济钢烧结余热利用

7济钢烧结余热利用

尹雄峰¹  秦大刚¹  董法道¹  朱钧¹  张述洪¹  凌子愚²  李焕军²

 (1．济南钢铁集团有限公司2．山东省冶金科学研究院)

摘  要：济钢烧结采用分段回收的节能技术组合，即同时采用余热发电、余热锅炉和热风点火、热风烧结以及混合料预热等多种有效的回收形式对烧结余热加以全面利用，取得了明显的节能效果。

关键词：烧结余热 分段回收 技术组合

1  前  言

济钢现有在产烧结机6台(320 m²一台、120 m²三台、70 m²两台)，日产烧结矿近3万t，全部为鼓风冷却。有资料表明，烧结矿在鼓风冷却过程中，成矿显热所带走的热量约占全部热支出的40％左右，这部分热量在烧结矿冷却过程中大部分转变为热废气而排入大气。此部分余热资源数量极大，仅采用单一的余热回收方式已远远不能适应当今烧结生产节能减排的需要。因此，烧结余热的有效回收利用，对冶金生产的节能降耗具有重要的现实意义。

近几年来，结合相关余热利用新技术的开发和应用，济钢在烧结余热利用方面做了许多有益的尝试。通过采用分段回收、多种节能技术组合的烧结余热利用方法，同时采取余热发电(或余热锅炉)和热风点火、热风烧结以及混合料预热等多种有效的组合形式，对烧结余热加以全面回收利用，使烧结过程产生的余热最大限度地得到了回收，取得了很好的效果。

2  烧结余热发电   

对于带冷机高温段余热，采用换热效率相对较高的动力回收形式(即热废气转换成能级较高的电能)加以回收利用。320 m²烧结机系统的带冷机上，温度为150～450℃的工艺冷却风量通常在1．04×10⁶Nm³／h以上，余热排放量可达4．13×10⁵ MJ／h之多，其中温度为300℃以上的废热风约占总量的三分之一，通过蒸汽轮机和发电机组，可将该段余热有效地转化为电力自用或并入企业电网。作为国内首座全国产化的烧结余热发电机组，济钢二烧320 m。烧结机的该套装置已于2007年投入生产运行，系统总装机容量10 MW，由一台Q390／400-36．4(10．4)-2．06(0．39)／375(141．1)双压余热锅炉和一台NZ9．0-20／(0．4)+QFW-10-2A补汽凝汽式汽轮发电机组成，年实际发电量为63750 MWh，相当于年节约标准煤31 553 t。该装置的技术参数列于表1。

3 余热锅炉

对于厂内其他120 m²和70 m²的小型烧结机来说，因受发电设备容量规格、作业率及蒸汽品质等因素的影响，如一律采取发电的方法回收余热，目前阶段尚不十分成熟，也不一定经济，因此，仍采取原有的余热锅炉方法对高温段余热进行回收。回收的蒸汽首先考虑用在烧结工艺本身，其次才是外供使用，因为这种将余热回收后工艺自用的方法是降低工序能耗最有效的手段。如利用自产蒸汽对烧结混合料进行预热，可消除或减少过湿层，改善料层透气性，减少料层阻力，提高垂直烧结速度。实践证明，将烧结余热回收的自产蒸汽用于工艺本身的混合料制备和预热，也是降低烧结固体燃耗最简便有效的措施，混合料层透气性的改善对烧结工序能耗指标和质量的稳定作用明显^[1]。目前，济钢所有的烧结机全都安装了余热锅炉，回收的大量余热有效地回用到了烧结工序。

4  热风点火和热风烧结

由于冷却废气余热是沿冷却机长度方向自机头处由高向低梯级分布的，对于300℃以上高温区的热量可用换热法加以回收，而冷却机中后部的低于300℃的中低温余热再采用锅炉回收就不一定合适了。因为随着该区内废气温度的降低，锅炉的换热效率也普遍降低，要获得较好的换热效果，就必须加大换热面积，由此会导致回收装置重量大幅增加，不仅增大了成本，而且设备安装也有很多困难。所以，对中温段废气余热采取非换热的直接利用方式加以回收利用更为合理。应用表明，将300℃左右的带冷废气用于热风助燃，可使烧结点火温度提高100℃；而热风烧结适宜的温度也是在250℃左右^[2]，故该段余热可采用将高含氧量的热废气作为烧结点火助燃空气和热风烧结等直接利用的方式加以回收。

