楊繼銳

（河北邯鋼集團邯寶公司能源中心，河北邯鄲 056015）

前言

某鋼廠在2008 年新建2 臺360 m2燒結(jié)機，配套2臺雙壓余熱鍋爐、1臺汽輪發(fā)電機組。鍋爐為雙壓自然循環(huán)無補燃型余熱鍋爐。鍋爐額定高壓過熱蒸汽壓力為1.96 MPa，額定高壓過熱蒸汽溫度為380 ℃，額定高壓蒸發(fā)量為49 t/h，額定低壓過熱蒸汽壓力為0.49 MPa，額定低壓過熱蒸汽溫度為235 ℃，額定低壓蒸發(fā)量為19 t/h，鍋爐進口煙氣溫度為400～500 ℃。為了滿足環(huán)保達標(biāo)排放和燒結(jié)提產(chǎn)的要求，高效回收利用余熱煙氣，提高發(fā)電量，公司于2022年一季度完成了對2臺360 m2燒結(jié)環(huán)冷機水密封改造和附屬配套設(shè)備的升級改造，升級改造后的環(huán)冷機為2臺415 m2的水密封環(huán)冷機。

1 環(huán)冷機水密封改造

1.1 環(huán)冷機水密封改造前上、下密封工藝原理

原環(huán)冷機臺車與上部煙罩的內(nèi)側(cè)、外側(cè)間隙約為50 mm，在環(huán)冷機高溫段和低溫段的內(nèi)側(cè)和外側(cè)使用耐高溫的不銹鋼片作為密封材料，耐熱鋼片長500 mm、寬350 mm、厚0.5 mm。根據(jù)臺車轉(zhuǎn)向，耐高溫的不銹鋼片依次排列，每塊耐熱鋼片用兩個M16×50 的螺母固定在煙罩上。隨著環(huán)冷機的運行，耐熱鋼片發(fā)生翹曲變形，環(huán)冷機運行時有熱煙氣泄露，熱能利用率低。

原環(huán)冷機臺車和下部風(fēng)箱的內(nèi)側(cè)、外側(cè)間隙約為30 mm，使用30 mm 厚、70 mm 寬的耐高溫成型橡膠填料密封固定在風(fēng)箱上，作為下部密封。缺點是填料密封使用周期短，容易脫落，漏風(fēng)量大。改造前環(huán)冷機上部密封和下部密封示意圖見圖1。

圖1 改造前臺車和上部煙罩、下部風(fēng)箱密封示意圖

1.2 水密封改造后環(huán)冷機上、下密封工藝原理

環(huán)冷機臺車欄板與煙罩的上部密封裝置由內(nèi)、外兩個相對獨立的環(huán)形槽組成，槽的深度300 mm，內(nèi)部注水，正常運行水位保持在250 mm，能克服環(huán)冷機臺車和煙罩的壓力在-200～200 Pa 之間波動，密封水不會壓穿。固定于鋼架的煙罩兩側(cè)環(huán)形密封板插入環(huán)形水槽中，以此來切斷冷卻風(fēng)與大氣之間的通道，達到密封的目的。改造后系統(tǒng)具有如下特點：（1）各密封罩均采用鋼板和型鋼焊接而成，加強筋板均采用斷續(xù)焊，以防變形。（2）密封罩全段采取全密封結(jié)構(gòu)，其中熱廢氣回收段（高溫段、低溫段）做內(nèi)保溫，降低煙氣散熱損失，同時確保密封頂部不易積灰，易檢修拆卸。改造后上部密封如圖2所示。

