劉 雯 郝建海

(河鋼股份有限公司唐山分公司)

提高燒結(jié)余熱回收的生產(chǎn)實踐

劉 雯 郝建海

(河鋼股份有限公司唐山分公司)

針對燒結(jié)低溫廢氣余熱回收效率低，以及燒結(jié)余熱回收設(shè)備能力未完全釋放的問題，唐鋼對燒結(jié)機機尾廢氣溫度控制系統(tǒng)和環(huán)冷機煙氣循環(huán)系統(tǒng)進行了優(yōu)化。結(jié)果表明，在實施精細管理的基礎(chǔ)上，通過應(yīng)用BRP控制模型、投入環(huán)冷與燒結(jié)機聯(lián)調(diào)控制等系列措施，解決了上述問題，并實現(xiàn)了噸礦余熱回收發(fā)電量增加13%的目標(biāo)。

燒結(jié) 余熱回收 廢氣溫度 環(huán)冷機

0 前言

鋼鐵企業(yè)的能源高效利用是實現(xiàn)企業(yè)清潔生產(chǎn)和轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵途徑之一。燒結(jié)工序可利用的余熱約占鋼鐵制造過程總能耗的12%，其中燒結(jié)礦余熱占8%，燒結(jié)廢氣余熱占4%，冷卻機廢氣和燒結(jié)煙氣的顯熱占燒結(jié)過程全部熱支出的50%，燒結(jié)煙氣顯熱的回收利用是燒結(jié)節(jié)能減排的重要途徑[1]。中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計結(jié)果顯示[2]，2015年1～9月份鋼協(xié)會員生產(chǎn)企業(yè)燒結(jié)能耗為47.7 kgce/t左右，與國際先進水平的47 kgce/t有一定差距。河鋼股份有限公司唐山分公司煉鐵部北區(qū)現(xiàn)有4臺燒結(jié)機，采用燒結(jié)環(huán)冷余熱回收發(fā)電技術(shù)。為了進一步利用燒結(jié)余熱資源，使燒結(jié)余熱回收水平達到行業(yè)領(lǐng)先水平，2015年初河鋼股份有限公司唐山分公司煉鐵部對如何提高燒結(jié)余熱利用效率開展了系統(tǒng)的研究，取得了良好的效果。

1 燒結(jié)機余熱回收系統(tǒng)概況

燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)由煙氣回收系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)和汽輪機組系統(tǒng)組成，煙氣回收系統(tǒng)負(fù)責(zé)把燒結(jié)環(huán)冷機產(chǎn)生的高溫廢氣輸送至鍋爐，鍋爐通過熱交換將煙氣熱量傳遞給脫氧水形成蒸汽，達到一定壓力的蒸汽推動汽輪機進行發(fā)電，完成燒結(jié)煙氣熱能向電能的轉(zhuǎn)化。

河鋼股份有限公司唐山分公司煉鐵部北區(qū)4臺燒結(jié)機分別為2臺210 m2、1臺180 m2和1臺265 m2燒結(jié)機，主排風(fēng)機風(fēng)量分別為18 500 m3/min、13 500 m3/min和19 000m3/min，環(huán)冷機的環(huán)冷面積分別為190 m2、280 m2和235 m2，環(huán)冷機的一、二段采用了燒結(jié)余熱回收的工藝。燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)，采取4爐1機的形式，由1#、2#、3#和4#燒結(jié)機環(huán)冷機所配備的雙壓余熱鍋爐和1臺補汽凝氣式汽輪發(fā)電機機組成，發(fā)電機額定輸出功率為25 MW，由于汽輪機對蒸汽的要求比較嚴(yán)格，為防止蒸汽中帶水損害汽輪機葉片，當(dāng)余熱煙氣溫度低于300 ℃時，必須對所屬的余熱鍋爐進行解列，停止向余熱發(fā)電管網(wǎng)提供蒸汽。

2 提高余熱回收效率的生產(chǎn)實踐

針對當(dāng)前燒結(jié)余熱利用能力未完全釋放的現(xiàn)狀，對實際運行的余熱鍋爐系統(tǒng)、燒結(jié)機機尾廢氣溫度控制系統(tǒng)和環(huán)冷機煙氣循環(huán)系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析。研究分析發(fā)現(xiàn)，在上述三大運行系統(tǒng)中，余熱鍋爐系統(tǒng)運行正常，燒結(jié)機機尾廢氣溫度控制系統(tǒng)和環(huán)冷機煙氣循環(huán)系統(tǒng)存在不足，需要針對性進行技術(shù)改進和優(yōu)化。

