菜钢3×265m2烧结机烧结矿余热充分利用的实践

菜钢3×265m²烧结机烧结矿余热充分利用的实践

莱芜钢铁股份有限公司 赵红光 李兴义 亓玉辉

摘要：介绍了莱钢3×265m²烧结机生产线余热充分利用的实践，充分利用烧结矿余热资源，具有显著的效益。

关键词：烧结矿显热；热风烧结；生产实践

1 余热蒸汽回收装置设计

1．1 余热锅炉设计条件

3×265 m²烧结机为带式烧结机，有效烧结面积265 m²，根据高炉冶炼的需要生产高碱度烧结矿。烧结机的工艺参数为：机速1．8—2．0 m／min，料层厚度750 mm，作业率98．5％，利用系数1．2 t／(m²h)，每台烧结机月产烧结矿22万t。

与烧结机配套的冷却设备为280m²的鼓风环冷机，从烧结机产出的热烧结矿经单辊破碎、溜槽进入环冷机。常温空气自下而上通过环冷机烧结料层，成为烧结环冷机的热废气，然后经带冷机静电除尘器净化后排放到大气中。同时，烧结矿在环冷机上被冷却至80～120℃，然后经皮带转运供应高炉冶炼。

根据设计资料及现场测定，280 m²环冷机排放的总废气量大约为32×10⁴m³／h，其中高温段的废气出口温度约为350～450℃，含尘75 g／m³。从余热利用的角度看，具有流量大、品位低、含尘高的特点。

1．2余热利用系统设计

根据环冷机余热分布特点，设计的余热产汽系统如下：除盐水经过除氧器蒸汽除氧产生104℃热水，通过锅炉给水泵加压至预热器，利用环冷机上1号风机鼓风冷却烧结矿产生的热废气(1号风机距离烧结机单辊破碎机溜槽下料口最近，烧结矿温度高，烟气温度高)，加热除盐水并进人汽包，除盐水通过汽包下降管进入热管蒸汽发生器，在此处自环冷机1号风机来的大约350℃高温烟气横向流经热管受热段，热管的受热段置于热流体风道内，热管元件的放热段插在水一汽系统内。由于热管的存在，使该水一汽系统的受热及循环完全和热源分离而独立存在于热流体的风道之外，水一汽系统不受热流体的直接冲刷。

热流体的热量由热管传给水套管内的饱和水(饱和水由下降管输入)，并使其汽化，所产生的汽水混合物经上升管到达汽包，经集中分离以后再经蒸汽主控阀输出。汽包内的水由104℃除氧水经水预热器加热至154℃后供给。这样由于热管不断将热量输入水管套，通过外部汽一水管道的上升及下降管道完成基本的汽一水循环，达到吸收废气高温，并转化为蒸汽的目的。如此反复循环，将烟气热量传人水介质产生饱和蒸汽。饱和蒸汽从汽包出口管道进入过热器，成为258℃的过热蒸汽。过热蒸汽经分汽包分配，一部分通过减压阀减压至0．8 MPa进入烧结厂内蒸汽管网主管道，供生产与生活使用；另一部分蒸汽，设计压力约在13 MPa对外供汽。烟气经过过热器、热管蒸汽发生器利用后，通过烟囱排人大气。

冷却机余热回收装置：由鼓风环式冷却机门型罩上的两个排气筒抽出的废气，经除尘器净化后进人余热锅炉进行热交换，锅炉排出的150～200℃废气经配以电机2750 kW的双吸后弯型循环风机进入冷却机1～7风箱。废气循环利用，有利于提高回收区域的废气温度，保持较高的热回收率。抽出的废气量可由远距离手动操作循环风机阀门进行调整。此外，该装置还设有后弯型的常温风机，风量40×10m³／h、压力4．12kPa。其作用是，余热回收装置正常生产时，补充废气回收区域的漏风量，以及在余热回收装置停机而烧结机仍在生产时，打开冷却机余热回收区上排气筒的蝶阀，启用该风机以保证冷却机的正常生产并使冷却机卸出的冷烧结矿温度小于150℃。

余热回收装置采用无反力型伸缩管，结构简化，节省投资。全部管道、除尘器、锅炉均有保温设施，循环风机设有隔音层，热回收率高，每吨烧结矿可回收蒸汽35～40 kg。

2 热风烧结工艺实践

2．1 热风烧结可行性分析

热风烧结使烧结料层上层温度升高，降低了上下部料层的温差，有利于减轻因上下层温差大引起的烧结矿质量不均匀，减少了形成脆性、薄壁、大孔结构的可能性，提高了烧结矿转鼓强度。环冷机烧结矿冷却风风温在第一段(高温段)内一般可达250～400℃，由于温度较高，单位体积内氧含量偏低，对烧结料面质量影响较大，烧结矿脆性增大，转鼓强度降低。通过生产实践证明，应用高温段进行热风烧结时，只有调整热风量，才能保证烧结矿转鼓强度等指标，为此应用第二段(中温段)热风(温度在200℃左右)，对烧结矿强度、成结率等较为有利。

