錢惠明

（寧波鋼鐵有限公司，浙江寧波 315800）

前言

在鋼鐵生產(chǎn)各工序中，燒結(jié)工序的能耗約占全部工序的10%左右，僅次于高爐。從燒結(jié)機(jī)機(jī)尾卸出的燒結(jié)礦溫度范圍一般為500～750 ℃，甚至800 ℃，其顯熱約占燒結(jié)工序總能耗的35%～45%。熱燒結(jié)礦在冷卻過程中蘊含在固體中的熱能變?yōu)閺U氣顯熱，廢氣溫度隨環(huán)冷機(jī)部位的不同在120～450 ℃之間變化，其顯熱量約占總熱耗的30%，相當(dāng)于400～600 MJ/t 燒結(jié)礦的熱量被環(huán)冷機(jī)廢氣帶走。對此部分余熱進(jìn)行回收利用具有很大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

自20 世紀(jì)90 年代初寶鋼從日本成套引進(jìn)燒結(jié)環(huán)冷余熱回收裝置以來，燒結(jié)環(huán)冷余熱回收利用技術(shù)經(jīng)過近30年的發(fā)展，經(jīng)科研人員的認(rèn)真研究和工程設(shè)計人員的精心實踐，已經(jīng)趨于精益求精的階段。燒結(jié)環(huán)冷余熱回收技術(shù)主要有：熱風(fēng)點火，用作保溫爐的助燃空氣，用于預(yù)熱混合料，熱風(fēng)燒結(jié)，余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽等。應(yīng)用最為普遍的是將燒結(jié)環(huán)冷煙氣引入余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽。本文主要介紹寧鋼2#燒結(jié)環(huán)冷余熱回收利用實踐，為后續(xù)燒結(jié)環(huán)冷余熱回收提供借鑒和參考。

1 余熱資源分析

煙氣余熱是指被考察體系排出的煙氣，可釋放的高于環(huán)境溫度的熱量和低位發(fā)熱量，在進(jìn)行煙氣余熱回收設(shè)計時，首先需要對系統(tǒng)的余熱資源進(jìn)行仔細(xì)分析，余熱資源分析需要考慮以下幾種因素：熱負(fù)荷的穩(wěn)定性，煙氣溫度和流量的確定，煙氣成分，場地條件[1]。

寧波鋼鐵2#燒結(jié)設(shè)置1 臺430 m2燒結(jié)機(jī)，對應(yīng)配置1臺470 m2環(huán)冷機(jī)對燒結(jié)礦進(jìn)行冷卻。燒結(jié)系統(tǒng)工藝參數(shù)如下：

有效面積：430 m2;

作業(yè)率：97%;

成品礦產(chǎn)能：550 t/h(65%產(chǎn)能);

料層厚度：～750 mm;

環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)數(shù)量：5臺;

環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)全壓：4500 Pa;

環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)電功率：1000 kW;

環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)：565000 m3/h。

經(jīng)現(xiàn)場實測，寧鋼2#環(huán)冷落料溫度約為517～578 ℃，環(huán)冷機(jī)高溫段1～7 軸風(fēng)箱處平均溫度僅為250 ℃，最高約為280 ℃。

本項目煙氣為燒結(jié)環(huán)冷煙氣，熱負(fù)荷穩(wěn)定性較好，煙氣溫度偏低，基本在250～280 ℃，煙氣主要成分為空氣，環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)較為嚴(yán)重，煙氣溫度有待于提高，場地條件不太理想，沒有足夠的預(yù)留場地新建余熱鍋爐。

2 工藝方案

2.1 環(huán)冷密封

由于環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)較為嚴(yán)重，煙氣溫度有待于提高，必須對環(huán)冷機(jī)高溫段進(jìn)行密封，目標(biāo)值：經(jīng)環(huán)冷密封后將煙氣溫度提高至320～330 ℃。

（1）環(huán)冷門型罩改造

對環(huán)冷機(jī)高溫段的門型罩進(jìn)行改造，并設(shè)置一定的傾斜角度，有利于煙氣的收集和流動。門型罩外部設(shè)硅酸鋁保溫材料，減少門型罩外表面的散熱。門型罩內(nèi)設(shè)置內(nèi)部隔斷，將高溫段和低溫段分開，避免高溫?zé)煔夂偷蜏責(zé)煔饣旌?，以提高高溫段的煙氣溫度?/p>

