鋼鐵廠燒結(jié)機(jī)組余熱回收工程設(shè)計(jì)方案和能耗探析

周旭清

摘 要：燒結(jié)機(jī)組工作時(shí)煙氣顯熱和燒結(jié)礦顯熱一共占燒結(jié)工序能源消耗的一半以上。生產(chǎn)過(guò)程中釋放出來(lái)的可被利用的熱能資源高效率回收再利用是減少燒結(jié)工序能源消耗的主要方式之一。鋼鐵廠燒結(jié)余熱發(fā)電程序運(yùn)用雙壓鍋爐和補(bǔ)汽汽輪機(jī)，滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程中釋放出來(lái)的熱能分級(jí)回收再利用，并且起到了均衡蒸汽的作用，實(shí)現(xiàn)蒸汽管道內(nèi)壓力穩(wěn)定的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：鋼鐵廠；燒結(jié)機(jī)；余熱回收

在鋼鐵廠生產(chǎn)鋼鐵流程中，燒結(jié)工序全部能源消耗，有大約一半的熱能浪費(fèi)。由于當(dāng)前我國(guó)能源短缺，能源節(jié)約和降低損耗就顯得極為重要。因此鋼鐵廠采用各種各樣的余熱回收利用方式，希望滿(mǎn)足企業(yè)的節(jié)能減耗，也希望能創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)收益。

1 燒結(jié)工序余熱回收利用現(xiàn)狀

（1）燒結(jié)煙氣生產(chǎn)過(guò)程中釋放出來(lái)的可被利用的熱能采用的大多數(shù)是熱管工藝，不僅僅冷熱兩流體間所進(jìn)行的熱量傳遞效率低下，產(chǎn)生的蒸汽也比較少。我國(guó)寶山鋼鐵公司和太原鋼鐵集團(tuán)則運(yùn)用的是利用各種工業(yè)過(guò)程中的廢氣、廢液，廢料中的余熱及其可燃物質(zhì)燃燒后產(chǎn)生的熱量把水加熱到一定工質(zhì)的鍋爐回收技術(shù)。寶山鋼鐵公司燒結(jié)機(jī)余熱回收利用設(shè)備是上世紀(jì)末期從日本引入的，利用各種工業(yè)過(guò)程中的廢氣、廢液中的余熱及其可燃物質(zhì)燃燒后產(chǎn)生的熱量把水加熱到一定工質(zhì)的鍋爐產(chǎn)生蒸汽并網(wǎng)為整個(gè)鋼鐵廠使用。太原鋼鐵集團(tuán)是日本的綠援名目，雙方都未進(jìn)行發(fā)電。當(dāng)前，燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)基本老練，我國(guó)鋼鐵廠已經(jīng)熟練掌握這種技能，擁有獨(dú)立的知識(shí)財(cái)產(chǎn)權(quán)，且進(jìn)行了深入探究，沒(méi)有伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、生產(chǎn)方式的改變而產(chǎn)生威脅人們生產(chǎn)與生活的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）這個(gè)項(xiàng)目運(yùn)用燒結(jié)環(huán)冷機(jī)產(chǎn)生的蒸汽來(lái)發(fā)電，對(duì)外的供熱則全不考慮，每年供應(yīng)的電量總和大約18401萬(wàn)千瓦時(shí)，能節(jié)省煤當(dāng)量七萬(wàn)噸左右。如果把這個(gè)節(jié)省的煤當(dāng)量換算成尋常燃煤火力發(fā)電廠的排放標(biāo)準(zhǔn)，每年能夠降低二氧化碳排放量17萬(wàn)噸左右，二氧化硫的排放量500噸左右，氮氧化物500噸左右，對(duì)節(jié)能減排的貢獻(xiàn)巨大。這種項(xiàng)目是利用各種工業(yè)過(guò)程中的廢氣、廢料或廢液中的余熱及其可燃物質(zhì)燃燒后產(chǎn)生的熱量把水加熱到一定工質(zhì)的鍋爐，采用環(huán)冷機(jī)排出高溫廢氣中的熱量，煙氣的溫度為300到400攝氏度，屬于低溫生產(chǎn)過(guò)程中釋放出來(lái)的可被利用的熱能。依據(jù)熱傳遞原理，煙氣溫度愈低，其與鍋爐的冷熱兩流體間所進(jìn)行的熱量傳遞強(qiáng)度越小，生產(chǎn)過(guò)程中釋放出來(lái)的可被利用的熱能回收的難度愈大。為提升冷熱兩流體間所進(jìn)行的熱量傳遞系數(shù)，運(yùn)用的余熱鍋爐的冷熱兩流體間所進(jìn)行的熱量傳遞器件為螺旋翅片管構(gòu)造，加大冷熱兩流體間所進(jìn)行的熱量傳遞面積，增大余熱鍋爐對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中釋放出來(lái)的可被利用的熱能回收效能。項(xiàng)目運(yùn)用雙壓余熱鍋爐，熱量回收效能在目前的各種生產(chǎn)過(guò)程中釋放出來(lái)的可被利用的熱能回收方式中是效能最好的，能最大限度回收環(huán)冷廢氣中的熱能，最大程度運(yùn)用熱能。這個(gè)項(xiàng)目運(yùn)用的是低參數(shù)補(bǔ)汽汽輪機(jī)。因?yàn)檫@種補(bǔ)汽汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)比較小，所以發(fā)電效能同樣較低。可運(yùn)用雙壓補(bǔ)汽方式，它增大的功率大約是總功率的五分之一，使發(fā)電效率多有增加。

