上置式燒結余熱鍋爐在環冷機余熱回收利用實踐

崔新房，尤德峰，趙宇龍，劉 濤，錢惠明，徐德坤

（寧波鋼鐵有限公司，浙江寧波 315807）

前言

寧波鋼鐵有限公司現有2 臺430 m2燒結機，每臺燒結機配套1 臺470 m2環冷機，對燒結礦進行降溫冷卻。其中1#燒結機2005 年投產運行，2010 年通過技術改造實現了對1#燒結機環冷機的煙氣余熱回收利用，取得了顯著經濟效益和社會效益。2#燒結機2012年投產運行，雖然建設之初預留了余熱回收設施空間，但隨著國家環保要求的提高，新建的2 臺燒結機煙氣脫硫脫硝設施已將其空間占據，導致環冷機余熱回收利用設備安裝空間不足。為解決該難題，2019 年，寧鋼采用上置式環冷機余熱鍋爐系統，成功實現了2#燒結環冷機余熱回收利用，并取得了很好的經濟效益。

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，需要對系統的余熱資源進行仔細分析，考慮余熱資源的熱負荷穩定性、煙氣溫度和流量、煙氣成分及場地等條件［1］。

寧鋼2#燒結環冷機的平均燒結礦處理能力為550 t/h，料層厚度約為750 mm，配套鼓風機5 臺，單臺鼓風機流量為565 000 m3/h，鼓風機全壓4 500 Pa，進入環冷機臺車的燒結礦平均溫度為517～578 ℃。環冷機高溫段1～7 軸風箱處煙氣平均溫度約為250 ℃，最高可達280 ℃，煙氣主要成分為空氣，環冷機煙氣余熱熱負荷較穩定，具有回收利用價值。但要實現回收利用，系統還存在如下問題：

（1）環冷機密封效果較差，漏風較為嚴重，需要進行密封改造。

（2）周邊場地空間狹小，沒有足夠的預留場地布置余熱回收系統的設備安裝位置［2］。

2 工藝方案

2.1 煙氣系統

根據有關資料和工程實踐經驗，在燒結礦溫度為700 ℃，料層厚度為1 650 mm，介質初期溫度為120 ℃的條件下，進行余熱回收利用時，燒結礦最適宜取用煙氣量為 700～750 m3/（t 燒結礦），帶入冷卻機的燒結礦顯熱的回收率較大［3］。由于本項目的煙氣溫度較低，按照資料推薦的煙氣量取值勢必造成煙氣量過大，煙氣溫度下降，不利于對煙氣余熱的回收利用，故按照推薦煙氣量的50 %～70 %取用，選取額定煙氣量為280 000 m3/h。

常規燒結環冷機余熱鍋爐煙氣余熱回收系統是在環冷機附近新建1 座余熱鍋爐，增加1 臺煙氣循環風機。循環風機通過煙氣旁通管道將環冷機高溫煙氣引入余熱鍋爐，經過余熱鍋爐換熱后再返回環冷機燒結礦料層下的下部風道，對燒結礦進行循環冷卻。煙氣循環風機、余熱鍋爐及其附屬設備的安裝均需新增設備安裝場地，但寧鋼2 臺燒結機附近的空間比較狹小，在新增了2 臺燒結機煙氣脫硫脫硝工藝系統設備后，已經無法提供余熱回收利用系統設備的安裝場地，同時，該系統的煙氣循環管路需要從環冷機上部煙罩敷設到外置的余熱鍋爐換熱集管箱，再由集管箱煙氣出口經過循環風機返回到環冷機的下部風道。煙氣循環管路長，系統阻力大，所需循環風機功率大，煙氣熱量損失高，余熱回收利用率低，經濟利用價值低［4］。

