上海電力學(xué)院 胡深亞 潘衛(wèi)國 姜未汀 王文歡 章 玲

1 前言

中國鋼鐵工業(yè)是能源消耗大戶，占全國總能耗的15%左右，也是物耗大戶，生產(chǎn)1t鋼材，約需消耗23t的自然資源。我國的鋼鐵企業(yè)的能耗水平與國際先進水平相比，差距在11%左右[1]。在鋼鐵生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的余熱，很多企業(yè)并沒有利用這部分余熱，直接排放了這部分熱量，不僅對周圍環(huán)境造成了熱污染，如果能合理利用好這部分熱量，不僅可以減少污染物排放，而且可以大大降低了鋼鐵能耗。據(jù)統(tǒng)計，燒結(jié)工序能耗約占整個企業(yè)能耗的10%～20%，是僅次于高爐的一大耗能工序[2]。

燒結(jié)熱平衡計算表明，熱燒結(jié)礦的顯熱和廢氣帶走的顯熱約占總支出的60%～70%，從節(jié)省能源，改善環(huán)境，提高企業(yè)經(jīng)濟效益出發(fā)，應(yīng)盡可能回收利用。目前，世界各國，特別是日本，在回收利用這兩部分余熱方面取得了顯著成效。而我國鋼鐵企業(yè)燒結(jié)工序余熱利用率還不足30%，與國外先進鋼鐵企業(yè)相差很大，所以，我國燒結(jié)余熱利用的潛力很大。

當(dāng)燒結(jié)過程進行到最后，煙氣溫度明顯上升，機尾風(fēng)箱排出的廢氣溫度可達300～400℃，氧氣含量達到18%～20%，這部分所含顯熱占總熱耗的20%左右。從燒結(jié)機機尾燒結(jié)礦平均溫度500～800℃，其顯熱占總熱耗的35%～45%。熱燒結(jié)礦要在空氣中冷卻、溫度降低后進入高爐。冷卻廢氣隨冷卻方式和冷卻機部位的不同在100～450℃之間變化（給礦處最高，卸礦處最低），其顯熱約占總熱耗的30%[3]。由上數(shù)據(jù)可知，冷卻機廢氣和機尾風(fēng)箱廢氣就是燒結(jié)余熱回收重點，但是因為這部分煙氣屬于中低溫?zé)煔?，而燒結(jié)機尾處煙氣還有一些如SO2、NOX等腐蝕性氣體，所以回收利用這些余熱應(yīng)充分考慮技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟上的合理性，以及熱回收利用率高低等問題。

2 燒結(jié)工藝余熱利用現(xiàn)狀

余熱可以利用的冷卻機廢氣主要分為兩段：高溫段（250～450℃），低溫段（200℃左右）。

對于高溫段的煙氣，由于溫度比較高，流量也比較大，而且煙氣中大部分成份都為空氣，很少含有SO2、NOX等腐蝕性氣體，所以在利用的過程中不用考慮防腐問題。很多鋼廠都將這部分高溫?zé)煔庖胗酂徨仩t，產(chǎn)生蒸汽用于供熱或發(fā)電，文獻[4]中，寶鋼3#燒結(jié)機環(huán)冷高溫段煙氣余熱流程為：從3號燒結(jié)環(huán)冷機高溫段排氣管道，將除塵器、余熱、循環(huán)風(fēng)機串連起來，循環(huán)風(fēng)機排氣管接至環(huán)冷機風(fēng)箱。這部分煙氣在這些設(shè)備和環(huán)冷機之間形成循環(huán)。余熱鍋爐可以年產(chǎn)蒸汽約32萬t，壓力為1.6MPa，溫度為260℃，由于是閉式循環(huán)，所以每年回收鐵礦粉9000t，不僅可以節(jié)約能源，而且可以減少污染物排放。

對于中溫段煙氣（200℃左右）很多鋼鐵企業(yè)利用這部分煙氣余熱主要有以下三種形式：（1）作為燒結(jié)機點火器的助燃空氣，或用于預(yù)熱助燃空氣，將中溫段煙氣除塵后，通過風(fēng)機和管道輸送到點火爐空氣管道中，節(jié)省點火燃料。（2）利用這部分余熱預(yù)熱混合料。提高混合料溫度，降低燒結(jié)固體燃料消耗。（3）利用這部分余熱進行熱風(fēng)燒結(jié)[5]。

