楊繼銳

（河北邯鋼集團(tuán)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(tái)360 m2燒結(jié)機(jī)，配套2臺(tái)雙壓余熱鍋爐、1臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組。鍋爐為雙壓自然循環(huán)無(wú)補(bǔ)燃型余熱鍋爐。鍋爐額定高壓過(guò)熱蒸汽壓力為1.96 MPa，額定高壓過(guò)熱蒸汽溫度為380 ℃，額定高壓蒸發(fā)量為49 t/h，額定低壓過(guò)熱蒸汽壓力為0.49 MPa，額定低壓過(guò)熱蒸汽溫度為235 ℃，額定低壓蒸發(fā)量為19 t/h，鍋爐進(jìn)口煙氣溫度為400～500 ℃。為了滿足環(huán)保達(dá)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(duì)2臺(tái)360 m2燒結(jié)環(huán)冷機(jī)水密封改造和附屬配套設(shè)備的升級(jí)改造，升級(jí)改造后的環(huán)冷機(jī)為2臺(tái)415 m2的水密封環(huán)冷機(jī)。

1 環(huán)冷機(jī)水密封改造

1.1 環(huán)冷機(jī)水密封改造前上、下密封工藝原理

原環(huán)冷機(jī)臺(tái)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(jī)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(zhǎng)500 mm、寬350 mm、厚0.5 mm。根據(jù)臺(tái)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(gè)M16×50 的螺母固定在煙罩上。隨著環(huán)冷機(jī)的運(yùn)行，耐熱鋼片發(fā)生翹曲變形，環(huán)冷機(jī)運(yùn)行時(shí)有熱煙氣泄露，熱能利用率低。

原環(huán)冷機(jī)臺(tái)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(diǎn)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(jī)上部密封和下部密封示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 改造前臺(tái)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(jī)上、下密封工藝原理

環(huán)冷機(jī)臺(tái)車欄板與煙罩的上部密封裝置由內(nèi)、外兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的環(huán)形槽組成，槽的深度300 mm，內(nèi)部注水，正常運(yùn)行水位保持在250 mm，能克服環(huán)冷機(jī)臺(tái)車和煙罩的壓力在-200～200 Pa 之間波動(dòng)，密封水不會(huì)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(lái)切斷冷卻風(fēng)與大氣之間的通道，達(dá)到密封的目的。改造后系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：（1）各密封罩均采用鋼板和型鋼焊接而成，加強(qiáng)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(shí)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(tái)車和上部煙罩、下部風(fēng)箱水密封示意圖

環(huán)冷機(jī)臺(tái)車與風(fēng)箱的下部密封裝置由內(nèi)、外兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的環(huán)形槽組成，槽的深度為650 mm，內(nèi)部注水，正常運(yùn)行水位保持在550 mm，環(huán)冷機(jī)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(jī)鼓風(fēng)壓力，確保運(yùn)行時(shí)密封水不會(huì)從水槽溢流。固定于環(huán)冷機(jī)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(dá)到密封的目的。改造后系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：（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(jī)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(jìn)入密封水槽形成沉淀，同時(shí)也能進(jìn)一步減少冷卻風(fēng)的泄露。（3）在環(huán)冷機(jī)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(gè)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(jī)的工作原理

扇形臺(tái)車通過(guò)通軸連接在高剛性回轉(zhuǎn)框架上，扇形臺(tái)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(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下，繞著環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，臺(tái)車欄板與臺(tái)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(tái)車上，鼓風(fēng)系統(tǒng)輸出的氣流進(jìn)入風(fēng)箱后，穿過(guò)臺(tái)車篦板間隙進(jìn)入料層，與熱燒結(jié)礦進(jìn)行充分接觸并進(jìn)行熱交換，通過(guò)循環(huán)風(fēng)帶走熱量。經(jīng)過(guò)一個(gè)周期的運(yùn)行，熱燒結(jié)礦冷卻到120 ℃以下，臺(tái)車沿偏心軸的軸心自動(dòng)旋轉(zhuǎn)卸料，完成燒結(jié)礦的冷卻過(guò)程。改造后系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：（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(jìn)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(jī)的功率，降低了風(fēng)機(jī)電耗。［1］