2.1 燒結(jié)機機尾廢氣溫度優(yōu)化

綜合分析，影響燒結(jié)機機尾廢氣溫度控制的因素主要包括：燒結(jié)機混合料水分不穩(wěn)定，水分含量的波動不利于燒結(jié)過程的穩(wěn)定性；燒結(jié)機料面不平整，造成生產(chǎn)過程波動；燒結(jié)機終點控制不穩(wěn)定，存在過燒或者欠燒狀況。

2.1.1 一混污泥噴頭的設(shè)計開發(fā)

為實現(xiàn)含鐵物料的循環(huán)回收利用，燒結(jié)原料一混處配加煉鋼除塵污泥，煉鋼除塵污泥的污泥濃度約為22%。由于除塵污泥漿為固液混合物，密度大、易沉淀、雜質(zhì)多，通常采用污泥管深入滾筒內(nèi)部進行配加，但是污泥管內(nèi)流出的柱狀水使得混合料水分穩(wěn)定性差，不僅混合料在混合機內(nèi)部容易粘附在混合機內(nèi)壁上形成結(jié)瘤物，而且水分穩(wěn)定性差的混合料直接影響后續(xù)燒結(jié)料層的透氣性、燒結(jié)礦質(zhì)量和余熱的回收利用率。

針對混合料水分穩(wěn)定性差，自主設(shè)計一套除塵污泥漿的霧化配加裝置，利用壓縮氣體的高壓動能，將固液混合態(tài)的污泥漿快速從污泥漿噴吹管以霧化的效果噴出，均勻噴加的污泥漿能夠有效避免粘稠糊狀消石灰的生成，提高了燒結(jié)混合料水分穩(wěn)定性，改善混合料粒度組成標(biāo)準(zhǔn)偏差由0.285%降低至0.198%，混合料粒度組成<3 mm粒級減少了13%，3 mm～5 mm的粒級提高了8%，5 mm～10 mm的粒級提高了12%，>10 mm的粒級減少了7%，混勻料的組成趨于均勻化。一混轉(zhuǎn)爐除塵污泥改造前后混合料水分含量及粒度組成分別見表1、表2。

表1 一混轉(zhuǎn)爐除塵污泥改造前后混合料水分含量

表2 一混轉(zhuǎn)爐除塵污泥改造前后混合料的粒度組成

2.1.2 燒結(jié)機布料圓輥防邊緣粘料裝置的設(shè)計開發(fā)

平整的燒結(jié)機料面是保證燒結(jié)生產(chǎn)穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)，對于燒結(jié)機布料，尤其是厚料層燒結(jié)布料，要求沿臺車寬度方向混合料的粒度分布要合理，邊緣效應(yīng)要??；圓輥下料要均勻、穩(wěn)定，防止“蹦料”；料層的上中下各層混合料應(yīng)具有各自合適的容積密度，即整個料層的偏析要適宜，從而有效控制上中下部燒結(jié)速度，實現(xiàn)“均勻燒結(jié)”。

實際生產(chǎn)中，燒結(jié)圓輥下料過程中邊緣容易出現(xiàn)粘料現(xiàn)象，影響燒結(jié)機邊緣布料，造成臺車兩側(cè)欠料，臺車邊緣漏風(fēng)，邊緣效應(yīng)擴大化，影響燒結(jié)機臺車布料效果。因此，為保持燒結(jié)機料面平整，自制一套燒結(jié)機布料圓輥防邊緣粘料裝置，該裝置包括支承座、鉸接點、連桿、端部螺旋轉(zhuǎn)子和拉桿配重，支撐座焊接在圓輥后部平臺的橫梁上，通過鉸接點與連桿相連接，連桿長度與后部平臺橫梁及圓輥中心矩相匹配，拉桿配重與連桿鉸接，配重可適當(dāng)調(diào)節(jié)。端部螺旋轉(zhuǎn)子為中心有軸，轉(zhuǎn)子兩端有軸承，轉(zhuǎn)子直徑與圓輥直徑相匹配，轉(zhuǎn)子圓周柱面鑲有一定寬度的螺旋式刮刀，螺旋轉(zhuǎn)子的運行軌跡與圓輥輥面圓周的運行軌跡相對應(yīng)。

