的电量用 于炭 素 阳极 生产 。 1 ． 1 有机 热载体 余热 炉 用煅烧高温烟气为热源 ， 加热生 阳极制备及沥 青熔化工序导热油系统 ，代替原有 的天燃气热载体 2 0 1 5年 1 2月第 6期 利用石油焦煅烧烟气余热烘干硅钙渣的可行性分析 闫学 良 安爱文 4 3 加热炉为生产提供热源 ， 近年来被大多数的炭素阳 极厂所采用。内蒙古大唐国际再生资源开发有限公 司年产 6万 t 炭素阳极 ， 采用 2台 2 8罐 9层火道煅 烧炉 ， 煅烧炉排烟温度为 9 0 0～1 0 0 0℃ ， 使用 2台有 机热 载体 余热 炉 ， 并配 套 2组蒸 发器 ， 蒸 发器 产生 的 蒸汽 用 于氧化 铝 生 产 ， 经 过余 热 利 用后 的烟 气 温 度 为 3 0 0～ 4 0 0℃ ， 通过烟 囱直接排放⋯ 。 1 ． 2 余 热蒸 汽锅 炉 余热蒸汽锅炉也是 目前广泛采用 的一种进行烟 气余热回收利用的设备。青海桥头铝电有限公司炭素 分公司配置的余热蒸汽锅炉处理烟气量 5 7 0 0 0 N m ／ h ， 额定蒸汽压力2 ． 5 MP a ， 蒸汽量 2 2 t ／ h ， 排烟温度 2 0 0 ～ 3 0 0℃ 。蒸 汽 用于 其炭 素分 公 司 和 电解 分 公 司 的 正常生产 、 冬季供暖及后勤热水的供应 ，但仍有部 分蒸汽过剩的现象 ， 尤其在夏季或煅烧窑满负荷生 产的情况下 ， 过剩的蒸汽量近 1 0 t ／ h 。 1 ． 3余 热蒸汽 发 电 利用余热锅炉所产生的蒸汽进行发 电也在多家 炭素厂得到实践 ，如兰州铝业 、 宁夏青铜峡铝厂 ， 均 取得 了较好的效果 ，每年可创造几百万元的经济效 益。以一个年产 2 0万 t 的罐式 炉石油焦生产厂为 例 ， 建设余热锅炉发电系统进行余热发电 ， 发电机功 率可达到 3 0 0 0 k W， 所发电量完全可以满 足炭素厂 用 电要求 。 2 煅烧烟气余热性质 大唐内蒙古鄂尔多斯硅铝科技有限公司设计年 产 1 8万 t 炭素阳极 ， 配置4台新型 4 0罐 8层火道煅 烧炉 ， 石油焦煅烧前后原料成分如表 1 所示。 表 1 石油焦煅烧前后 原料 成分 表单位 ％ 每台 4 0罐 8层火道煅烧炉净排料量 4 0 0 0 k g ／ h ， 石油焦煅烧 实收率为 7 7 ． 7 6 ％ ， 按此进行物料平衡 计算和热量平衡计算。表 2给出了单 台煅烧炉 的物 料平衡表 ， 从表中可以看出， 每台煅烧炉产生烟气流 量为 1 6 4 8 3 k g ／ h 。表 3给出了单台煅烧炉的热量平 衡表 ， 从表中可以看出 ， 煅烧炉的热量主要来 自于石 油 焦挥 发分 产 生 的燃 烧 热 及炭 质 烧 损 化 学 热 ， 这 些 热量除由产品及循 环冷却水带走外 ， 7 2 ％ 的热量通 过煅烧烟气进行排放 。 表 2 物料 平衡计算 表 4 、 表 5给出了煅烧烟气的相关成分及性质 ， 可以看出， 单台煅烧炉烟气质量流量为 1 6 4 8 3 k g ／ h ， 工 况流量为 6 5 4 9 0 m 。 ／ h ， 烟气温度为 1 0 5 6℃ 折 比标 方 1 3 4 3 4 N m 。 ／ h ， 携带热量为 2 2 6 2 7 9 9 0 k J 。 表 3 单台煅烧炉热量平衡计算 3 煅烧烟气余热利用方案 从 表 2～表 5可 知 ， 大 唐 内 蒙 古 鄂 尔 多 斯 硅 铝 科 技有 限公 司炭 素 阳极 生 产线 4台 4 0罐 8层 火 道 煅烧炉可产生 1 0 5 6℃高温烟气 2 6 1 9 6 0 m ／ h ， 含有 热量 9 0 5 1 1 9 6 0 k J ／ h ， 烟气 温度 高、 热量大， 有较高 的利 用价 值 。 大唐 内蒙 古鄂 尔 多斯硅 铝科 技有 限公 司拥 有粉 4 4 有色冶金节能 口环保与综合利用 煤灰提取氧化铝生产线 、 电解铝生产线、 炭素阳极生 产线 、 铝深加工生产线及 自备电厂 ， 是国内外首个完 整的煤电灰铝一体化循环经济产业链 ， 因此 ， 炭素阳 极生产线中的余热利用必须借助一体化产业链的优 势， 实现产业链 中热量、 能量的循环利用。 按照煤 电灰铝 一体化产业链 的工艺需求 ， 需要 热量的车间有炭素阳极生产线生 阳极车间、 沥青熔 化车间， 粉煤灰提取氧化铝生产线蒸汽系统 、 硅钙渣 烘干、 活性硅酸钙烘干等， 因此 ， 按照先满足炭素 阳 极工艺需求 ， 再考虑氧化铝生产线蒸汽或烘干需求 的原则 ， 对炭素烟气余热进行利用。 