寧鋼2#燒結環冷余熱回收利用實踐

錢惠明

（寧波鋼鐵有限公司，浙江寧波 315800）

前言

在鋼鐵生產各工序中，燒結工序的能耗約占全部工序的10%左右，僅次于高爐。從燒結機機尾卸出的燒結礦溫度范圍一般為500～750 ℃，甚至800 ℃，其顯熱約占燒結工序總能耗的35%～45%。熱燒結礦在冷卻過程中蘊含在固體中的熱能變為廢氣顯熱，廢氣溫度隨環冷機部位的不同在120～450 ℃之間變化，其顯熱量約占總熱耗的30%，相當于400～600 MJ/t 燒結礦的熱量被環冷機廢氣帶走。對此部分余熱進行回收利用具有很大的社會效益和經濟效益。

自20 世紀90 年代初寶鋼從日本成套引進燒結環冷余熱回收裝置以來，燒結環冷余熱回收利用技術經過近30年的發展，經科研人員的認真研究和工程設計人員的精心實踐，已經趨于精益求精的階段。燒結環冷余熱回收技術主要有：熱風點火，用作保溫爐的助燃空氣，用于預熱混合料，熱風燒結，余熱鍋爐生產蒸汽等。應用最為普遍的是將燒結環冷煙氣引入余熱鍋爐生產蒸汽。本文主要介紹寧鋼2#燒結環冷余熱回收利用實踐，為后續燒結環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，可釋放的高于環境溫度的熱量和低位發熱量，在進行煙氣余熱回收設計時，首先需要對系統的余熱資源進行仔細分析，余熱資源分析需要考慮以下幾種因素：熱負荷的穩定性，煙氣溫度和流量的確定，煙氣成分，場地條件[1]。

寧波鋼鐵2#燒結設置1 臺430 m2燒結機，對應配置1臺470 m2環冷機對燒結礦進行冷卻。燒結系統工藝參數如下：

有效面積：430 m2;

作業率：97%;

成品礦產能：550 t/h(65%產能);

料層厚度：～750 mm;

環冷鼓風機數量：5臺;

環冷鼓風機全壓：4500 Pa;

環冷鼓風機電功率：1000 kW;

環冷鼓風機：565000 m3/h。

經現場實測，寧鋼2#環冷落料溫度約為517～578 ℃，環冷機高溫段1～7 軸風箱處平均溫度僅為250 ℃，最高約為280 ℃。

本項目煙氣為燒結環冷煙氣，熱負荷穩定性較好，煙氣溫度偏低，基本在250～280 ℃，煙氣主要成分為空氣，環冷機漏風較為嚴重，煙氣溫度有待于提高，場地條件不太理想，沒有足夠的預留場地新建余熱鍋爐。

2 工藝方案

2.1 環冷密封

由于環冷機漏風較為嚴重，煙氣溫度有待于提高，必須對環冷機高溫段進行密封，目標值：經環冷密封后將煙氣溫度提高至320～330 ℃。

（1）環冷門型罩改造

對環冷機高溫段的門型罩進行改造，并設置一定的傾斜角度，有利于煙氣的收集和流動。門型罩外部設硅酸鋁保溫材料，減少門型罩外表面的散熱。門型罩內設置內部隔斷，將高溫段和低溫段分開，避免高溫煙氣和低溫煙氣混合，以提高高溫段的煙氣溫度。

（2）環冷機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置壓板，用楔鐵固定，楔鐵焊接鉸鏈固定在門型罩上。熱風罩與臺車之間密封采用金屬密封，在熱風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，實現密封。

（3）臺車下密封改造和三角梁密封

臺車下側密封采用動密封+靜密封結構形式，密封板采用硅橡膠材質，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，膠板用螺栓固定在小欄板的角鋼框上。