（2）環(huán)冷機(jī)臺車欄板與門型密封罩之間的密封改造

密封罩與臺車欄板之間的密封采用鍍鋅板外加硅橡膠板密封，臺車欄板上增加密封面，門型罩上焊接楔鐵座，鍍鋅板及密封橡膠板外設(shè)置壓板，用楔鐵固定，楔鐵焊接鉸鏈固定在門型罩上。熱風(fēng)罩與臺車之間密封采用金屬密封，在熱風(fēng)罩下部安裝一圈密封片，密封片的下端與斜面接觸，工作時密封片在原滑道斜面上滑動，實現(xiàn)密封。

（3）臺車下密封改造和三角梁密封

臺車下側(cè)密封采用動密封+靜密封結(jié)構(gòu)形式，密封板采用硅橡膠材質(zhì)，動、靜密封板固定均采用壓板。三角梁密封板采用硅橡膠材質(zhì)，膠板用螺栓固定在小欄板的角鋼框上。

2.2 煙氣系統(tǒng)

據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)介紹：在燒結(jié)礦溫度為700 ℃，層厚1650 mm，介質(zhì)初溫120 ℃的條件下，余熱利用最適宜取用煙氣量為700～750 m3/t燒結(jié)礦，在此情況下，帶入冷卻機(jī)的燒結(jié)礦顯熱的回收率較大[2]。本項目由于燒結(jié)產(chǎn)能只有設(shè)計產(chǎn)能的65%，平均產(chǎn)量550 t/h，煙氣溫度較低，按文獻(xiàn)推薦煙氣量取值勢必造成煙氣量取用過大，從而造成煙氣溫度下降，故煙氣量按推薦煙氣量的50%～70%取用，即18 萬～28萬m3/h。

本項目由于場地限制，余熱回收裝置采用機(jī)上布置，即余熱鍋爐鋼結(jié)構(gòu)柱跨在環(huán)冷機(jī)兩側(cè)，余熱鍋爐布置在環(huán)冷機(jī)上方。取風(fēng)口設(shè)置在6～7 軸之間，煙氣自環(huán)冷機(jī)引出口引出后直接進(jìn)入余熱鍋爐，余熱鍋爐煙氣下進(jìn)上出，環(huán)冷機(jī)煙氣余熱回收采用煙氣再循環(huán)系統(tǒng)。機(jī)上布置的方式減少了煙氣的輸送距離，從而大大減少了煙氣輸送過程中的溫降和阻力損失。煙氣系統(tǒng)流程圖詳見圖1。

從高溫段煙罩引出DN3000 煙氣管道，引出管上設(shè)置高溫?zé)煔怆妱拥y，經(jīng)過閥門后，煙氣直接進(jìn)入余熱鍋爐，收集的煙氣量為180000～280000 m3/h。經(jīng)余熱鍋爐吸收熱量后，排出140 ℃左右的熱風(fēng)，再經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)增壓后通過DN2200 煙氣管道鼓入環(huán)冷機(jī)下部混凝土風(fēng)道中，冷卻環(huán)冷燒結(jié)礦，從而提高環(huán)冷機(jī)高溫段煙氣的溫度。在原有排氣筒上設(shè)置煙氣放散閥，當(dāng)余熱鍋爐系統(tǒng)發(fā)生故障時，兩處放散閥開啟，煙氣引出管電動蝶閥關(guān)閉，煙氣直接排放至大氣，環(huán)冷機(jī)按現(xiàn)有生產(chǎn)情況組織生產(chǎn)。

為了保證余熱回收系統(tǒng)不影響燒結(jié)礦終點冷卻溫度，在循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)口擋板前設(shè)置煙氣混風(fēng)管道，上設(shè)電動風(fēng)門。在燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)較高，產(chǎn)能較高以及夏季氣溫較高時，可調(diào)節(jié)回風(fēng)煙氣的溫度，滿足燒結(jié)礦冷卻至皮帶輸送機(jī)時溫度，也可避免環(huán)冷余熱鍋爐發(fā)生缺水情況。

