技术领域：

本发明涉及余热综合利用技术，尤其涉及碳素煅烧炉余热综合利用的方法。

背景技术：

目前在碳素行业的生产中，煅烧工艺设备广泛采用罐式煅烧炉，其余热利用普 遍采用热煤炉对其产生的1000至1100℃高温烟气进行吸收利用，以解决碳素生产 过程中所需的热能。但由于碳素生产所需热能较少，故热煤炉的排烟温度高达500 ℃以上，存在严重的能源浪费，不符合当前国家提倡的节能减排政策。

发明内容：

本发明的目的在于，克服现有技术的不足之处，提供一种碳素煅烧炉余热综合 利用的方法，将煅烧炉与余热锅炉进行一体化设计，利用煅烧炉的高温烟气形成高 温过热蒸汽装置，以满足发电或者供热的需要，最终排烟温度≤160℃，使热能利 用率提高了25％以上。

本发明所述的碳素煅烧炉余热综合利用的方法，将煅烧炉8层火道产生的高温 烟气和本装置特有的“首层多余挥发份外引燃烧”形成的高温烟气融入一体化的余 热锅炉，余热锅炉形成的饱和蒸汽再反送到煅烧炉出口高温烟气处的过热蒸汽发生 器，形成满足发电和供热的过热蒸汽用于发电和供热。采用石油焦自身挥发份加热， 每罐排料量90kg/h，共建设160罐，总排料量14400kg/h，投入产出率以75％计 算，则投入生料量19200kg/h，原料组分中水分是8％，挥发份为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＝19200×8％×22.4÷18＝1911Nm3/h

V挥发份＝19200×10％×22.4÷6.33×5.016＝34080Nm3/h

V炭烧损＝19200×5％×22.4÷12÷21％＝8533Nm3/h

式中：6.33为挥发份平均相对分子质量；5.016为单位体积挥发份完全燃烧生 成烟气量；21％为空气中氧气含量。

V烟总＝V水+V挥+V损＝1911+34080+8533＝44524Nm3/h

在实际操作中，各层火道均有不同程度的配风，上述44524Nm3/h的烟气是在 含氧量0％的理想情况下的数据，那么，在上述过程中共耗掉多少氧量呢？耗氧后又 有多少氮气被带入呢？经测试，烟气的主要组成成分是：

烟气主要成分

  成分   CO2   H2O   O2   N2   体积比/(％)   4.0   5.0   15.5   61.5   1000℃时的比热容/(kJ/m3·℃)   2.21   1.74   1.50   1.41   200℃时的比热容/(kJ/m3·℃)   1.83   1.53   1.37   1.30

CO2的耗氧所形成的N2混在烟气中的量是：

VCO2＝32÷44×44524×4％×78％÷21％＝4810Nm3/h

CO的耗氧所形成的N2混在烟气中的量是：

VCO＝16÷28×44524×10％×78％÷21％＝9450Nm3/h

烟气中过剩的氧量所带进的N2量是：

V过＝44524×15.5％×78％÷21％＝25633Nm3/h

V氮＝4810+9450+25633＝39893Nm3/h

实际排放烟气总量：V＝44524+39893＝84417Nm3/h

实测烟气流量26800m3/h(48罐)，每罐产生烟气量558.33m3/h，160罐共产生 烟气量89332m3/h。

经分析烟气主要成分、比热容如表1所示，余热锅炉进口烟气温度按1000℃， 出口按200℃来计：

C1 P＝2.21×18％+1.50×15.5％+1.74×5％+1.41×61.5％＝1.58445KJ/m3·℃

C2 P＝1.83×18％+1.37×15.5％+1.53×5％+1.30×61.5％＝1.4182KJ/m3·℃

烟气中总的热量：Q烟＝V烟(t进×C1 P-t出×C2 P)＝89332(1000×1.5845-200×1.4182) ＝116208425.5KJ/h＝27801058.74Kcal/h

式中：Q烟——烟气提供的热量，kJ/h；V烟-烟气总体积，m3；t进——余热 锅炉进口烟气温度，℃；t出——余热锅炉出口烟气温度，℃；C1 P——烟气1000℃ 时的平均比热容，kJ/(m3·℃)；C2 P——烟气在200℃时的平均比热容，kJ/(m3·℃)。

折标煤计算：按国家标准1千克标煤的热值定义为7000kcal/kg，每小时的节煤 量W是：W＝27801058.74/7000/1000＝3.972t/h，年节约标煤量Q应是：Q＝3.972 ×24×330＝31458.24吨，每年节约标煤3万多吨，节能效应十分突出。

