燒結(jié)余熱技術(shù)的研究與應(yīng)用

李世成

摘 要 燒結(jié)工藝生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的中低溫余熱資源，如何將這些資源變廢為寶，有效利用，值得我們研究和探討。文章分析了燒結(jié)余熱的特點(diǎn)及回收利用技術(shù)，重點(diǎn)介紹了燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)，以供參考。

關(guān)鍵詞 燒結(jié)余熱；回收利用；發(fā)電

中圖分類號(hào)：X757 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）07-0106-01

近年來，隨著社會(huì)化大發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染嚴(yán)重的問題受到社會(huì)各界的高度重視，節(jié)能、減排、降耗已成為一個(gè)全球性的焦點(diǎn)話題。為此，國(guó)家出臺(tái)了一系列環(huán)境保護(hù)法規(guī)和鼓勵(lì)鋼鐵企業(yè)發(fā)展燒結(jié)余熱回收利用的政策。我國(guó)的鋼鐵工業(yè)是能耗大戶，約占全國(guó)總能耗的15%，而燒結(jié)工序生產(chǎn)過程中能耗約占鋼鐵企業(yè)總能耗的10%～20%，比煉鐵工序略低。在燒結(jié)生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的余熱，由于受工藝和技術(shù)等因素的限制，目前余熱利用率不足30%，浪費(fèi)嚴(yán)重，與這方面做得比較好的發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還有一定的差距，節(jié)能潛力很大。從節(jié)省能源、降低能耗、保護(hù)環(huán)境、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益出發(fā)，盡可能多的回收和利用燒結(jié)余熱。

1 燒結(jié)余熱的特點(diǎn)

燒結(jié)生產(chǎn)過程中，余熱資源主要包括兩部分，一是燒結(jié)機(jī)燒結(jié)的高溫廢煙氣余熱；二是燒結(jié)環(huán)冷機(jī)廢氣余熱，也叫燒結(jié)礦顯熱。在燒結(jié)工序總能耗中，這兩部分廢氣余熱帶走了有近50%的熱能到大氣中，不僅造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，還造成能源的浪費(fèi)。如果能將二者熱量有效回收，對(duì)提高燒結(jié)能源利用效率，降低燒結(jié)工序能耗意義重大。

1.1 燒結(jié)機(jī)燒結(jié)高溫廢煙氣

燒結(jié)機(jī)高溫廢氣的特點(diǎn)：

1）燒結(jié)廢氣溫度受工藝參數(shù)和燒結(jié)過程終點(diǎn)控制、料層透氣性等因素影響，如燒結(jié)礦過燒時(shí)，產(chǎn)生的廢氣溫度就低，相反，產(chǎn)生的廢氣溫度就高。廢氣溫度一般都在200～500e之間波動(dòng)，平均溫度350e左右。廢煙氣溫度穩(wěn)定性差，溫差可達(dá)近300e，給燒結(jié)余熱的利用帶來了很大困難。

2）燒結(jié)礦生產(chǎn)過程中，廢煙氣含粉塵量為300～400 mg/m3，含硫化氣體為3000～4000 mg/m3，對(duì)余熱回收設(shè)備、除塵器設(shè)備等具有磨損和腐蝕作用。因此，燒結(jié)生產(chǎn)過程中，應(yīng)避開燒結(jié)煙氣的酸露點(diǎn)，燒結(jié)機(jī)尾煙氣余熱回收裝置的出口煙氣溫度需嚴(yán)格控制在180℃～190℃，從而確保主抽風(fēng)機(jī)入口煙氣溫度在130℃左右。另一方面，設(shè)備應(yīng)選擇耐酸腐蝕和抗磨損的材質(zhì)制造或者對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行耐酸腐蝕和抗磨損的保護(hù)改造，除塵器一般選擇靜電除塵器或高抗結(jié)露的布袋除塵器，都能夠有效收集粉塵中的鐵砂，起到節(jié)能環(huán)保的作用。

3）由于設(shè)備操作失誤或者燒結(jié)礦物流的中斷，短時(shí)間的“停機(jī)”現(xiàn)象很難避免，所以燒結(jié)余熱資源的連續(xù)性難以保證。因此，需規(guī)范操作人員操作過程，加強(qiáng)燒結(jié)礦物流管理。

1.2 燒結(jié)環(huán)冷機(jī)廢氣顯熱

燒結(jié)環(huán)冷機(jī)氣體溫度、流量的特點(diǎn)：

1）高溫?zé)Y(jié)礦進(jìn)入冷卻工序后，經(jīng)多段環(huán)冷鼓風(fēng)冷卻，溫度逐漸降低。而環(huán)冷機(jī)廢氣溫度逐漸升高。燒結(jié)環(huán)冷機(jī)廢氣溫度分為3個(gè)區(qū)段，即高溫段450～300e、中溫段300～200e、低溫段200～150e。

2）受環(huán)冷機(jī)氣體溫度、流量以及礦料溫度、厚度、松軟度等因素的影響，廢氣溫度波動(dòng)范圍較大，余熱資源品位整體較低，低溫部分所占比例較大，占所有冷卻廢氣量的60%以上。

3）隨著冷卻機(jī)氣體品相的變化，導(dǎo)致燒結(jié)礦冷卻速度發(fā)生改變，進(jìn)而對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量產(chǎn)生影響，如燒結(jié)礦的礦物組成和礦相結(jié)構(gòu)等。因此，燒結(jié)環(huán)冷機(jī)廢氣余熱的回收，首先要確保燒結(jié)礦的冷卻質(zhì)量，然后增強(qiáng)對(duì)熱源參數(shù)波動(dòng)的適應(yīng)性，從而提高余熱回收效率和穩(wěn)定運(yùn)行。