熱風(fēng)燒結(jié)工藝機理在于利用燒結(jié)礦冷卻廢氣的物理熱代替部分燃料燃燒熱，促進鐵酸鈣的形成。熱風(fēng)燒結(jié)使燒結(jié)料層上層溫度升高、降低了上、下部料層的溫差，有利于減輕因上、下層溫差大引起的燒結(jié)礦重量不均勻，提高了燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度。文獻[6]中介紹了萊鋼的關(guān)于利用環(huán)冷機的中溫段煙氣進行熱風(fēng)燒結(jié)的工藝，在環(huán)冷機2#鼓風(fēng)機上安裝熱風(fēng)收集罩及其支架，通過安裝保溫材料的熱風(fēng)管與裝在點火器后面的熱風(fēng)罩相連接，實現(xiàn)熱氣順利流向燒結(jié)機熱風(fēng)罩內(nèi)，由于熱風(fēng)燒結(jié)可適當(dāng)降低固體燃料消耗，提高了余熱的利用率，使燒結(jié)過程中總熱耗下降約5%左右，節(jié)能效果顯著。

由于我國燒結(jié)機機型相對國外先進燒結(jié)機較小，平均每臺燒結(jié)機面積約55m2[7],存在著一些固有的缺點，如邊緣效應(yīng)嚴重，熱損失大等，燒結(jié)熱廢氣主要是中、低溫余熱，要想利用好這部分熱量，就有一個投資規(guī)模效益的問題，機型小、規(guī)模小很難滿足這一要求。比如利用冷卻機高溫段煙氣進入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽的數(shù)量和質(zhì)量都很低，基本上不能達到發(fā)電的要求，在采暖季節(jié)還可以利用這部分蒸汽，如果在非采暖季節(jié)基本上都沒有利用這部分熱量，而直接排放，造成了很大的浪費和污染。

隨著燒結(jié)過程的進行，燒結(jié)機最后幾個風(fēng)箱溫度較以前的要高，最高能達到300～400℃，由于這部分煙氣的流量含有SO2、NOX等腐蝕性氣體，在換熱在過程中會發(fā)生低溫腐蝕，流量比冷卻機高溫段煙氣量要少，所以國內(nèi)很多燒結(jié)廠一般都是在大煙氣和其它燒結(jié)煙氣混合后排向煙囪，造成能源的浪費。

3 燒結(jié)煙氣余熱利用的技術(shù)方案及其節(jié)能效果分析

對于中小型燒結(jié)機來說，如果能利用燒結(jié)機尾煙氣余熱與冷卻機余熱鍋爐聯(lián)系起來利用，給燒結(jié)煙氣余熱利用提供了方向。

以某燒結(jié)廠為例，利用冷卻機煙氣余熱的余熱鍋爐主要運行參數(shù)如表1。

表1 單獨冷卻余熱鍋爐主要運行參數(shù)

這部分蒸汽只能并入廠區(qū)管網(wǎng)，在采暖季節(jié)可以滿足要求，但是如果在非采暖季節(jié)將會排放這部分熱量，造成浪費。以下是幾種燒結(jié)機尾煙氣余熱利用方案并計算其節(jié)能效果。

1,方案1：在燒結(jié)機尾煙氣處布置換熱器來預(yù)熱給水，產(chǎn)生熱水將用于廠區(qū)的生產(chǎn)或生活用水。工藝流程圖如圖1

由圖中可以看出，這種方案流程比較簡單，對原有的工藝影響不大，從燒結(jié)機尾煙氣出來分為兩路一路為原來的流程進入大煙道，一路則通過除塵器進入余熱利用裝置，換熱后再回到大煙道，這樣保證在換熱器故障的情況下可以直接切換原工藝流程運行，不會影響燒結(jié)的正常運行。根據(jù)計算，利用這部分煙氣可以產(chǎn)生90℃熱水50t/h左右。這種方案比較適合對熱水需求量較大的燒結(jié)廠。