上置式環冷機余熱鍋爐系統是將余熱鍋爐換熱集管箱直接布置在環冷機上部煙罩的上部，通過一段DN 3 000 煙氣管將環冷機上部煙罩與余熱鍋爐換熱集管箱的煙氣入口連接起來，并在這段煙氣管中間安裝1 臺DN 3 000 電動蝶閥，用于控制進入余熱鍋爐換熱集管箱的高溫煙氣量。經過換熱后的煙氣從換熱器集管箱上部的煙氣出口引出，通過循環風機再次返回環冷機的下部風道，對燒結礦進行再循環冷卻。該系統煙氣管路短，工程投資低、余熱損失低，可以明顯提高余熱的回收利用效率。改造后的煙氣系統工藝流程圖見圖1。

圖1 煙氣系統工藝流程圖

2.2 汽水系統

余熱鍋爐采用立式自然循環雙壓鍋爐，高溫煙氣自下而上通過余熱鍋爐換熱器集管箱。為增大換熱面積，強化換熱效果，受熱面全部采用螺旋翹片管結構。為安裝方便，余熱鍋爐換熱集管箱采用模塊化結構，自下向上分別是中壓過熱器、中壓蒸發器Ⅰ、中壓蒸發器Ⅱ、中壓省煤器、除氧蒸發器、水預熱器6個模塊，各模塊疊加后安裝在框架梁上。中壓汽包、低壓汽包及除氧器安裝在頂部鋼結構支撐梁上。余熱鍋爐結構圖見圖2。

圖2 余熱鍋爐結構圖

由于寧鋼3#蒸汽發電機組（即1#燒結環冷機余熱回收系統的蒸汽發電機組）的汽輪機沒有達到滿負荷運行，可以繼續新增蒸汽量，且發電機組的凝結水富余量能夠滿足本系統對鍋爐給水的需要，所以，在進行余熱鍋爐系統設計時，余熱鍋爐的供水由寧鋼3#蒸汽發電機組的凝結水系統供給，不需要新增除鹽水的制備系統，產生的蒸汽就近并入1#燒結環冷機余熱鍋爐的蒸汽管網供3#蒸汽發電機組發電。

2.3 余熱鍋爐主要技術參數

余熱鍋爐的主要技術參數見表1。

表1 余熱鍋爐主要技術參數

由于低壓蒸汽品質相對較低，由燒結送至3#機組發電的效率及經濟性較差，所以，原則上2#環冷機余熱鍋爐的低壓汽包只負責余熱鍋爐給水系統的自用除氧功能，在正常生產情況下，無需考慮低壓蒸汽外送。為了提高蒸汽發電量，設備運行中應盡可能提高中壓蒸汽量，減少熱效率低的低壓蒸汽量。

2.4 設備改造

2.4.1 煙氣系統設備改造

為節約空間，余熱鍋爐換熱器安裝在環冷機高溫段煙罩的上部。在環冷機高溫段上部煙罩頂部開孔引出煙氣管道，并在引出的管道上安裝DN 3 000電動蝶閥用于控制煙氣流量。在環冷機高溫段與低溫段之間安裝一塊隔熱擋板，用于防止高溫煙氣竄入低溫段，造成高溫煙氣損失，提高高溫煙氣余熱回收量。

取消原環冷機的1#空氣鼓風機（電動機額定功率1 000 kW），在原鼓風機基礎上安裝系統所需的煙氣循環風機（電動機額定功率1 120 kW）。風機改造后，電動機的額定功率雖增加了120 kW，但對比寧鋼1#燒結環冷機煙氣余熱回收系統的3 800 kW 煙氣循環風機電動機額定功率，本系統所需電動機的實際功率明顯降低。

在環冷機下部風道對應上部煙罩高、低溫段分界處安裝一道雙扇隔絕門，用于隔絕煙氣循環風機與環冷機2#空氣鼓風機的風量，保證本系統的煙氣閉環運行。當環冷機檢修時，可以打開隔絕門用于清理下部風道內的積灰。

改造后的煙氣系統，煙氣由DN 3 000 電動蝶閥進入換熱器集管箱，再從集管箱上部煙氣管道出口進入到循環風機，經循環風機返回到環冷機下部風道，繼續對燒結礦進行循環冷卻。