具体工艺是将带冷机中温段的热废气抽出，经保温和高温除尘后用高温风机输送到点火炉直接供点火助燃和废气抽出后经保温直接用于点火后的热风烧结。实践证明，直接利用余热废气点火助燃和热风烧结是提高烧结点火温度和改善点火质量的最直接有效的方法。助燃空气温度的提高，不仅因带入部分物理热而使燃烧温度得以提高，节约了能源，还可使点火过程中空煤气混合后的点火浓度极限范围变宽，从而改善燃烧，强化和稳定了点火过程。同时，由于助燃空气温度的提高，使烧嘴喷出的混合燃气速度提高，增加了火焰的出口动能和穿透能力，使高温区更加贴近或深入点火料面，加快了垂直点火过程，提高了上层料面的保温蓄热能力，而后续的热风烧结又保持和延续了前期热风点火的料层保温和蓄热条件。正是由于烧结料层的点火和保温是紧密联系的两个热工过程，“热风点火”和“热风烧结”两项技术同时应用，由于前后两热工过程的相互促进和温度叠加，其综合效果会更加显著，所以节能效果十分明显。济钢烧结生产应用表明，烧结余热直接利用技术由于没有中间换热过程，是一种比传统热回收方式更高效的余热回收利用方法，工序综合节能效果显著^[3]。而同时采用热风点火和新型无动力热风烧结技术后，烧结矿转鼓强度平均提高了0．36％，固体燃耗降低了2．8kg／t，利用系数提高0．112 t／(m²·h)^[4]。

5 混合料预热技术

烧结过程中，适宜的混合料水分为7％～8％。当混合料温度低于露点时(55～65℃)时，抽风烧结过程中所产生的水蒸汽从气态变为液态，使烧结台车断面的下层混合料水分增加，形成过湿带，导致料层透气性变坏，恶化烧结过程。而提高混合料温度至65℃以上，可以减轻烧结过程中的冷凝作用，消除过湿层，有利于提高垂直烧结速度、烧结料层厚度或机速，从而提高烧结机利用系数和烧结矿产量。另一方面，混合料整体温度低，会造成烧结过程中固体燃料消耗增加。因而，利用余热锅炉回收的蒸汽来提高烧结混合料温度，既有利于烧结工艺操作，又可以降低固体燃料消耗，大幅度降低生产成本。

现济钢所有烧结机均采用了混合料预热技术，明显提高了混合料温度，减轻了料层过湿现象，料层透气性得到改善，为料层内热交换创造了有利条件，同时减少了燃料消耗。有资料介绍，混合料温度提高每10℃，烧结机利用系数可提高5％左右，烧结固体燃料消耗减少2 kg／t^[5]。

6结  论

济钢结合生产实际，采用多种有效的节能技术组合，在现有生产条件下将烧结矿冷却余热的可用部分最大限度地加以回收利用，节约了大量能源，烧结工序能耗由改造前的49．5kgce／t降低到45 kgce／t，固体燃料消耗降低了近5 kg／t，同时提高了产品质量，降低了生产成本，获得了显著的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]  唐贤军等．烧结料蒸汽预热技术及应用[J]．山东冶金，2008(3)：16—17．

[2]  张军红等．宝钢热废气烧结的实验研究[J]．宝钢技术，1999(2)：17—21．

[3]  凌子愚等．余热直接利用技术的开发与应用[J]．山东冶金，2006(4)：20—21．

[4]  孙德民等．济钢热风烧结工艺技术改进[J]．山东冶金，2009(2)：16—17．

[5]  宋秀臣．南钢新建烧结机工程节能降耗措施[J]．烧结球团，2003，28(5)：20—22．