圖2 改造后臺車和上部煙罩、下部風(fēng)箱水密封示意圖

環(huán)冷機臺車與風(fēng)箱的下部密封裝置由內(nèi)、外兩個相對獨立的環(huán)形槽組成，槽的深度為650 mm，內(nèi)部注水，正常運行水位保持在550 mm，環(huán)冷機入口風(fēng)壓保持在2.5～4 kPa左右，下部水密封能克服5.5 kPa的環(huán)冷機鼓風(fēng)壓力，確保運行時密封水不會從水槽溢流。固定于環(huán)冷機回轉(zhuǎn)體下部的環(huán)形密封板插入環(huán)形水槽中，切斷冷卻風(fēng)與大氣之間的通道，達到密封的目的。改造后系統(tǒng)具有如下特點：（1）密封介質(zhì)為水，可以大大減少密封阻力，漏風(fēng)率低，并能減少粉塵污染，改善環(huán)冷機周圍環(huán)境。（2）附加一道橡膠密封為平面密封，可以減少粉塵進入密封水槽形成沉淀，同時也能進一步減少冷卻風(fēng)的泄露。（3）在環(huán)冷機通風(fēng)段的頭、尾分別設(shè)有端部密封，防止冷卻風(fēng)由冷卻區(qū)向非冷卻區(qū)泄露。（4）余熱利用熱風(fēng)循環(huán)段與正常冷卻段之間設(shè)有蝶閥，防止互相竄風(fēng)，影響取熱效果。（5）水槽底部共設(shè)有4 個排污口，排污口直徑為150 mm。設(shè)置有刮小顆粒、污泥的措施。改造后下部密封如圖2所示。

1.3 水密封改造后多功能鼓風(fēng)環(huán)冷機的工作原理

扇形臺車通過通軸連接在高剛性回轉(zhuǎn)框架上，扇形臺車與回轉(zhuǎn)框架等部件一起組成回轉(zhuǎn)體，靠支承輥支撐，回轉(zhuǎn)體在摩擦傳動裝置的驅(qū)動下，繞著環(huán)冷機回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，臺車欄板與臺車篦板平面圍成了環(huán)形的裝料空間。800 ℃左右的熱燒結(jié)礦被均勻布到臺車上，鼓風(fēng)系統(tǒng)輸出的氣流進入風(fēng)箱后，穿過臺車篦板間隙進入料層，與熱燒結(jié)礦進行充分接觸并進行熱交換，通過循環(huán)風(fēng)帶走熱量。經(jīng)過一個周期的運行，熱燒結(jié)礦冷卻到120 ℃以下，臺車沿偏心軸的軸心自動旋轉(zhuǎn)卸料，完成燒結(jié)礦的冷卻過程。改造后系統(tǒng)具有如下特點：（1）熱風(fēng)回收利用率高，漏風(fēng)率低，并能減少粉塵污染。（2）進入鍋爐入口煙氣溫度增加，提高了鍋爐出力。（3）換熱充分，降低了附屬冷卻風(fēng)機的功率，降低了風(fēng)機電耗。［1］

2 兩臺鍋爐更換高溫?zé)煹?，降低散熱損失

原燒結(jié)機煙罩出口和鍋爐入口配套的煙道為3.8×3.8 m 的矩形煙道，材質(zhì)Q235A，考慮到環(huán)冷機水密封改造后，進入爐膛的煙氣溫度會更高，煙道更容易發(fā)生變形，對2 臺環(huán)冷機對應(yīng)的1#余熱鍋爐和2#余熱鍋爐的高溫?zé)煹肋M行升級改造，將環(huán)冷機三通閥出口至鍋爐入口更換為厚度8 mm 的15Cr 耐高溫鋼板制作煙道（更換位置見圖3），耐溫性能更好，煙道不會因為高溫發(fā)生彎曲變形，1#鍋爐更換高溫?zé)煹?2 m，2#鍋爐更換高溫?zé)煹?00 m，2 臺鍋爐原配套的高溫?zé)煹莱龎m器保持不變。更換的高溫?zé)煹劳獠夸佋O(shè)100 mm厚硅酸鋁纖維氈，保護層使用1 mm 鍍鋅鐵板，大大降低了高溫?zé)煹赖纳釗p失，提高了余熱利用效率。低溫?zé)煹览迷瓉淼臒煹馈?/p>