2.4.2 密封改造

為了降低環冷機的漏風量，提高高溫煙氣余熱的回收利用率，需對環冷機進行密封改造。密封改造的范圍為環冷機底部風箱與臺車下欄板之間的滑道密封、三角梁體與臺車下欄板三角梁口之間的密封、環冷機臺車上欄板與門型罩之間的密封［5］。

（1）密封橡膠技術參數

密封橡膠材質采用耐高溫阻燃硅橡膠和三元乙丙橡膠。其中，硅橡膠用于三角梁密封及余熱回收段滑道密封，三元乙丙橡膠用于非余熱回收段滑道密封。橡膠性能需滿足表2 所列的技術參數要求。

表2 密封橡膠的技術參數

（2）環冷機臺車欄板與門型罩之間的密封改造

密封罩與臺車欄板之間的密封采用鍍鋅板外加橡膠板密封。臺車欄板上增加密封面，門型罩上焊接楔鐵座，將鍍鋅板及密封橡膠板安裝后再安裝壓板，最后用楔鐵固定，楔鐵用焊接鉸鏈固定在門型罩上。鍍鋅板的厚度為1 mm，橡膠板采用硅橡膠材質，硅橡膠的厚度為15 mm，耐熱250 ℃。為方便安裝維護，密封板固定在門型罩下沿，給礦漏斗端部設置圓弧板，有效過渡，避免出現撕裂損壞。

（3）滑道密封

臺車下側密封采用動密封加靜密封結構，密封板采用硅橡膠材質，硅橡膠的厚度為15 mm，耐熱250 ℃。動、靜密封板固定均采用壓板，其中靜密封固定楔鐵座需全部拆除，按照每塊靜密封板具有互換性，重新焊接靜密封固定楔鐵座。

現有臺車欄板更換內、外圈各10 塊，臺車密封板內、外圈全部加固焊接保證同軸度。在滑道側板處固定異形橡膠摩擦板，異形橡膠的形式參照原有滑道密封形式。

（4）三角梁密封

密封板采用硅橡膠材質，硅橡膠厚度15 mm，膠板用螺栓固定在小欄板的角鋼框上，每組密封膠板具有互換性。

3 該系統的主要性能特點

（1）由于余熱鍋爐換熱器集管箱直接安裝于環冷機的上部，煙氣循環管路短、系統阻力小，循環風機所需要選用的電動機額定功率小，節省耗電量。該系統管路的阻力小于1 000 Pa，選用的循環風機電動機的額定功率為1 120 kW，而1#燒結環冷機余熱鍋爐換熱器集管箱的煙氣側管阻為2 500 Pa 左右，所選用的循環風機電動機額定功率為3 800 kW，循環風機電動機的額定功率降低了2 680 kW。

（2）煙氣循環管路短，減少了高溫煙氣的熱量損失，提高了余熱的回收利用率。

（3）該項目由于采用了上置式余熱鍋爐和利用原環冷機鼓風機的基礎安裝煙氣循環風機，不需要在環冷機周圍新增設備安裝的地面空間，解決了燒結機區域狹小、改造設備安裝困難的問題，并降低了項目的投資和系統所需要的總動力負荷。

4 實施效果

該項目自2019 年8 月正式投產以來，整體運行穩定，效益顯著。2020年、2021年、2022年系統產生蒸汽總量見表3。

表3 年產蒸汽總量

扣除檢修停產等情況，2020年到2022年該系統平均小時產汽量見表4。

表4 平均小時產汽量

由表4可知，中壓蒸汽量遠大于設計值，低壓蒸汽量滿足了給水自除氧的需求，少量富余的低壓蒸汽并入蒸汽管網發電，系統運行達到了設計要求。

5 結論

通過上置式環冷機余熱鍋爐系統的應用，實現了寧鋼2#燒結環冷機余熱的回收利用，通過對環冷機的密封改造，減少了漏風量，提高了余熱的回收率，該系統結構簡單、投資低、效益顯著，對一些因空間狹小而設備布置困難的鋼鐵企業進行環冷機煙氣余熱回收利用改造，具有參考意義。