圓輥防邊緣粘料裝置投用后，圓輥邊緣不再粘料，燒結(jié)機臺車寬度方向布料平整，無虧料欠料，燒結(jié)機料層平整度、燒結(jié)廢氣溫度和余熱煙溫穩(wěn)定性得到改善。

2.1.3 燒結(jié)終點溫度控制優(yōu)化

燒結(jié)終點控制直接影響燒結(jié)余熱回收，過燒時燒結(jié)礦在燒結(jié)機尾部就已經(jīng)開始冷卻過程，欠燒時燒結(jié)混合料中的碳未能得到充分燃燒，產(chǎn)生熱量少，燒結(jié)礦攜帶的熱量減少，導(dǎo)致煙氣溫度降低。

傳統(tǒng)燒結(jié)終點控制方法(Burn Terminal Point)為控制燒結(jié)過程全部完成時臺車所處的位置，例如燒結(jié)終點控制在倒數(shù)第3個風(fēng)箱，這種方法在生產(chǎn)正常或者燒透點前移的情況下可以，但在燒透點偏后情況下就無法直接測量。為了提高燒結(jié)終點控制命中率，采用新型燃燒上升點(Burn Raise Point)控制法替代傳統(tǒng)的BTP法，BRP控制法的原理為在靠近燒結(jié)機中后部風(fēng)箱上的多個溫度檢測點擬合成廢氣溫度曲線，通過計算出BRP的位置來預(yù)知BTP的位置，溫度采集頻率為1 個/min，能夠提前20分鐘判斷終點溫度走勢，從而進行操作預(yù)調(diào)整。

1#燒結(jié)機投用BRP控制模型連續(xù)運行1個月后的燒結(jié)終點溫度和波動情況見表3，可見BRP控制模型投用后燒結(jié)終點溫度波動范圍由170 ℃降低至122 ℃，終點溫度超標(biāo)頻次降低至應(yīng)用前的25%。

表3 BRP控制模型投入使用前后燒結(jié)終點溫度對比

2.2 環(huán)冷機煙氣循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化

環(huán)冷機煙氣循環(huán)系統(tǒng)影響余熱回收的因素主要包括：環(huán)冷機料層厚度、環(huán)冷機布料粒度組成及斷面形狀。

2.2.1 環(huán)冷與燒結(jié)機聯(lián)調(diào)控制

環(huán)冷機與燒結(jié)機速度不匹配或是調(diào)整滯后時，容易導(dǎo)致環(huán)冷機的料層厚度產(chǎn)生波動，影響燒結(jié)余熱回收效果。通過自主設(shè)計環(huán)冷機和燒結(jié)機聯(lián)調(diào)控制，環(huán)冷機與燒結(jié)機實現(xiàn)了機速聯(lián)調(diào)，不僅簡化了崗位操作，而且杜絕了由于崗位操作滯后造成的環(huán)冷料面波動。該聯(lián)調(diào)控制方式穩(wěn)定了環(huán)冷機料層厚度，同時也充分保證了精粉率提升后燒結(jié)礦“難冷”的問題。生產(chǎn)實際表明，環(huán)冷與燒結(jié)機聯(lián)調(diào)控制投用后，環(huán)冷機卸礦溫度降低23 ℃左右，減少了對皮帶的損傷，為提高煙氣余熱利用率提供了保障。

2.2.2 環(huán)冷機料層厚度優(yōu)化和主下料槽設(shè)備改造

環(huán)冷機料層厚度對其冷卻效率和余熱回收有直接影響。隨著環(huán)冷料層厚度的增加，燒結(jié)礦的冷卻總量增加，生產(chǎn)效率相應(yīng)提高；但是環(huán)冷機料層過厚時，料層吹不透，造成環(huán)冷三段溫度偏高，余熱煙氣溫度低，熱量集中在料層終端，在環(huán)冷卸料時，易對皮帶產(chǎn)生燙傷；環(huán)冷機料層過薄，環(huán)冷風(fēng)機風(fēng)量經(jīng)過料層時，風(fēng)量損失大，熱量損耗量大，造成環(huán)冷三段溫度與余熱煙氣溫度均偏低。因此，應(yīng)綜合實際考慮料層厚度的選取，經(jīng)過對實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)的對比分析，得出環(huán)冷機料層厚度維持在1.25 m～1.35 m時，環(huán)冷機三段風(fēng)箱溫度與余熱煙溫處于最佳區(qū)間，不同的環(huán)冷機料層厚度下溫度對比見表4。

