余熱利用鍋爐在燒結(jié)球團(tuán)環(huán)冷機(jī)的應(yīng)用

屈秀忠

（太原鋼鐵集團(tuán)有限公司峨口鐵礦，山西忻州 034207）

1 現(xiàn)狀分析

太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司峨口鐵礦球團(tuán)球廠于2004年年底建成投產(chǎn)，生產(chǎn)工藝為鏈篦機(jī)—回轉(zhuǎn)窯—環(huán)冷機(jī)生產(chǎn)工藝。球團(tuán)礦生產(chǎn)過程產(chǎn)生的大量高溫氣體排放于大氣中，該氣體不僅含有可以再加以利用的能量，而且含有大量的硫、磷、氮氧化物等易生成PM2.5的物質(zhì)，對周邊空氣和環(huán)境產(chǎn)生一定污染。另外，環(huán)冷三段熱廢氣（350～450）℃以上送到鼓干段，由于鼓干段風(fēng)溫要求250℃左右，期間采取兌冷風(fēng)等措施降溫。同時，峨口鐵礦一直采用燃煤鍋爐供暖，不僅浪費(fèi)資源，而且還污染環(huán)境。如果將該能源回收產(chǎn)生飽和蒸汽，利用余熱所產(chǎn)生蒸汽可用生活用汽、取代燃煤鍋爐，可以達(dá)到節(jié)能增效的目的。因此，球團(tuán)廠在回收利用所產(chǎn)生的高溫氣體、減少排放、改善環(huán)境等方面存在很大空間。

2 改造方案

翅片管式余熱鍋爐系統(tǒng)是為球團(tuán)廠回收環(huán)冷機(jī)廢氣余熱而設(shè)計。系統(tǒng)主要由翅片管式余熱鍋爐（包括余熱鍋爐、連接管路、煙氣調(diào)節(jié)閥等）等組成，其中蒸發(fā)器受熱面均采用螺旋翅片管，有強(qiáng)化傳熱的作用，因而整套裝置傳熱效率高，工作安全穩(wěn)定，壽命長，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊。全套設(shè)備運(yùn)行可靠，操作簡單，維修方便。

2.1 余熱回收設(shè)計及鍋爐布置

燒結(jié)球團(tuán)是熱工藝生產(chǎn)，生球經(jīng)過鏈篦機(jī)—回轉(zhuǎn)窯干燥及高溫焙燒后，成品球進(jìn)入環(huán)冷機(jī)，經(jīng)過三段冷卻后排出，環(huán)冷三段煙氣進(jìn)入鼓干風(fēng)機(jī)循環(huán)利用。由于鼓干風(fēng)機(jī)入口溫度要求250℃左右，而環(huán)冷三段熱廢氣溫度（350～450）℃，以前采用兌冷風(fēng)降溫。本方案采用抽取系統(tǒng)的140000m3/h的（350～450）℃熱廢氣，經(jīng)過余熱鍋爐吸收部分熱量產(chǎn)生飽和蒸汽后，廢氣溫度降為250℃，送入鏈箅機(jī)鼓干段（圖1）。

圖1 工藝流程及余熱鍋爐布置

2.2 余熱鍋爐方案流程（圖2）

翅片管式余熱鍋爐蒸發(fā)器的傳熱是空氣通過管壁傳導(dǎo)，將熱量直接傳遞給飽和水，進(jìn)行相態(tài)換熱，屬一次性換熱。同時，由于管內(nèi)是水汽混合物而管外是空氣，管內(nèi)的換熱系數(shù)較管外大的多，因此總的傳熱系數(shù)主要決定于管外的換熱系數(shù)。通過在光管外表面焊接翅片來增大管外表面積，強(qiáng)化管外的換熱條件，達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。翅片管式余熱鍋爐蒸發(fā)器由若干個聯(lián)箱組構(gòu)成，每個聯(lián)箱組單獨(dú)進(jìn)出鍋筒，形成若干個簡單自然循環(huán)回路。水循環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，熱偏差小，安全性好，可達(dá)到7t/h產(chǎn)汽量。環(huán)冷三段煙道廢氣換熱系統(tǒng)包括連接管道、膨脹節(jié)、煙氣調(diào)節(jié)閥等，保證經(jīng)換熱系統(tǒng)后熱廢氣到鼓干風(fēng)機(jī)溫度≥250℃。