2.2 煙氣系統

據有關文獻介紹：在燒結礦溫度為700 ℃，層厚1650 mm，介質初溫120 ℃的條件下，余熱利用最適宜取用煙氣量為700～750 m3/t燒結礦，在此情況下，帶入冷卻機的燒結礦顯熱的回收率較大[2]。本項目由于燒結產能只有設計產能的65%，平均產量550 t/h，煙氣溫度較低，按文獻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上布置，即余熱鍋爐鋼結構柱跨在環冷機兩側，余熱鍋爐布置在環冷機上方。取風口設置在6～7 軸之間，煙氣自環冷機引出口引出后直接進入余熱鍋爐，余熱鍋爐煙氣下進上出，環冷機煙氣余熱回收采用煙氣再循環系統。機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，引出管上設置高溫煙氣電動蝶閥，經過閥門后，煙氣直接進入余熱鍋爐，收集的煙氣量為180000～280000 m3/h。經余熱鍋爐吸收熱量后，排出140 ℃左右的熱風，再經循環風機增壓后通過DN2200 煙氣管道鼓入環冷機下部混凝土風道中，冷卻環冷燒結礦，從而提高環冷機高溫段煙氣的溫度。在原有排氣筒上設置煙氣放散閥，當余熱鍋爐系統發生故障時，兩處放散閥開啟，煙氣引出管電動蝶閥關閉，煙氣直接排放至大氣，環冷機按現有生產情況組織生產。

為了保證余熱回收系統不影響燒結礦終點冷卻溫度，在循環風機進口擋板前設置煙氣混風管道，上設電動風門。在燒結機利用系數較高，產能較高以及夏季氣溫較高時，可調節回風煙氣的溫度，滿足燒結礦冷卻至皮帶輸送機時溫度，也可避免環冷余熱鍋爐發生缺水情況。

循環風機出口同時設有電動蝶閥，以防在循環風機尚未啟動而環冷機冷卻風機開啟時風機發生反轉，并可防止檢修風機時，避免受環冷機熱風的影響。

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

2.3 汽水系統

余熱鍋爐采用立式自然循環雙壓鍋爐，煙氣自下而上通過余熱鍋爐。為了增大換熱面積，強化換熱效果，受熱面全部采用螺旋螺旋翅片管結構，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、中壓蒸發器I、中壓蒸發器II、中壓省煤器、低壓汽包及除氧頭、除氧蒸發器、鍋爐鋼架、平臺扶梯、防雨棚等組成。鍋爐蒸汽額定參數為2.1 MPa，260 ℃；運行參數為：1.0 MPa，260 ℃。鍋爐采用模塊化結構，各模塊疊加后支承在框架梁上，考慮模塊多次搬運強度，汽包及除氧器支承在頂部梁上。

圖1 煙氣系統流程圖

中壓汽包設計壓力2.3 MPa，運行壓力1.0 MPa，中壓汽包筒體由Q245R 鋼板卷制而成。鍋筒內汽水分離元件為波形板和孔板組合分離器。低壓汽包設計壓力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、淋水結構等內件及外殼構成的脫氧裝置，除氧器出水含氧量≤15 μg/L，除氧水箱容積V=15 m3，在中壓汽包內經單級分離裝置分離出來小部分飽和蒸汽，引入除氧器，對凝結水進行加熱、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 主要設備基本參數

本環冷余熱回收項目主要設備為余熱鍋爐，其基本參數詳見表1。

表1 余熱鍋爐基本技術參數

4 實施效果

本項目于2019 年7 月投產運行，投產后運行穩定，通過增加環冷密封減少了環冷機漏風率，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。所產蒸汽并入余能電廠蒸汽管網。

5 結論

寧鋼2#燒結環冷余熱利用，通過改造環冷門型罩，增設環冷密封等措施，減少了環冷機的漏風，提高了環冷機余熱回收的煙氣溫度，本項目采用自然循環雙壓余熱鍋爐機上布置，占地小，結構簡單緊湊，能降低熱損失和阻力損失， 提高余熱鍋爐的產汽量和出口蒸汽溫度，大幅度提高燒結環冷機廢氣的熱能利用率。