2×500 m2燒結系統余熱回收技術的應用

吳洪勛，于連濤

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東 濟南250101）

1 前言

在鋼鐵生產過程中，燒結工序的能耗約占總能耗的10%，僅次于煉鐵工序，位居第二。在燒結工序總能耗中，有近50%的熱能以燒結煙氣和冷卻機廢氣的顯熱形式排入大氣。由于燒結冷卻機廢氣的溫度不高，僅150～450℃，加上以前余熱回收技術的局限，余熱回收項目往往被忽略。現在國家大力提倡循環經濟和節能減排技術，燒結的余熱回收越來越受到重視［1-2］。

山鋼集團日照公司年產鐵水810萬t，粗鋼850萬t，商品鋼材790萬t。配套建設2臺500 m2燒結機，2臺650 m2環冷機，年產1 120萬t冷燒結礦。每臺燒結機配套煙氣循環系統進行煙氣循環利用；每臺環冷機分別設置余熱回收裝置，將環冷機煙囪廢氣中的余熱通過余熱鍋爐產生蒸汽，用于汽輪發電機發電。

2 燒結工藝主要余熱資源

山鋼集團日照公司燒結工程生產過程的余熱資源主要由燒結機燒結的高溫廢煙氣余熱和燒結冷卻廢氣余熱兩部分組成。燒結煙氣的平均溫度在130～150℃，所含熱量約占總熱量的20%，燒結機機尾煙氣溫度可達300～400℃；環冷機的廢氣溫度在100～450℃，其熱量約占總熱量的30%～35%。在燒結工序總能耗中，這兩部分廢氣的余熱帶走了約50%的熱能釋放到大氣中，不僅嚴重污染了環境，同時還造成了巨大的能源浪費［3］。為對該部分燒結余熱有效地回收利用，山鋼集團日照公司配套建設了煙氣循環系統及燒結余熱發電系統。

3 燒結余熱利用

3.1 燒結主抽煙氣的循環利用

山鋼集團日照公司500 m2燒結生產采用的是抽風燒結技術，是自上而下進行的。根據燒結過程中料層高度和溫度的變化可分為燒結礦層、燃燒層、預熱層、干燥層和過濕層5層。隨著燃燒的進行，后面的4層逐漸消失，最終只剩下燒結礦層。在此過程中隨著燒結機臺車的移動，燃燒層不斷下移，燒結礦層的溫度從1 000～1 100℃逐漸被主抽風機抽進來的冷空氣冷卻，主抽煙道的廢氣溫度逐漸升高。

煙氣循環燒結技術是將部分主抽尾氣混入燒結機密封罩替代常溫空氣，這樣可以對燒結料表層進行加熱，同時循環引入的燒結尾氣含有大量含碳可燃氣體，利于降低燒結燃耗。在普通的厚料層燒結工藝中，由于料層的自動蓄熱作用較強，導致下部熱量過剩，上部熱量不足。煙氣循環燒結則通過引入主抽風機的部分熱廢氣，提升通過燒結料層的氣流溫度，使料層上部的燒結溫度升高，從而減少上下料層溫差，同時帶入的可燃氣體還可以降低固體燃料消耗［4］。煙氣循環減少了主抽煙氣的排放量和脫硫脫硝的處理量，明顯降低脫硫脫硝能耗，因此，采用煙氣循環燒結技術對降低能耗具有重要意義。燒結煙氣循環工藝燒結過程如圖1所示。

3.2 燒結環冷機部分余熱回收利用

當前我國冷卻燒結礦的設備有環冷機和帶冷機兩種，在運行的原理上兩者基本一致，區別只是環形運行和直線運行。山鋼集團日照公司采用的是環冷機冷卻燒結礦工藝［5-6］，燒結礦料從燒結機下到環冷機臺車上。燒結礦料的溫度可達到800℃，經鼓風機逐步冷卻至100℃左右。環冷機排出的廢氣帶走的熱量大約為燒結礦燒成系統熱耗量的35%。為了降低燒結工序的能耗，在環冷機高、中溫段設煙氣收集裝置，將燒結廢氣送入余熱鍋爐，通過余熱鍋爐將燒結廢氣熱量轉化為一定溫度和壓力的蒸汽，通過汽輪機做功從而拖動發電機進行發電，大大提高了燒結能源利用率，經濟效益十分可觀。

燒結環冷機共分6段（沿環冷機的運行方向依次為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ段），環冷機廢煙氣余熱分為兩部分:Ⅰ、Ⅱ段高溫廢煙氣余熱回收，用于產生蒸汽供汽輪發電機組發電；Ⅲ段低溫廢煙氣余熱用于生產高溫熱水。燒結余熱回收系統采用煙氣循環利用的方案，即環冷機Ⅰ、Ⅱ段上方設置內絕熱煙罩，并分成兩個相對獨立的區段，每個區段均設置1座煙囪，煙囪上設置3通管道，配置電動切換蝶閥，正常工作時，切換閥均將煙氣導入鍋爐煙道，必要時將煙氣直接排入大氣。Ⅰ段的切換蝶閥將高溫煙氣通過煙道送入鍋爐的高溫煙氣進口；Ⅱ段的切換蝶閥將低溫煙氣通過煙道送入鍋爐的低溫煙氣進口。高低溫煙氣在余熱鍋爐內混合，混合時兩路煙氣的壓力基本一致。鍋爐出口設鍋爐循環風機，正常工況時，循環風機將余熱鍋爐排出的煙氣回送至環冷機Ⅰ、Ⅱ段風箱。環冷機回收的中高溫煙氣參數為:高溫煙氣溫度390～410℃，流量46.5×104Nm3/h；中溫煙氣溫度290～310℃，流量46.5×104Nm3/h。余熱鍋爐循環煙氣流程見圖2。

山鋼集團日照公司余熱發電項目采用低品位補汽凝汽式汽輪機，額定功率30 MW，最大功率33 MW，配套無刷勵磁空冷式同步交流發電機。采用中壓蒸汽作為燒結區域內30 MW汽輪發電機組汽輪機主汽，低壓蒸汽作為汽輪發電機組補汽。進入汽輪發電機的中低壓蒸汽經汽輪機做功后，蒸汽熱能轉換為機械能，拖動發電機發電。

圖2 環冷機與鍋爐循環煙氣流程

4 結語

山鋼集團日照公司燒結尾氣回收利用工藝，主要針對燒結機主抽尾氣和環冷機的余熱尾氣進行了回收利用。燒結主抽尾氣采用了煙氣循環工藝，對部分主抽尾氣進行回收利用，此工藝在燒結一步工程取得成功，節能減排效果明顯。燒結環冷機尾氣主要采用余熱發電工藝，對環冷機高溫尾氣引入鍋爐產生蒸汽，引入汽輪發電系統的蒸汽的熱能轉換為機械能，帶動發電機轉動發電。