2，方案2：利用燒結(jié)機尾煙氣余熱預(yù)熱環(huán)冷余熱鍋爐的給水。工藝流程圖如圖2

由圖中可以看出，給水進入燒結(jié)煙氣預(yù)熱器后進入除氧器然后通過給泵進入環(huán)冷機余熱鍋爐，燒結(jié)煙氣余熱與環(huán)冷余熱聯(lián)合利用可增加了蒸汽的產(chǎn)量，通過初步計算，利用這種方案可以產(chǎn)生同樣蒸汽品質(zhì)蒸汽量27t/h左右，增加7t/h的蒸汽量。

上述兩種方案中，由于燒結(jié)煙氣中含有腐蝕性氣體，所以為了防止換熱過程中發(fā)生低溫腐蝕，做好防腐蝕措施，比如在受熱面處涂上防腐蝕的材料，使用耐腐蝕的材料如ND鋼等。

3，方案3：燒結(jié)機尾煙氣和環(huán)冷煙氣混合后進入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽。工藝流程圖如圖3。

由于燒結(jié)機尾煙氣和環(huán)冷機高溫段煙氣溫度相差不多，所以燒結(jié)機尾煙氣通過引風(fēng)機的抽吸，通過除塵器，與環(huán)冷機的高溫段煙氣進入余熱鍋爐，從而產(chǎn)生更多的蒸汽量。余熱鍋爐出口分為兩種，一路回到環(huán)冷機冷卻燒結(jié)礦，另一路則可以作為熱風(fēng)點火空氣或進行熱風(fēng)燒結(jié)，使余熱鍋爐煙氣平衡，又起到節(jié)能效果。因為燒結(jié)機尾煙氣溫度比較高，所以要求引風(fēng)機要耐高溫，而且進口負壓也要符合原工藝的要求。通過初步計算這種方案可以產(chǎn)生同品質(zhì)的蒸汽30t/h左右，節(jié)能效果明顯，降低了燒結(jié)能耗。

通過上面3種方案的比較分析，每種方案的收益不同，所以要根據(jù)燒結(jié)廠現(xiàn)有的情況，因地制宜，找出適合生產(chǎn)現(xiàn)場實際需要的方案，最經(jīng)濟地充分地利用燒結(jié)煙氣余熱。

4 結(jié)論

我國燒結(jié)工序的能耗指標(biāo)與先進國家相比差距較大，每噸燒結(jié)礦的平均能耗要高出20kg標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)能潛力很大，充分利用燒結(jié)過程產(chǎn)生的余熱對于節(jié)能降耗有著非常重大的意義。為了充分利用燒結(jié)機尾煙氣的余熱，可以采用在燒結(jié)機尾煙氣處布置換熱器來預(yù)熱給水，產(chǎn)生熱水用于廠區(qū)的生產(chǎn)或生活用水；也可以利用燒結(jié)機尾煙氣余熱預(yù)熱冷卻機煙氣余熱鍋爐的給水，提高余熱鍋爐蒸汽的產(chǎn)量；還可以利用燒結(jié)機尾煙氣和環(huán)冷煙氣混合后進入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，提高煙氣余熱利用效率。具體采用何種技術(shù)改進方案，要從經(jīng)濟上、技術(shù)上、燒結(jié)廠的實際情況等方面綜合考慮，找出符合生產(chǎn)現(xiàn)場實際需要的最佳余熱利用方式。

[1]王維興.科學(xué)評價中國鋼鐵工業(yè)能耗現(xiàn)狀與國內(nèi)外對標(biāo)[J].四川冶金,2009,31(4):1-6.

[2]徐國群.燒結(jié)余熱回收利用現(xiàn)狀與發(fā)展[J].世界鋼鐵,2009(5):27-31.

[3]錢植儀,張景智,夏辛明.寶鋼燒結(jié)生產(chǎn)工藝[M].哈爾濱:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,1995.

[4] 上海節(jié)能服務(wù)中心.寶鋼股份煉鐵廠燒結(jié)機增設(shè)余熱回收鍋爐[J].上海節(jié)能,2009(5):44-45.

[5]Ozdabak M.Emre Ertm Abdulakadir.Energy balance application for Erdemir Coke Plant with thermalcamerameasurements[J].Applied Thermal Engieering,2005,25:423-433.

[6]趙紅光,胡守忠,毛友莊.萊鋼燒結(jié)機廢氣余熱回收利用實踐[J].山東冶金,2009,31(4):12-14.

[7]梁雪梅,朱德慶,姜濤,等.燒結(jié)節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].燒結(jié)球團,2000,25(4):1-4.