2 燒結(jié)余熱回收利用

2.1 燒結(jié)余熱發(fā)電

燒結(jié)余熱發(fā)電是指燒結(jié)工藝生產(chǎn)過程中，燒結(jié)機(jī)尾落礦風(fēng)箱及燒結(jié)冷卻機(jī)密閉段產(chǎn)生大量的高溫廢氣，由余熱回收設(shè)備收集后，用引風(fēng)機(jī)引入鍋爐并加熱鍋爐內(nèi)的水產(chǎn)生飽和蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。從能源利用和經(jīng)濟(jì)學(xué)角度看，采用燒結(jié)余熱發(fā)電，符合能級(jí)匹配的原則。目前國(guó)內(nèi)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)比較成熟的有4種形式，分為單壓、雙壓、復(fù)合閃蒸和補(bǔ)燃余熱發(fā)電技術(shù)。在相同的條件下，雙壓余熱發(fā)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)了煙氣熱能的梯級(jí)利用，其發(fā)電能力是最高的。馬鞍山鋼鐵股份有限公司是我國(guó)最先應(yīng)用燒結(jié)余熱發(fā)電的，2004年把從日本引進(jìn)的燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電裝機(jī)進(jìn)行了大量技術(shù)革新，2005年9月正式投產(chǎn)使用，填補(bǔ)了我國(guó)利用燒結(jié)余熱發(fā)電的空白。此后，許多大型鋼鐵公司也相繼開始利用燒結(jié)余熱技術(shù)發(fā)電。運(yùn)行過程中，針對(duì)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)存在的問題，提出燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)與高溫空氣燃燒技術(shù)相結(jié)合的發(fā)電系統(tǒng)。它是在原有燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)的基礎(chǔ)上，將回收煙氣余熱、高效燃燒和降低有害氣體排放等技術(shù)有機(jī)結(jié)合。利用蓄熱式燃燒器在蒸汽過熱爐中燃燒來提高汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽的壓力和溫度，通過補(bǔ)燃少量煤氣來提高蒸汽品質(zhì)，從而提高發(fā)電效率和減少對(duì)設(shè)備的損耗。這樣即使在冬春季節(jié)也能使余熱發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行，在滿足自用的基礎(chǔ)上可并入企業(yè)電網(wǎng)。

2.2 其他方面的應(yīng)用

1）余熱鍋爐。對(duì)于小型燒結(jié)機(jī)采取余熱鍋爐方法對(duì)高溫段余熱進(jìn)行回收?；厥盏膹U煙氣首先用于燒結(jié)工藝本身，以降低工序能耗，其次作為外部供應(yīng)。燒結(jié)余熱鍋爐的排煙溫度，應(yīng)避開燒結(jié)煙氣的酸露點(diǎn)，防止對(duì)設(shè)備腐蝕。保證設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

2）熱風(fēng)點(diǎn)火和熱風(fēng)燒結(jié)。冷卻機(jī)中段廢氣余熱采用非換熱方式直接利用，將300e左右的廢氣直接回收用于熱風(fēng)助燃，不僅能提高100e燒結(jié)點(diǎn)火溫度，還能強(qiáng)化和穩(wěn)定點(diǎn)火過程，改善點(diǎn)火質(zhì)量。熱風(fēng)燒結(jié)的適宜溫度是250e左右，故該段余熱可采用直接利用的方式加以回收，將高含氧量的熱廢氣作為熱風(fēng)燒結(jié)和燒結(jié)點(diǎn)火助燃空氣。具體工藝是將冷卻機(jī)中溫段的熱廢氣抽出，經(jīng)高溫除塵和保溫后，利用高溫風(fēng)機(jī)將其輸送到點(diǎn)火爐，直接用于點(diǎn)火助燃，或者是將廢氣抽出，經(jīng)保溫后直接用于熱風(fēng)燒結(jié)。同時(shí)，由于助燃空氣溫度的提高，使燒嘴噴出的混合燃?xì)馑俣雀?，火焰穿透力更?qiáng)，加快了垂直點(diǎn)火過程。熱風(fēng)點(diǎn)火和熱風(fēng)燒結(jié)兩熱工過程相互促進(jìn)，提高了上層料面的保溫蓄熱能力，節(jié)能效果十分明顯。

3）混合料預(yù)熱技術(shù)。燒結(jié)過程中，將混合料含水分調(diào)配成7%～8%，利用余熱鍋爐回收的蒸汽來提高燒結(jié)混合料溫度至65e以上，避免由于混合料溫度過低，產(chǎn)生的水蒸汽容易冷凝為液態(tài)，造成燒結(jié)臺(tái)車斷面下層混合料水分不斷增加，超過混合料含水標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致料層透氣性下降，影響燒結(jié)過程。有資料顯示，混合料每提升10e，燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)可提高約5%，燃料消耗減少2 kg/t。

3 結(jié)論

我國(guó)燒結(jié)余熱技術(shù)起步較晚，但近幾年發(fā)展比較迅速，在國(guó)家宏觀調(diào)控下，通過采用多種技術(shù)手段，在現(xiàn)有生產(chǎn)條件的基礎(chǔ)上，最大限度地回收利用燒結(jié)余熱的可用部分，節(jié)約了能源，減少了污染，提高了產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，降低了生產(chǎn)成本，獲得了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。具體采用哪種燒結(jié)余熱技術(shù)，要以燒結(jié)廠自身實(shí)際情況為基礎(chǔ)，結(jié)合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素綜合權(quán)衡，找出有利于自身發(fā)展的燒結(jié)余熱技術(shù)，確保燒結(jié)余熱回收系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]徐國(guó)群.燒結(jié)余熱回收利用現(xiàn)狀與發(fā)展[J].世界鋼鐵，2009（5）：27-31.endprint