煅烧炉的主要作用：将外购所得的石油焦在炉内1250℃高温煅烧，使石油焦中 的挥发份完全溢出，成为生产碳素所用的原料，即锻后焦，同时产生大量的1000～ 1100℃的高温烟气。

煅烧炉外引挥发份通道：

外引挥发份的燃烧通道的作用：当外购石油焦的挥发份高时，煅烧炉首层的温 度会高于1250℃，这样会大大减少煅烧炉的使用寿命。为控制首层温度低于1250℃， 必需减少石油焦的入炉量或回掺已成品的锻后焦，致使锻后焦的实际产量下降。为 解决这一矛盾，在设计煅烧炉时，应增加外引挥发份燃烧通道，将多余的挥发份在 炉外充分燃烧，既保证了锻后焦的产量，又确保了煅烧炉的寿命，形成的高温烟气 作为余热锅炉的原料汽。

高温烟气汇集区：

煅烧炉及外引挥发份燃烧通道形成的1000～1100℃的高温烟气汇集区域。本发 明设置有1#、2#煅烧炉及外引挥发份燃烧通道形成的1000～1100℃的高温烟气汇 集区域。

饱和蒸汽发生器：

1000～1100℃高温烟气经过低温过热器、高温过热蒸汽装置、减温器后，到达 饱和蒸汽发生器的入口，入口温度在800～850℃左右，在饱和蒸汽发生器内形成饱 和蒸汽。

低温过热器：

由饱和蒸汽发生器产生的饱和蒸汽在该装置内形成低温过热蒸汽。

高温过热蒸汽装置：

由低温过热器形成的低温过热蒸汽在高温过热蒸汽装置内形成高温过热蒸汽。

减温器：

由高温过热蒸汽装置形成的高温过热蒸汽的目标是：3.8MPa，450±15℃，当 高于此指标时，用减温器设备从减温水装置处注入104℃的减温水进行调节，这就 是减温器的作用。

省煤器A和省煤器B：

所说省煤器A和省煤器B的作用是利用该装置将进入蒸汽发生装置的冷水， 与废烟气进行热交换，一是提高进入蒸汽发生装置的入水温度；二是降低废烟气的 相对温度，使其≤155℃，综合提高烟气的热利用率。

引风机：

废烟气排放的风机。

过热蒸汽出口：

成品过热蒸汽的出口，蒸汽流向汽轮发电机蒸汽母管或热网。

减温水装置：

减温器的减温水入口处。

石油焦经提升机进入煅烧炉的炉顶，经布料机分配给每一个小室，自上而下分 经8层火道后冷却成锻后焦，作为碳素生产的原料。

8层火道形成的高温烟气和外引挥发份燃烧通道形成的高温烟气汇集后进入余 热炉的饱和蒸汽发生器部分，形成的饱和蒸汽再反流入低温过热器、减温器和高温 过热蒸汽装置后，形成3.8MPa，450±15℃的中温中压过热蒸汽，带动汽轮发电机 或供热网使用。当8层火道的首层火道温度超过1250℃时，加大外引挥发份煅烧通 道的风量，以保证煅烧炉的寿命并充分利用余热。当混合烟气温度高于1050℃时， 同时也加大外引挥发份燃烧通道的冷水量进行温度调节。

为了减少烟气中的SO2对后续低温设备的腐蚀，饱和蒸汽的发生装置不采用 104℃的热力除氧，而采用135℃的高温热力除氧。为了充分提高烟气余热的利用率， 本发明加大省煤器的面积，使排烟温度≤155℃，整体提高装置的效率。由于煅烧 炉外引挥发份通道是直通的，中间没有物料，所以其系统阻力远小于8层火道的阻 力，所以煅烧炉外引挥发份通道具有可调节性。

煅烧炉外引挥发份通道设置有风量调节装置一套和可调节空气入口装置一套， 实验证明，其投资效果、节能效果和环保效果均良好。本发明所述碳素煅烧炉余热 综合利用的方法涉及的煅烧炉外引挥发份通道，结构合理，可调节性好，所以运行 的稳定性好，可靠性高。整体的节能效果显著，符合可持续发展的思想。

附图说明：

附图是基于本发明所述碳素煅烧炉余热综合利用的方法的结构性示意图。1- 1#煅烧炉 2-过热蒸汽出口 3-减温水装置 4-省煤器A 5-省煤器B 6- 引风机 7-饱和发生器 8-低温过热器 9-减温器 10-高温过热蒸汽装置 11-2#煅烧炉 12-2#煅烧炉外引挥发份通道 13高温烟气汇集区 14-1#煅烧 炉外引挥发份通道

