燒結(jié)余熱回收利用與發(fā)電技術(shù)

王亞軒 杜曉康 晁雙雙

摘 要：通過燒結(jié)所產(chǎn)生的煙氣和冷卻設(shè)備所釋放的廢氣會附帶相當量的熱能，借助一定的技術(shù)手段對這部分熱能加以妥善處理應(yīng)用，能很大程度上節(jié)省企業(yè)成本的投入，為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟利益。本論文著重闡述了燒結(jié)廢氣再次利用的四種方式，分析對比了國際社會和我國在燒結(jié)余熱再次使用方面所處階段和未來發(fā)展前景。分析介紹了各個企業(yè)是如何利用和處理燒結(jié)所產(chǎn)生的剩余熱量，這對燒結(jié)廠進一步降低能源耗費和科學(xué)改進技術(shù)手段都有很好的指引作用。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)；余熱回收；煙氣

1 引言

權(quán)威數(shù)據(jù)表明，我國燒結(jié)2012年的產(chǎn)能約8.09億噸，叫上年增長了5.4%，但不可忽視的事實是單位投入的能源并未有質(zhì)的改變，如何進一步降低能耗一直都是行業(yè)內(nèi)長時間未能解決的難題。通過多年的實踐和研究，燒結(jié)所需的能源投入有所下降，約為54kgce/t，以2013年的數(shù)據(jù)為例，我國重點鋼鐵企業(yè)燒結(jié)能源投入為49.2kgce/t，較2012年有了一定的降低，但歐美先進國家的標準是47kgce/t，與他們相比，我國的能耗還處于較高的水平。燒結(jié)工序能耗的構(gòu)成：共有四種耗能，分別是固體燃燒耗能、電力耗能、點火耗能、其他耗能等四種形式，這四種形式所占比例分別為80%、13%、6.5%、0.5%，因此，只有大幅度降低固體燃燒的能源投入，才能有效減少燒結(jié)工序能源的投入和消耗。

2 燒結(jié)余熱的特點

燒結(jié)工序中有兩種能量可以被回收再次使用，分別是燒結(jié)煙氣所產(chǎn)生的熱能和冷卻機廢氣所釋放的熱量。燒結(jié)煙氣的最高溫度約為150℃，它所蘊含的熱量是總熱能的24%，機尾煙氣最高溫度可達400℃，而冷卻機廢氣溫度的變化值是300℃～450℃，它在總熱量中占了很大的比重，這些總熱量具有以下幾種特征：

2.1 廢氣溫度波動大

燒結(jié)工序中，由于燒結(jié)礦在燒結(jié)機上的燃燒狀況各有差異，燒結(jié)廢氣和冷卻中釋放的廢氣溫度要不一致。燒結(jié)礦燃燒不充分時，釋放的廢氣溫度過高，燃燒激烈時，冷卻環(huán)節(jié)釋放的廢氣溫度較低。根據(jù)濟鋼第二燒結(jié)廠的數(shù)據(jù)可知，剩余熱量回收環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的廢氣溫度可達520℃，但最低溫度卻只有150℃。由于溫度波動幅度較大，非常不利于燒結(jié)剩余熱量的回收再利用，同時這也是燒結(jié)剩余熱量回收環(huán)節(jié)所要重點關(guān)注和化解的難題。

2.2 熱源的連續(xù)性難以保證

熱源是否具備持續(xù)性對剩余熱量開展回收再利用起著極為重要的作用。燒結(jié)剩余熱能的主要來源途徑是物理顯熱，在煙氣回收時有持續(xù)跟進的燒結(jié)礦，燒結(jié)剩余熱量才會持續(xù)不斷的供給。由于影響因素較多，燒結(jié)設(shè)備偶爾會出現(xiàn)短暫的停歇，熱源的持續(xù)供給也難以100%得到保障。

3 世界各國燒結(jié)余熱回收利用領(lǐng)域取得的成就

3.1 國內(nèi)燒結(jié)余熱回收利用

我國眾多燒結(jié)廠在燒結(jié)冷卻廢氣回收再利用領(lǐng)域展開了大量研究，也取得了可喜的成果。

3.1.1 利用余熱生產(chǎn)蒸汽

南京化工學(xué)院成功研發(fā)了熱管技術(shù)，這項技術(shù)是用于剩余熱量回收再利用的新技術(shù)。其工作原理是通過氣化的過程來傳遞熱量，它的優(yōu)點是效率極高，性能穩(wěn)定，可短期內(nèi)實現(xiàn)經(jīng)濟效益。為了更好的使用帶冷余熱，南京化工學(xué)院研發(fā)的熱管技術(shù)全面應(yīng)用于武鋼一燒，將熱管蒸汽設(shè)備安裝在了武鋼一燒4號帶冷機上，這樣低壓蒸汽就源源不斷的產(chǎn)生了。因此蒸汽就取代了來自熱力廠的蒸汽，燒結(jié)礦產(chǎn)量得到了大幅增加。此種設(shè)備的優(yōu)點是安全系數(shù)高，與當初設(shè)計和預(yù)想的產(chǎn)能一致，1小時內(nèi)的單位產(chǎn)能可達5噸，而1噸燒結(jié)礦可釋放的氣體為50～60千克，蒸汽的壓力值可達0.5MPa。馬鋼二燒、梅山鋼鐵公司燒結(jié)廠、武鋼一燒、安陽鋼鐵公司燒結(jié)廠及攀鋼燒結(jié)廠都先后將熱管技術(shù)運用在燒結(jié)工序中，均取得了令人滿意的效果。