2 兩臺(tái)鍋爐更換高溫?zé)煹?，降低散熱損失

原燒結(jié)機(jī)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(jī)水密封改造后，進(jìn)入爐膛的煙氣溫度會(huì)更高，煙道更容易發(fā)生變形，對(duì)2 臺(tái)環(huán)冷機(jī)對(duì)應(yīng)的1#余熱鍋爐和2#余熱鍋爐的高溫?zé)煹肋M(jìn)行升級(jí)改造，將環(huán)冷機(jī)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(jiàn)圖3），耐溫性能更好，煙道不會(huì)因?yàn)楦邷匕l(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(tái)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(hù)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?lái)的煙道。

圖3 環(huán)冷機(jī)煙氣系統(tǒng)圖

3 環(huán)冷機(jī)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(jī)循環(huán)風(fēng)機(jī)出口處，布置有環(huán)冷機(jī)高溫段的2 個(gè)回風(fēng)口、低溫段的2 個(gè)回風(fēng)口，4 個(gè)回風(fēng)口管道的直徑為2 000 mm。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，4 個(gè)回風(fēng)口分布在環(huán)冷機(jī)高溫段和低溫短，導(dǎo)致環(huán)冷機(jī)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(jìn)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(jìn)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(guò)冷卻，降低了進(jìn)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(jì)性和熱效率。［2］

為了充分釋放燒結(jié)礦儲(chǔ)存的熱量，優(yōu)化進(jìn)入環(huán)冷機(jī)高溫段和低溫段的冷卻風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)余熱資源利用最大化，在環(huán)冷機(jī)低溫段的2 個(gè)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(jī)變工況運(yùn)行時(shí)風(fēng)量得到有效調(diào)整，進(jìn)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(jì)效益評(píng)估

水密封改造后，對(duì)一臺(tái)鍋爐而言，進(jìn)入鍋爐高溫段煙氣的流量由原來(lái)的34 萬(wàn)m3/h提高到40 萬(wàn)m3/h，進(jìn)入鍋爐低溫段煙氣的流量由原來(lái)的32 萬(wàn)m3/h 提高到38 萬(wàn)m3/h，進(jìn)入鍋爐入口的高溫?zé)煔鉁囟扔?70 ℃提高到520 ℃，進(jìn)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(guò)對(duì)環(huán)冷機(jī)低溫段回風(fēng)管道加裝調(diào)節(jié)閥門，調(diào)整了環(huán)冷機(jī)工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了鍋爐煙氣系統(tǒng)工藝參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，使系統(tǒng)保持在最優(yōu)工況區(qū)域運(yùn)行。

通過(guò)對(duì)燒結(jié)余熱2 臺(tái)環(huán)冷機(jī)進(jìn)行水密封改造、2臺(tái)鍋爐更換高溫?zé)煹馈?臺(tái)環(huán)冷機(jī)低溫段回風(fēng)管道加裝調(diào)節(jié)門，系統(tǒng)運(yùn)行后各項(xiàng)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(wàn)kWh。環(huán)冷機(jī)水密封改造前、后年度發(fā)電量見(jiàn)表1。

表1 近5年燒結(jié)余熱發(fā)電量

2 臺(tái)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(fù)荷4 000 kWh，冬天采暖季機(jī)組停運(yùn)，蒸汽外送。年發(fā)電機(jī)組有效運(yùn)行時(shí)間6 300 h，按0.54 元/kWh 計(jì)算，每年可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益1 360.8 萬(wàn)元。年節(jié)約標(biāo)煤0.88 萬(wàn)t，年減少CO2排放量2.197 萬(wàn)t、SO2排放量0.066 萬(wàn)t、NOX排放量0.033 萬(wàn)t、粉塵排放量0.6 萬(wàn)t。由此可見(jiàn)，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造后，提高了環(huán)冷機(jī)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(jī)煙氣攜帶的粉塵污染，改善了環(huán)冷機(jī)周圍環(huán)境，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著［3］。通過(guò)對(duì)燒結(jié)環(huán)冷機(jī)進(jìn)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(jì)效益，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、打造綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。