具体实施方式：

现参照附图1，结合实施例对本发明所述的碳素煅烧炉余热综合利用的方法详 细说明如下：本发明所述的碳素煅烧炉余热综合利用的方法，将煅烧炉8层火道产 生的高温烟气和本装置特有的“首层多余挥发份外引燃烧”形成的高温烟气融入一 体化的余热锅炉，余热锅炉形成的饱和蒸汽再反送到煅烧炉出口高温烟气处的过热 蒸汽发生器，形成满足发电和供热的过热蒸汽用于发电和供热。采用石油焦自身挥 发份加热，每罐排料量90kg/h，共建设160罐，总排料量14400kg/h，投入产出 率以75％计算，则投入生料量19200kg/h，原料组分中水分是8％，挥发份为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＝19200×8％×22.4÷18＝1911Nm3/h

V挥发份＝19200×10％×22.4÷6.33×5.016＝34080Nm3/h

V炭烧损＝19200×5％×22.4÷12÷21％＝8533Nm3/h

式中：6.33为挥发份平均相对分子质量；5.016为单位体积挥发份完全燃烧生 成烟气量；21％为空气中氧气含量。

V烟总＝V水+V挥+V损＝1911+34080+8533＝44524Nm3/h

CO2的耗氧所形成的N2混在烟气中的量是：

VCO2＝32÷44×44524×4％×78％÷21％＝4810Nm3/h

CO的耗氧所形成的N2混在烟气中的量是：

VCO＝16÷28×44524×10％×78％÷21％＝9450Nm3/h

烟气中过剩的氧量所带进的N2量是：

V过＝44524×15.5％×78％÷21％＝25633Nm3/h

V氮＝4810+9450+25633＝39893Nm3/h

实际排放烟气总量：V＝44524+39893＝84417Nm3/h

实测烟气流量26800m3/h(48罐)，每罐产生烟气量558.33m3/h，160罐共产生 烟气量89332m3/h。

经分析烟气主要成分、比热容如表1所示，余热锅炉进口烟气温度按1000℃， 出口按200℃来计：

C1 P＝2.21×18％+1.50×15.5％+1.74×5％+1.41×61.5％＝1.58445KJ/m3·℃

C2 P＝1.83×18％+1.37×15.5％+1.53×5％+1.30×61.5％＝1.4182KJ/m3·℃

烟气中总的热量：Q烟＝V烟(t进×C1 P-t出×C2 P)＝89332(1000×1.5845-200×1.4182) ＝116208425.5KJ/h＝27801058.74Kcal/h

式中：Q烟——烟气提供的热量，kJ/h；V烟——烟气总体积，m3；t进——余热 锅炉进口烟气温度，℃；t出——余热锅炉出口烟气温度，℃；C1 P——烟气1000℃ 时的平均比热容，kJ/(m3·℃)；C2 P——烟气在200℃时的平均比热容，kJ/(m3·℃)。

折标煤计算：按国家标准1千克标煤的热值定义为7000kcal/kg，每小时的节煤 量W是：W＝27801058.74/7000/1000＝3.972t/h，年节约标煤量Q应是：Q＝3.972 ×24×330＝31458.24吨，每年节约标煤3万多吨，节能效应十分突出。

1#煅烧炉1和2#煅烧炉11对称设置，在1#煅烧炉1和2#煅烧炉11之间，设 置有高温烟气汇集区13，在1#煅烧炉1的外端，连接设置有1#煅烧炉外引挥发份 通道14，在2#煅烧炉11的外端，同样也连接设置有2#煅烧炉外引挥发份通道12。 在高温烟气汇集区13的前端，当然也是在1#煅烧炉1和2#煅烧炉11的前端，连 接设置有高温过热蒸汽装置10，所说高温过热蒸汽装置10的上端，设置有过热蒸 汽出口2。在所说高温过热蒸汽装置10的前面，设置有减温器9，减温器9的前面 又设置有低温过热器8，在所说的减温器9和低温过热器8相连接的连接点上，设 置有减温水装置3。低温过热器8的前面，连接设置有饱和蒸汽发生器7，在所说 的饱和蒸汽发生器7的前面，又连接设置有省煤器A4和省煤器B5，与所说的省煤 器A4和省煤器B5相连接，设置有引风机6。

