燒結環冷機水密封改造提高余熱發電量

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燒結機，配套2臺雙壓余熱鍋爐、1臺汽輪發電機組。鍋爐為雙壓自然循環無補燃型余熱鍋爐。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 ℃，額定低壓蒸發量為19 t/h，鍋爐進口煙氣溫度為400～500 ℃。為了滿足環保達標排放和燒結提產的要求，高效回收利用余熱煙氣，提高發電量，公司于2022年一季度完成了對2臺360 m2燒結環冷機水密封改造和附屬配套設備的升級改造，升級改造后的環冷機為2臺415 m2的水密封環冷機。

1 環冷機水密封改造

1.1 環冷機水密封改造前上、下密封工藝原理

原環冷機臺車與上部煙罩的內側、外側間隙約為50 mm，在環冷機高溫段和低溫段的內側和外側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。根據臺車轉向，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。隨著環冷機的運行，耐熱鋼片發生翹曲變形，環冷機運行時有熱煙氣泄露，熱能利用率低。

原環冷機臺車和下部風箱的內側、外側間隙約為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，漏風量大。改造前環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、下部風箱密封示意圖

1.2 水密封改造后環冷機上、下密封工藝原理

環冷機臺車欄板與煙罩的上部密封裝置由內、外兩個相對獨立的環形槽組成，槽的深度300 mm，內部注水，正常運行水位保持在250 mm，能克服環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環形密封板插入環形水槽中，以此來切斷冷卻風與大氣之間的通道，達到密封的目的。改造后系統具有如下特點：（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焊，以防變形。（2）密封罩全段采取全密封結構，其中熱廢氣回收段（高溫段、低溫段）做內保溫，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、下部風箱水密封示意圖

環冷機臺車與風箱的下部密封裝置由內、外兩個相對獨立的環形槽組成，槽的深度為650 mm，內部注水，正常運行水位保持在550 mm，環冷機入口風壓保持在2.5～4 kPa左右，下部水密封能克服5.5 kPa的環冷機鼓風壓力，確保運行時密封水不會從水槽溢流。固定于環冷機回轉體下部的環形密封板插入環形水槽中，切斷冷卻風與大氣之間的通道，達到密封的目的。改造后系統具有如下特點：（1）密封介質為水，可以大大減少密封阻力，漏風率低，并能減少粉塵污染，改善環冷機周圍環境。（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的泄露。（3）在環冷機通風段的頭、尾分別設有端部密封，防止冷卻風由冷卻區向非冷卻區泄露。（4）余熱利用熱風循環段與正常冷卻段之間設有蝶閥，防止互相竄風，影響取熱效果。（5）水槽底部共設有4 個排污口，排污口直徑為150 mm。設置有刮小顆粒、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環冷機的工作原理

扇形臺車通過通軸連接在高剛性回轉框架上，扇形臺車與回轉框架等部件一起組成回轉體，靠支承輥支撐，回轉體在摩擦傳動裝置的驅動下，繞著環冷機回轉中心旋轉，臺車欄板與臺車篦板平面圍成了環形的裝料空間。800 ℃左右的熱燒結礦被均勻布到臺車上，鼓風系統輸出的氣流進入風箱后，穿過臺車篦板間隙進入料層，與熱燒結礦進行充分接觸并進行熱交換，通過循環風帶走熱量。經過一個周期的運行，熱燒結礦冷卻到120 ℃以下，臺車沿偏心軸的軸心自動旋轉卸料，完成燒結礦的冷卻過程。改造后系統具有如下特點：（1）熱風回收利用率高，漏風率低，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，降低了附屬冷卻風機的功率，降低了風機電耗。［1］

2 兩臺鍋爐更換高溫煙道，降低散熱損失

原燒結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Q235A，考慮到環冷機水密封改造后，進入爐膛的煙氣溫度會更高，煙道更容易發生變形，對2 臺環冷機對應的1#余熱鍋爐和2#余熱鍋爐的高溫煙道進行升級改造，將環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生彎曲變形，1#鍋爐更換高溫煙道52 m，2#鍋爐更換高溫煙道100 m，2 臺鍋爐原配套的高溫煙道除塵器保持不變。更換的高溫煙道外部鋪設100 mm厚硅酸鋁纖維氈，保護層使用1 mm 鍍鋅鐵板，大大降低了高溫煙道的散熱損失，提高了余熱利用效率。低溫煙道利用原來的煙道。

圖3 環冷機煙氣系統圖

3 環冷機低溫段回風管道加裝調節門

在原燒結余熱環冷機循環風機出口處，布置有環冷機高溫段的2 個回風口、低溫段的2 個回風口，4 個回風口管道的直徑為2 000 mm。經過長期運行實踐發現，4 個回風口分布在環冷機高溫段和低溫短，導致環冷機高溫段冷卻風量不足，燒結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的煙氣量和溫度受限，影響了鍋爐高壓系統的出力。進入低溫段的風量大于燒結礦冷卻需要的風量，導致燒結礦過冷卻，降低了進入余熱鍋爐低壓側的煙氣量和煙氣溫度，降低了鍋爐的經濟性和熱效率。［2］

為了充分釋放燒結礦儲存的熱量，優化進入環冷機高溫段和低溫段的冷卻風量，實現余熱資源利用最大化，在環冷機低溫段的2 個直徑為2 000 mm的3#、4#回風管道上加裝調節閥，加裝位置如圖3所示。加裝調節閥后，環冷機變工況運行時風量得到有效調整，進入鍋爐高溫系統和低溫系統的煙氣溫度穩定在最佳溫度。

4 改造后系統經濟效益評估

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煙氣溫度由470 ℃提高到520 ℃，進入鍋爐入口的低溫煙氣溫度由330 ℃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。通過對環冷機低溫段回風管道加裝調節閥門，調整了環冷機工藝參數，實現了鍋爐煙氣系統工藝參數的動態調整，使系統保持在最優工況區域運行。

通過對燒結余熱2 臺環冷機進行水密封改造、2臺鍋爐更換高溫煙道、2臺環冷機低溫段回風管道加裝調節門，系統運行后各項參數有了明顯提高，2022 年度發電量比2021 年度增加2 557.3 萬kWh。環冷機水密封改造前、后年度發電量見表1。

表1 近5年燒結余熱發電量

2 臺鍋爐高壓蒸汽產量增加20 t/h，低壓蒸汽產量增加12 t/h，提高發電負荷4 000 kWh，冬天采暖季機組停運，蒸汽外送。年發電機組有效運行時間6 300 h，按0.54 元/kWh 計算，每年可創造經濟效益1 360.8 萬元。年節約標煤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，具有明顯的經濟效益和環境效益。

5 結束語

對燒結余熱發電系統進行升級改造后，提高了環冷機余熱煙氣的回收利用率、鍋爐的出力和系統發電量，降低了環冷機煙氣攜帶的粉塵污染，改善了環冷機周圍環境，經濟效益和社會效益顯著［3］。通過對燒結環冷機進行水密封改造，提高了燒結工序余熱利用率，降低了燒結工序能耗，為公司創造了巨大經濟效益，為企業的可持續發展、打造綠色循環經濟奠定了堅實的基礎。