循環(huán)風(fēng)機(jī)出口同時設(shè)有電動蝶閥，以防在循環(huán)風(fēng)機(jī)尚未啟動而環(huán)冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)開啟時風(fēng)機(jī)發(fā)生反轉(zhuǎn)，并可防止檢修風(fēng)機(jī)時，避免受環(huán)冷機(jī)熱風(fēng)的影響。

余熱鍋爐煙氣總阻力在額定工況下≤800 Pa，最大工況下≤1200 Pa。設(shè)計排煙溫度：140 ℃。

2.3 汽水系統(tǒng)

余熱鍋爐采用立式自然循環(huán)雙壓鍋爐，煙氣自下而上通過余熱鍋爐。為了增大換熱面積，強(qiáng)化換熱效果，受熱面全部采用螺旋螺旋翅片管結(jié)構(gòu)，材料20(GB3087)，管壁厚≥3 mm，翅片材料為08Al。

余熱鍋爐本體由中壓過熱器、集汽集箱、減溫器、中壓汽包、中壓蒸發(fā)器I、中壓蒸發(fā)器II、中壓省煤器、低壓汽包及除氧頭、除氧蒸發(fā)器、鍋爐鋼架、平臺扶梯、防雨棚等組成。鍋爐蒸汽額定參數(shù)為2.1 MPa，260 ℃；運行參數(shù)為：1.0 MPa，260 ℃。鍋爐采用模塊化結(jié)構(gòu)，各模塊疊加后支承在框架梁上，考慮模塊多次搬運強(qiáng)度，汽包及除氧器支承在頂部梁上。

圖1 煙氣系統(tǒng)流程圖

中壓汽包設(shè)計壓力2.3 MPa，運行壓力1.0 MPa，中壓汽包筒體由Q245R 鋼板卷制而成。鍋筒內(nèi)汽水分離元件為波形板和孔板組合分離器。低壓汽包設(shè)計壓力0.5 MPa，運行壓力0.4 MPa，低壓汽包由汽包筒體和除氧頭組成，低壓汽包筒體由Q245R 鋼板卷制而成。除氧頭除氧能力30 t/h，除氧頭采用立式、噴霧淋水盤式除氧器，由噴嘴、淋水結(jié)構(gòu)等內(nèi)件及外殼構(gòu)成的脫氧裝置，除氧器出水含氧量≤15 μg/L，除氧水箱容積V=15 m3，在中壓汽包內(nèi)經(jīng)單級分離裝置分離出來小部分飽和蒸汽，引入除氧器，對凝結(jié)水進(jìn)行加熱、除氧。

減溫器采用旋渦文丘里式（帶水容室的文丘里式、多孔噴管式）噴水減溫器。

3 主要設(shè)備基本參數(shù)

本環(huán)冷余熱回收項目主要設(shè)備為余熱鍋爐，其基本參數(shù)詳見表1。

表1 余熱鍋爐基本技術(shù)參數(shù)

4 實施效果

本項目于2019 年7 月投產(chǎn)運行，投產(chǎn)后運行穩(wěn)定，通過增加環(huán)冷密封減少了環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)率，煙氣溫度提高到320～350 ℃。余熱鍋爐運行工況壓力1.0 MPa，在煙氣量Q=18 萬m3/h，煙氣溫度320 ℃工況下，余熱鍋爐平均產(chǎn)汽量，中壓蒸汽（1.0 MPa，260 ℃）13 t/h，低壓蒸汽（0.4 MPa 飽和蒸汽）3 t/h。所產(chǎn)蒸汽并入余能電廠蒸汽管網(wǎng)。

5 結(jié)論

寧鋼2#燒結(jié)環(huán)冷余熱利用，通過改造環(huán)冷門型罩，增設(shè)環(huán)冷密封等措施，減少了環(huán)冷機(jī)的漏風(fēng)，提高了環(huán)冷機(jī)余熱回收的煙氣溫度，本項目采用自然循環(huán)雙壓余熱鍋爐機(jī)上布置，占地小，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，能降低熱損失和阻力損失， 提高余熱鍋爐的產(chǎn)汽量和出口蒸汽溫度，大幅度提高燒結(jié)環(huán)冷機(jī)廢氣的熱能利用率。