表4 不同的環(huán)冷機料層厚度下溫度對比

環(huán)冷機布料方式對其冷卻效率和余熱回收有直接影響。環(huán)冷機斷面采取梯形截面時，可用于回收的高溫廢氣余熱更多，低溫廢氣余熱更少，同時達到增強空氣取熱和強化冷卻過程的作用。

針對環(huán)冷機料面布料方式，對環(huán)冷機主下料槽進行改造，通過改變主下料槽內(nèi)迎料板的長短，以及對其位置進行調(diào)整，使燒結(jié)礦經(jīng)過單齒輥破碎，通過主下料槽迎料板經(jīng)過反射作用后，在環(huán)冷臺車面內(nèi)呈現(xiàn)兩邊稍高，中間偏低的倒梯形布料效果。

3 實施及效果

在高的燒結(jié)機作業(yè)率、厚料層燒結(jié)和低環(huán)冷機漏風(fēng)率的基礎(chǔ)上，通過燒結(jié)一混污泥噴頭和燒結(jié)機布料圓輥防邊緣粘料裝置的開發(fā)應(yīng)用，以及BRP控制模型的應(yīng)用，解決了燒結(jié)機混合料水分波動大，燒結(jié)機料面不平整，以及燒結(jié)終點控制不穩(wěn)定的問題；通過環(huán)冷與燒結(jié)機聯(lián)調(diào)控制的實現(xiàn)，以及環(huán)冷機料層厚度優(yōu)化和主下料槽設(shè)備改造，穩(wěn)定了環(huán)冷機料層厚度，改善環(huán)冷機布料斷面形狀，降低了環(huán)冷機卸礦溫度和三段溫度。上述系列措施實施后，噸礦余熱回收發(fā)電量增加13%，實施前后燒結(jié)余熱回收指標(biāo)對比見表5。

表5 實施前后燒結(jié)余熱回收指標(biāo)對比

4 結(jié)語

通過對燒結(jié)余熱回收過程的精細管理，優(yōu)化燒結(jié)機機尾廢氣溫度控制系統(tǒng)和環(huán)冷機煙氣循環(huán)系統(tǒng)，解決了燒結(jié)環(huán)冷機低溫廢氣余熱回收效率低和運行穩(wěn)定性差等技術(shù)難題，最大程度發(fā)揮了燒結(jié)余熱回收能力，噸燒結(jié)礦余熱發(fā)電量22.3 kw·h，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟和社會效益。

[1] 伍英,周茂軍,馬洛文,等.寶鋼燒結(jié)余熱鍋爐生產(chǎn)實現(xiàn)[J].燒結(jié)球團,2011,36(3):44-46.

[2] 李鵬元,李巍,萬雪.提高燒結(jié)余熱回收產(chǎn)能措施的分析[J].冶金能源,2016,35(3):49-52 .

PRODUCTION PRACTICE TO INCREASE THE UTILIZATION OF SINTERING WASTE HEAT

Liu Wen Hao Jianhai

(Tangshan Branch of He Iron and Steel Co. Ltd.)

Focused on the problem of low recovery ratio of sintering waste heat and the ability of waste heat boiler was not completely utilized, Tang Steel Company optimized the temperature control system of sintering exhaust gas and the gas circulation system of circular cooler. The results showed that on a basis of fine management, the above mentioned problems were solved by the implication of BRP control model and the adoption of associated control between sintering machine and circular cooler and other measures, and the electric energy production of sinter waste heat increased by 13%.

sinter waste heat recovery exhaust gas temperature circular cooler

2016-10-16

*聯(lián)系人：劉雯，工程師，河北.唐山(063000)，河鋼股份有限公司唐山分公司煉鐵部;