3.2 國外燒結(jié)余熱回收利用

世界先進發(fā)達國家在對燒結(jié)余熱回收再利用方面已走在我國前面。上世紀70年代末，日本住友公司將燒結(jié)機冷卻器用廢熱鍋爐回收蒸汽，80年代，余熱回收利用技術(shù)在日本各個燒結(jié)廠被廣泛利用，其中以冷卻機排氣利用的利用率最高，達到26%左右。

3.2.1 引入余熱預(yù)熱燒結(jié)點火助燃空氣

將冷卻機廢氣余熱燒結(jié)點火助燃空氣技術(shù)第一次進行實際應(yīng)用的歐洲公司是位于德國境內(nèi)的德國蒂森鋼鐵公司施韋爾根廠。具體的操作措施是于3號燒結(jié)機的卸礦地帶和冷卻機排氣裝置上設(shè)置三級循環(huán)冷卻器，將電除塵與出口連在一起。除塵器的功率達到285000m3/h，溫度可達到200℃，粉塵濃度小于30mg/m3。冷卻機釋放的廢氣可借助通風(fēng)管導(dǎo)入2、3、4號燒結(jié)機點火器，可以用作空氣的助燃劑。

因而，一臺燒結(jié)機沒燃燒一頓燒結(jié)礦就可以節(jié)省約30MJ的熱能。4號燒結(jié)機的特點是不僅與點火器相銜接，而且和廢氣脫硫設(shè)備相聯(lián)通，這樣設(shè)置的優(yōu)點是每燃燒一噸礦節(jié)省的熱量達20MJ，利用此系統(tǒng)，每燃燒一噸礦釋放的熱量為40GJ，與3號燒結(jié)機總熱量的6%相持平。

3.2.2 利用燒結(jié)廢氣發(fā)電

日本是一個資源非常稀缺的國家，因此對資源節(jié)約十分在行，日本國內(nèi)燒結(jié)廠在余熱回收利用方面取得了令其他各國無法比擬的成績。20世紀50年代，日本燒結(jié)廠在余熱回收再利用技術(shù)得以全面推廣和運用。而最先使用冷卻機廢氣釋放蒸汽從而用來產(chǎn)生電力的就是日本鋼管公司的扇島廠和福山廠，它是利用廢氣釋放蒸汽從而用來發(fā)電技術(shù)的鼻祖。此系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的原理是在環(huán)形燒結(jié)礦冷卻的高溫階段導(dǎo)入溫度為100℃的空氣，導(dǎo)入的空氣進入冷卻器后溫度可以上升到350℃，再把350℃的空氣傳送到經(jīng)過特別設(shè)置的鍋爐，就能釋放出蒸汽壓力為14kg/cm2的蒸汽，再把蒸汽轉(zhuǎn)化為電力。

4 新型燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)

經(jīng)過最近幾年的發(fā)展和革新，我國燒結(jié)機實現(xiàn)了從小型到大型的轉(zhuǎn)變和跨越，而大型機器中占地面積為265m2，360m2和435m2的占了主導(dǎo)，數(shù)據(jù)表明，2007～2012年這5年時間內(nèi)行業(yè)內(nèi)的大企業(yè)共新增了98臺燒結(jié)機，占地面積為130m2以上的新增了150臺，而90m2以下燒結(jié)機減少了92臺。當前，我國燒結(jié)余熱回收再利用的體量僅僅達到9.6kgce/t鋼，將來可開發(fā)利用的體量達到23.0kgce/t鋼，縱觀我國燒結(jié)余熱發(fā)電的發(fā)展狀況，目前已投入使用和還處于建設(shè)階段的發(fā)電站只占到了燒結(jié)機總數(shù)很少的比例，大約為10%，利用燒結(jié)機余熱發(fā)電未來的發(fā)電功率可達3000MW以上，開發(fā)前景無限，同時燒結(jié)余熱發(fā)電的發(fā)展路勁與我國當下產(chǎn)業(yè)政策的規(guī)劃是相輔相成的，所以，我國在未來幾十年內(nèi)，必須進一步擴充和廣泛推廣利用燒結(jié)余熱進行發(fā)電項目，這也是我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)降低能耗和排放量的可行方法。

5 結(jié)語

鋼鐵企業(yè)能有效節(jié)省能源消耗、降低廢氣排放、提高經(jīng)濟效益的有效途徑是充分回收利用燒結(jié)產(chǎn)生的余熱，只有這樣鋼鐵經(jīng)濟才能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。鋼鐵行業(yè)的特點是能源投入大、環(huán)境污染嚴重，同時鋼鐵行業(yè)降低能耗、減少污染方面大有作為，在我國能源領(lǐng)域不斷革新的今天，對燒結(jié)廠進行節(jié)能減排，加大對余熱收集裝置的投入，對企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮著極為關(guān)鍵的作用。

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