圖3 環(huán)冷機煙氣系統(tǒng)圖

3 環(huán)冷機低溫段回風(fēng)管道加裝調(diào)節(jié)門

在原燒結(jié)余熱環(huán)冷機循環(huán)風(fēng)機出口處，布置有環(huán)冷機高溫段的2 個回風(fēng)口、低溫段的2 個回風(fēng)口，4 個回風(fēng)口管道的直徑為2 000 mm。經(jīng)過長期運行實踐發(fā)現(xiàn)，4 個回風(fēng)口分布在環(huán)冷機高溫段和低溫短，導(dǎo)致環(huán)冷機高溫段冷卻風(fēng)量不足，燒結(jié)礦的熱量不能充分利用，造成熱量損失。進入余熱鍋爐高壓側(cè)的煙氣量和溫度受限，影響了鍋爐高壓系統(tǒng)的出力。進入低溫段的風(fēng)量大于燒結(jié)礦冷卻需要的風(fēng)量，導(dǎo)致燒結(jié)礦過冷卻，降低了進入余熱鍋爐低壓側(cè)的煙氣量和煙氣溫度，降低了鍋爐的經(jīng)濟性和熱效率。［2］

為了充分釋放燒結(jié)礦儲存的熱量，優(yōu)化進入環(huán)冷機高溫段和低溫段的冷卻風(fēng)量，實現(xiàn)余熱資源利用最大化，在環(huán)冷機低溫段的2 個直徑為2 000 mm的3#、4#回風(fēng)管道上加裝調(diào)節(jié)閥，加裝位置如圖3所示。加裝調(diào)節(jié)閥后，環(huán)冷機變工況運行時風(fēng)量得到有效調(diào)整，進入鍋爐高溫系統(tǒng)和低溫系統(tǒng)的煙氣溫度穩(wěn)定在最佳溫度。

4 改造后系統(tǒng)經(jīng)濟效益評估

水密封改造后，對一臺鍋爐而言，進入鍋爐高溫段煙氣的流量由原來的34 萬m3/h提高到40 萬m3/h，進入鍋爐低溫段煙氣的流量由原來的32 萬m3/h 提高到38 萬m3/h，進入鍋爐入口的高溫?zé)煔鉁囟扔?70 ℃提高到520 ℃，進入鍋爐入口的低溫?zé)煔鉁囟扔?30 ℃提高到360 ℃，鍋爐高壓蒸汽流量由39 t/h提高到49 t/h，鍋爐低壓蒸汽的流量由13 t/h 提高到19 t/h。通過對環(huán)冷機低溫段回風(fēng)管道加裝調(diào)節(jié)閥門，調(diào)整了環(huán)冷機工藝參數(shù)，實現(xiàn)了鍋爐煙氣系統(tǒng)工藝參數(shù)的動態(tài)調(diào)整，使系統(tǒng)保持在最優(yōu)工況區(qū)域運行。

通過對燒結(jié)余熱2 臺環(huán)冷機進行水密封改造、2臺鍋爐更換高溫?zé)煹馈?臺環(huán)冷機低溫段回風(fēng)管道加裝調(diào)節(jié)門，系統(tǒng)運行后各項參數(shù)有了明顯提高，2022 年度發(fā)電量比2021 年度增加2 557.3 萬kWh。環(huán)冷機水密封改造前、后年度發(fā)電量見表1。

表1 近5年燒結(jié)余熱發(fā)電量

2 臺鍋爐高壓蒸汽產(chǎn)量增加20 t/h，低壓蒸汽產(chǎn)量增加12 t/h，提高發(fā)電負荷4 000 kWh，冬天采暖季機組停運，蒸汽外送。年發(fā)電機組有效運行時間6 300 h，按0.54 元/kWh 計算，每年可創(chuàng)造經(jīng)濟效益1 360.8 萬元。年節(jié)約標(biāo)煤0.88 萬t，年減少CO2排放量2.197 萬t、SO2排放量0.066 萬t、NOX排放量0.033 萬t、粉塵排放量0.6 萬t。由此可見，具有明顯的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

5 結(jié)束語

對燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)進行升級改造后，提高了環(huán)冷機余熱煙氣的回收利用率、鍋爐的出力和系統(tǒng)發(fā)電量，降低了環(huán)冷機煙氣攜帶的粉塵污染，改善了環(huán)冷機周圍環(huán)境，經(jīng)濟效益和社會效益顯著［3］。通過對燒結(jié)環(huán)冷機進行水密封改造，提高了燒結(jié)工序余熱利用率，降低了燒結(jié)工序能耗，為公司創(chuàng)造了巨大經(jīng)濟效益，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、打造綠色循環(huán)經(jīng)濟奠定了堅實的基礎(chǔ)。