1#煅烧炉1和1#煅烧炉11的主要作用：将外购所得的石油焦在炉内1250℃高 温煅烧，使石油焦中的挥发份完全溢出，成为生产碳素所用的原料，即锻后焦，同 时产生大量的1000～1100℃的高温烟气。

1#煅烧炉外引挥发份通道和2#煅烧炉外引挥发份通道：

1#煅烧炉外引挥发份通道和2#煅烧炉外引挥发份通道的作用：当外购石油焦的 挥发份高时，煅烧炉首层的温度会高于1250℃，这样会大大减少煅烧炉的使用寿命。 为控制首层温度低于1250℃，必需减少石油焦的入炉量或回掺已成品的锻后焦，致 使锻后焦的实际产量下降。为解决这一矛盾，在设计煅烧炉时，应增加外引挥发份 燃烧通道，将多余的挥发份在炉外充分燃烧，既保证了锻后焦的产量，又确保了煅 烧炉的寿命，形成的高温烟气作为余热锅炉的原料汽。本发明所说的煅烧炉外引挥 发份通道，涉及有与1#煅烧炉相配合的1#煅烧炉外引挥发份通道和与2#煅烧炉相 配合的2#煅烧炉外引挥发份通道。

高温烟气汇集区13：

煅烧炉及外引挥发份燃烧通道形成的1000～1100℃的高温烟气汇集区域。本发 明设置有1#煅烧炉、2#煅烧炉及外引挥发份燃烧通道形成的10001100℃的高温 烟气汇集区13。

饱和蒸汽发生器7：

1000～1100℃高温烟气经过高温过热蒸汽装置10、减温器9和低温过热器8 后，到达饱和蒸汽发生器7的入口，入口温度在800～850℃左右，在饱和蒸汽发生 器7内形成饱和蒸汽。

低温过热器8：

由饱和蒸汽发生器7产生的饱和蒸汽在该装置内形成低温过热蒸汽。低温过热 器8与饱和蒸汽发生器7相连接。

高温过热蒸汽装置10：

由低温过热器8形成的低温过热蒸汽在高温过热蒸汽装置10内形成高温过热 蒸汽。

减温器9：

由高温过热蒸汽装置10形成的高温过热蒸汽的目标是：3.8MPa，450±15℃， 当高于此指标时，用减温器9设备从减温水装置3处注入104℃的减温水进行调节， 这就是减温器9的作用。

省煤器A和省煤器B：

省煤器A和省煤器B的作用是利用该装置将进入蒸汽发生装置的冷水，与废 烟气进行热交换，一是提高进入蒸汽发生装置的入水温度；二是降低废烟气的相对 温度，使其≤155℃，综合提高烟气的热利用率。

引风机6：

废烟气排放的风机。

过热蒸汽出口2：

成品过热蒸汽的出口，蒸汽流向汽轮发电机蒸汽母管或热网。

减温水装置3：

减温器9的减温水入口处。

石油焦经提升机进入煅烧炉的炉顶，经布料机分配给每一个小室，自上而下分 经8层火道后冷却成锻后焦，作为碳素生产的原料。

8层火道形成的高温烟气和外引挥发份燃烧通道形成的高温烟气汇集后进入余 热炉的饱和蒸汽发生器部分，形成的饱和蒸汽再反流入低温过热器8、减温器9和 高温过热蒸汽装置10后，形成3.8MPa，450±15℃的中温中压过热蒸汽，带动汽 轮发电机或供热网使用。当8层火道的首层火道温度超过1250℃时，加大煅烧炉外 引挥发份通道的风量，以保证煅烧炉的寿命并充分利用余热。当混合烟气温度高于 1050℃时，同时也加大煅烧炉外引挥发份通道的冷水量进行温度调节。

为了减少烟气中的SO2对后续低温设备的腐蚀，饱和蒸汽的发生装置不采用 104℃的热力除氧，而采用135℃的高温热力除氧。为了充分提高烟气余热的利用率， 本发明加大省煤器的面积，使排烟温度≤155℃，整体提高装置的效率。由于外引 挥发份燃烧通道是直通的，中间没有物料，所以其系统阻力远小于8层火道的阻力， 所以外引挥发份燃烧通道具有可调节性。煅烧炉外引挥发份通道设置有风量调节装 置一套和可调节空气入口装置一套，实验证明，其投资效果、节能效果和环保效果 均良好。本发明所述碳素煅烧炉余热综合利用的方法涉及的煅烧炉外引挥发份通 道，结构合理，可调节性好，所以运行的稳定性好，可靠性高。整体的节能效果显 著，符合可持续发展的思想。