圖2 余熱鍋爐方案流程

2.3 軟化水利用球團(tuán)原20t鍋爐軟化水系統(tǒng)。

軟化水系統(tǒng)軟化后的軟水，經(jīng)除氧器除氧進(jìn)入鍋筒，鍋筒內(nèi)的飽和水經(jīng)下降管流進(jìn)蒸發(fā)器，蒸發(fā)器管程由冷卻球團(tuán)礦的熱廢氣使管內(nèi)的軟水加熱，產(chǎn)生的汽水混合物沿上升管到達(dá)鍋筒，經(jīng)二次分離后的比較純凈的飽和蒸汽送至用戶（為了得到更純凈的蒸汽，該系統(tǒng)設(shè)有二次汽水分離裝置）。鍋筒由給水泵補(bǔ)水，蒸發(fā)器由下降管從鍋筒內(nèi)補(bǔ)水，蒸發(fā)器與鍋筒之間可形成水汽的自然循環(huán)（經(jīng)熱力循環(huán)校核，該系統(tǒng)為自然循環(huán)鍋爐，自身水動力足以克服系統(tǒng)阻力，將蒸汽送到分汽缸）。

經(jīng)軟化處理后，水質(zhì)符合軟水技術(shù)參數(shù)（低壓鍋爐水質(zhì)GB 1576-2001）的要求：懸浮物≤5mg/L；總硬度≤0.03mg/L；pH值≥7（25 ℃）；含油量≤2mg/L；溶氧量≤0.1mg/L。

2.4 自動化控制設(shè)計

在改造過程中增加了采集余熱鍋爐水位、溫度、壓力、流量等參數(shù)。如果發(fā)生異常情況，系統(tǒng)會自動報警，當(dāng)報警后未采取措施而達(dá)到其設(shè)置極限，整個系統(tǒng)將安全切換至原生產(chǎn)系統(tǒng)：余熱鍋爐停止運(yùn)行，給水管道閥門自動關(guān)閉，放散閥自動打開。待故障排除后，鍋爐水位正常后，系統(tǒng)方可正常生產(chǎn)。

考慮到鼓干風(fēng)機(jī)入口溫度≥250℃的要求，將余熱鍋爐設(shè)置在旁煙道上。當(dāng)溫度低于設(shè)置參數(shù)時，主煙道閥門和換熱器煙道閥自動調(diào)節(jié)，降低系統(tǒng)換熱能力，達(dá)到鼓干段風(fēng)溫的要求。

3 實施效果

2017年9月余熱鍋爐安裝完成，10月進(jìn)行試運(yùn)行，產(chǎn)汽量7t/h，壓力達(dá)到0.4MPa，滿足了廠區(qū)采暖要求，取消了鍋爐采暖，達(dá)到節(jié)能減排的效果（圖3）。

圖3 改造后的余熱鍋爐

改造完成后，該項目還在經(jīng)濟(jì)效益和社會效益方面取得收獲。

（1）經(jīng)濟(jì)效益。項目建成可為太鋼峨口鐵礦回收余熱（4 138200～6860700）kCal/h，可為（55000～91000）m2標(biāo)準(zhǔn)住宅供暖，節(jié)約燃煤（690～1143）kg/h（平均 916kg/h）。按 150d采暖期，煤650人民幣元/t（包括儲運(yùn)、人工、排渣）計算，可節(jié)省214.34人民幣萬元。

（2）社會效益。該項目可以減少排放二氧化碳2482kg/h，二氧化硫及氮氧化物28.4kg/h。