2 燒結(jié)余熱發(fā)電方案規(guī)劃和建造

2.1 氣體和煙塵混合物規(guī)劃參數(shù)的確定和流程

研究得出，氣體和煙塵混合物的溫度越高，循環(huán)效能越高。所以在規(guī)劃中運(yùn)用熱風(fēng)循環(huán)模式，其參數(shù)設(shè)定：氣體和煙塵的混合物流量24萬(wàn)立方米/小時(shí)，溫度為380～400攝氏度，顆粒立方米為0.2～0.9克。燒結(jié)余熱發(fā)電項(xiàng)目氣體和煙塵的混合物流程：燒結(jié)爐原料在燒結(jié)工序過(guò)程中，通過(guò)冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)行鼓風(fēng)使熱物體的溫度降低而不發(fā)生相變化的過(guò)程。加熱空氣從煙囪排放，鐵礦石燒結(jié)過(guò)程中的原料的溫度降到大約120攝氏度。排氣為三相聯(lián)通，每路都安置可調(diào)整電動(dòng)翻板閥，分別將廢氣排入空氣和余熱鍋爐進(jìn)煙道。中溫段氣體和煙塵的混合物引出管把部分加熱空氣送進(jìn)鍋爐煙道，并且安裝調(diào)節(jié)電動(dòng)翻板閥。余熱鍋爐排放口加裝使用循環(huán)風(fēng)的風(fēng)機(jī)，利用循環(huán)風(fēng)管線，把余熱鍋爐排放的氣體和煙塵的混合物回送到環(huán)冷機(jī)的配風(fēng)室。鼓風(fēng)機(jī)排出口加裝電動(dòng)翻板閥，局部通風(fēng)機(jī)的部分回風(fēng)或全部回風(fēng)再進(jìn)入局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)流中的風(fēng)流管道上安裝電動(dòng)翻板閥。余熱回收裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，煙囪的可調(diào)節(jié)電動(dòng)翻板閥處于關(guān)閉模式；開(kāi)啟或者調(diào)節(jié)的時(shí)候，電動(dòng)翻板閥與余熱鍋爐進(jìn)口的電動(dòng)翻板閥都能夠調(diào)節(jié)到合適的打開(kāi)角度；氣體和煙塵的混合物引出翻板閥依據(jù)運(yùn)行狀況，調(diào)節(jié)到合適的打開(kāi)角度。停止運(yùn)轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)，利用使用風(fēng)循環(huán)的風(fēng)機(jī)，用加熱氣體和煙塵的混合物對(duì)原材料實(shí)行冷卻。余熱回收設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，煙囪的可調(diào)節(jié)電動(dòng)翻板閥處在完全開(kāi)合的狀態(tài)，余熱鍋爐進(jìn)口的電動(dòng)翻板閥處在完全關(guān)閉的狀態(tài)。與此同時(shí)，關(guān)閉循環(huán)風(fēng)機(jī)，閉合循環(huán)風(fēng)管電動(dòng)翻板閥，閉合引出管線翻板閥，隔絕氣體和煙塵的混合物，避免其混入余熱鍋爐，這時(shí)候可以對(duì)余熱鍋爐進(jìn)行檢查修護(hù)等工作。開(kāi)啟鼓風(fēng)機(jī)出口電動(dòng)翻板閥，使鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以此對(duì)原材料實(shí)行冷卻工序。采用循環(huán)風(fēng)機(jī)是為了給鍋爐供給適量的煙氣瞬時(shí)流量，避免余熱鍋爐中氣體和煙塵的混合物與物料層產(chǎn)生阻礙事物發(fā)展或前進(jìn)的外力，達(dá)到鍋爐煙、風(fēng)系統(tǒng)中同時(shí)裝設(shè)送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)。最大可能使煙罩內(nèi)保持比常壓的氣體壓力低的狀態(tài)，降低冷空氣流通形成的風(fēng)的進(jìn)入和熱風(fēng)的流出；降低物料層的比常壓的氣體壓力高狀態(tài)，降低包括礦粉在內(nèi)的集料飛散，避免了包括礦粉在內(nèi)的集料損失與環(huán)境影響。安置氣體和煙塵的混合物擋板是用因?yàn)槠淠軌驅(qū)熣址殖筛邷睾偷蜏貐^(qū)段，把能夠利用和不能夠利用的氣體和煙塵的混合物隔斷開(kāi)，保持氣體和煙塵混合物的溫度在大約375攝氏度，用來(lái)提升余熱利用效率。