2．2热风烧结技术内容

1)在环冷机2号鼓风机上方安装热风收集罩及其支架，通过安装保温材料的热风管道与装在点火器后面的热风罩相连结，使热气流顺利流向烧结机热风罩内。

2)安装平料器和改进密封方式。由于热矿溜槽向环冷机上卸料不均匀，环冷机上布料高低不平，呈“W”形，造成供给热风管道的热风风量和风温不稳定，严重影响热风烧结的热工制度和效果，影响烧结矿的强度和冶金性能。为此在环冷机上安装平料器，合理调整环冷机机速，改进密封方式，尽可能使环冷机上物料布料均匀且透气性良好，确保供给温度和风量均匀、稳定、连续。

3)布料系统改造。为了确保热风烧结的热量在烧结料层横向和高度方向分布均匀，必须对布料系统进行改造。利用检修机会，将摆式漏斗改为倒圆锥状，消除粘料现象；在漏斗进料口安装迎料板，角度可调，改变物料落点；在十辊布料器上方安装活动的导料板，控制下料量，确保下料均匀性；在台车料面安装平料器和压料装置，增加配重，料面趋于平整，减轻边缘效应。通过布料系统的成功改造，烧结过程氧分压状况得以改善，使热风烧结的热量沿料层高度和横、纵向的均匀分布。

4)改善料层透气性。由于热风烧结的热废气温度较高，提高表层料的烧结料温和烧结温度，燃烧带加宽，烧结料层阻力加大，有效风量降低，垂直烧结速度降低，势必影响烧结矿强度和产量。因此，在厚料层烧结基础上采用热风烧结工艺技术，必须采取有效的技术措施改善料层透气性，热风烧结的作用才能有效发挥。为此，采取如下措施：

①优化原料结构。大量进口品位高、理化性能稳定、烧结性能优良的国外矿粉，提高了烧结料层的原始透气性。

②用好铺底料。根据风量沿台车横向分布的不同，适当控制铺底料厚度，使烧结机尾断面均匀整齐。

③控制造球水分。根据矿种亲水性，尽量把加水量控制在最佳范围之内，确保最佳造球效果。同时，采用雾化加水方式充分润湿混合料，加速物料滚动成球。

④采用生石灰烧结。配加生石灰能提高料温，改善制粒效果和混合料的粒度组成，显著提高料层透气性。

5)优化工艺操作参数。采用热风烧结工艺技术后，烧结行为将发生变化，最显著的将是烧结料层透气性变化，必定引起料层中空气和燃烧动力学行为发生变化，相应的工艺操作参数必须修改。具体参数修改如下：

①适当降低点火温度。热风烧结实施后，烧结料层热量分布趋于均匀，解决了烧结料层上部热量先天不足的问题，故对烧结点火温度应作相应调整，点火温度必须降低，否则表层矿将出现过熔和结壳，恶化料层透气性。根据生产实际，降低点火温度到900～1000℃，可降低煤气消耗约0．34 m³／t，折合成0．002GJ／t．。

②调整配碳量。因热风烧结的物理热可代替部分固体燃料的燃烧热，所以固体燃料用量应适当下降，但固体燃料降低幅度与热风温度增加水平同步。如果降低过多，热风带人的物理热不足以弥补固体燃料降低部分的热量，使整个料层总热耗不足，会降低烧结矿产质量。结合烧结生产具体情况，燃料湿配比可降低0．4%～0．5％，相应固体燃耗可降低1，12 kg,／t(已扣除因料层厚度增加而降低固体燃耗的部分约1．5 kg／t)。

③降低烧结矿FeO含量。在目前烧结条件下，结合现在的工艺条件，烧结矿中的FeO含量应控制在7．5％～8．5％之间。

④降低总管废气温度控制目标。总管废气温度既是烧结过程中的被控目标又是控制目标。由于热风烧结可适当降低固体燃料消耗，改善了热量利用率，使烧结过程总热耗下降约5％左右，故总管废气温度控制目标值应下调，控制在90～110℃。

3余热利用效果

1)工艺效果。

该余热装置投入运行后，其回收的余热蒸汽并入企业蒸汽管网，不仅用作烧结工序中的烧结混料、生石灰配消器等设备的热源，而且参与企业的蒸汽综合平衡，减少了燃煤锅炉的运行台数和吨位数，冬季还可承担部分厂区建筑供暖任务。

2)能源利用效果。

为定量地评价能源利用效果，对该烧结带冷机系统进行了热平衡测定，其中100％对应于烧结矿带入带冷机的物理热量。据此可以得出，余热锅炉系统的热效率为31．8％，环冷机的余热利用率为23．92％，烧结机单位面积年蒸汽产生量为965 t／m2，显著高于类似的余热回收系统。

3)经济效益。

该余热锅炉系统通过回收烧结矿冷却废气的余热(实际测定产生余热蒸汽33．5 t／h)，每年可生产蒸汽27万t，价值2032万元，不到1年即可收回全部投资，可以使每吨烧结矿的生产成本降低约5元，具有明显的经济效益。

4)环境效益。

由于余热锅炉的运行，代替了相应的燃煤锅炉产汽量，而且余热锅炉的产汽量与烧结生产很好地同步，因而节约了煤炭资源、减少了燃煤污染。