3 ． 1 建设有 机热载体余热炉满足炭 素阳极工艺需 求 表 6给出了炭素阳极生产工艺中生阳极车间、 沥青熔化车间和管路保温等用热媒油作为加热介质 的生产要求及热负荷 ， 按照热负荷拟在 2台煅烧炉 尾部烟气出口设置 2台套余 热有机载体加热炉 ， 每 台罐式炉对应一台余热有机热载体加热炉 ， 单 台参 数为 额定负荷 Q2 ． 4 MW， P1 ． 0 M P a ， 余热热媒 锅炉 出 口的排烟温 度为 4 3 5℃ 。 表 6 炭素分厂沥青 熔化与生阳极 制备 工序 的热负荷 因此经过 2台套余热有机载体加热炉换热后 ， 煅烧烟气分为两种 ， 其 中两台罐式煅烧炉产生烟气 2 6 8 6 8 N m ／ h ， 温度 1 0 5 6℃ ， 另两 台罐 式 煅 烧 炉 产 生烟气 2 6 8 6 8 N m。 ／ h ， 温度 4 3 5℃ 经过有机热载体 余热 锅炉 换热 。 3 ． 2 剩 余煅烧 烟气 余 热进行 硅钙 渣烘 干 按照氧化铝生产线需求 ， 剩余煅烧烟气可使用 余热锅炉产生蒸汽供应氧化铝生产 ， 但是 由于项 目 建有 自备 电厂， 自备电厂产生的蒸汽品质较高 ， 蒸汽 凝 结水 需返 回到 自备 电厂 ， 但余 热锅 炉 产 生 的蒸 汽 品质达不到 自备电厂凝结水要求 ， 因此 ， 余热锅炉产 生 的蒸 汽就难 以汇 总 到蒸 汽 管 网 中。为 此 ， 主要 考 虑剩余煅烧烟气用于硅钙渣或活性硅酸钙烘干 ， 由 于活性硅酸钙烘干对烟气 中含尘量有较高要求 ， 不 能直接进行烘干 ， 因此 ， 本文 只考虑烟气烘干硅钙 渣 。 使用煅烧烟气进行硅钙渣烘干 ， 由于烟气温度 高， 故使用三筒烘 干机等成熟设备及工艺。同时硅 钙渣 中的钙和碱还可吸收烟气 中的二氧化硫 ， 烘干 烟 气排 出温度 低 ， 无 需加装 喷水 降温装置 ， 有利 于 烟 气的进一步脱硫排放。 3 ． 2 ． 1 烟气计算 罐式煅烧炉经过余热有机载体加热炉换热后产 生两种高 温气体 其 中两 台罐 式煅烧 炉产 生烟气 2 6 8 6 8 N m ／ h ， 温度 1 0 5 6℃ ； 另两 台罐式煅烧炉产 生烟气 2 6 8 6 8 N m 。 ／ h ， 温度 4 3 5 c 【 。两种热烟气 经 过烟气混合室充分混合 ， 由于两种烟气的成分相同， 标况烟气量相同， 根据热平衡方程式 C P t C t h ／ 2 2 ． 4V c p h t h C p t ／ 2 2 ． 4 1 得到混合后的高温烟气温度 7 5 0℃左右， 考虑 到管道、 混合烟等热量散失 ， 实际烟气温度按 7 0 0 c C 计， 烟气量为 5 3 7 3 6 N m ／ h 。 3 ． 2 ． 2 主要设计参数的确定及热平衡计算 3 ． 2 ． 2 ． 1 主要设计参数的确定 物料 硅钙渣 湿基水分 W1按 3 5 ％设计 ； 物料 硅钙渣 终水分 W2按小于 1 0 ％设计 ； 进烘干机烟 气温度 t 按 7 0 0℃计 ； 出烘干机烟气温度 t 按 1 0 0 4 6 有色冶金节能 口环保与综合利用 表 9 煅烧烟气余热利用及烘干方案物料用量 注 人员工资 ， 福利费 为 6 0 ％。 表 l O 每吨硅钙渣烘干成本测算 从 表 1 0中可 以看 出 ， 生产 每 吨硅钙 渣产 品的 完 全成本 为 1 3 ． 5元 含税 ， 年 均净 利润 7 8 6 ． 3 3万元 ， 内部 收益率 5 0 ． 4 5 ％ ， 动态投 资 回收期 0 ． 6年 考 虑 资本 金为 2 0 ％ 。 4 结束语 炭素 阳极生产中煅烧烟气余热含有大量热能 ， 具有较高的利用价值 ， 除可满足炭素生产工艺 自身 热量需求外 ， 还可进一步利用。 对煅烧 烟气 烘干硅钙渣方 案进行技术经 济论 证 ， 结果表明， 利用煅烧烟气余热烘干硅钙渣技术可 行 ， 投资适中， 经济效益显著， 既可以减少煅烧 烟气 排放过程中的热污染和二氧化硫污染 ，又可 以解决 硅钙渣利用过程中烘干成本高的问题 ， 具有显著的 环保和经济效 益， 是典型的“ 以废治废、 变废为宝 、 综合利用” 循环经济方案。 [ 参考文献] [ 1 ] 张 志超 ． 浅谈炭素煅烧 回转窑烟气余 热的利用 [ J ] ． 轻 金属 ， 2 0 1 0 9 5 2 5 4 ． [ 2 ] 李 秀莉 ． 利用罐式煅烧炉烟气进 行余热发 电的 可行性 研究 [ J ] ． 应用能源技术 ， 2 0 1 0 1 3 6 3 9 ．