2.2 鍋爐汽水系統(tǒng)

余熱鍋爐采用高低壓模式，運(yùn)用高壓蒸汽來(lái)產(chǎn)生電力，低壓蒸汽系統(tǒng)則用來(lái)鍋爐給水除氧和低壓端的補(bǔ)汽。鍋爐產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽進(jìn)入主蒸汽管道系統(tǒng)，輸送到汽輪發(fā)電機(jī)，主蒸汽經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)閥到汽輪機(jī)的主汽門(mén)，其內(nèi)安裝有蒸汽過(guò)濾器，用來(lái)分隔蒸汽中的水分，防止零碎物品進(jìn)入汽輪機(jī)。低壓蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的飽和狀態(tài)下的蒸汽除了除氧的損耗之外，其余的低壓蒸汽經(jīng)過(guò)補(bǔ)汽控制閥進(jìn)入汽輪機(jī)的較低壓力部分，兩種蒸汽在其中膨大，能量由一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式后，運(yùn)用復(fù)水器凝結(jié)成水，其表面上凝結(jié)而成的水經(jīng)過(guò)水泵增壓后，在汽封加熱器中升溫，之后進(jìn)行除氧，氧去除后的水再經(jīng)過(guò)鍋爐。

2.3 鍋爐型號(hào)選用

這個(gè)工程采用不需要額外能源消耗的余熱鍋爐。選用鍋爐型號(hào)為Q240/375-22.5（4.0）-1.57（0.35）/320（147.7）。環(huán)境冷熱程度為15攝氏度的時(shí)候，進(jìn)入余熱鍋爐氣體和煙塵的混合物流量為24萬(wàn)立方米/小時(shí)、溫度為375攝氏度，作為工質(zhì)的水進(jìn)入蒸汽鍋爐時(shí)的溫度為104攝氏度。在鍋爐范圍內(nèi)最后一個(gè)受熱面出口排出煙氣的平均溫度低于160攝氏度的狀況下，生產(chǎn)1.57MPa、320攝氏度蒸汽22.5t/h；0.35MPa飽和狀態(tài)下蒸汽4.0t/h。

3 結(jié)束語(yǔ)

燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)采用余熱能源來(lái)發(fā)電，并不直接消耗其他能源，可以很好地節(jié)省資源能源。另外，整個(gè)項(xiàng)目資金投入相對(duì)較低，回收時(shí)間相對(duì)較少，不僅能夠很好的減少鋼鐵廠的高額電費(fèi)，而且這種項(xiàng)目是環(huán)保型工程，避免了二次污染，還能對(duì)減少余熱排入空氣對(duì)環(huán)境造成的污染。

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