2×500 m2燒結(jié)系統(tǒng)余熱回收技術(shù)的應(yīng)用

吳洪勛，于連濤

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東 濟(jì)南250101）

1 前言

在鋼鐵生產(chǎn)過程中，燒結(jié)工序的能耗約占總能耗的10%，僅次于煉鐵工序，位居第二。在燒結(jié)工序總能耗中，有近50%的熱能以燒結(jié)煙氣和冷卻機(jī)廢氣的顯熱形式排入大氣。由于燒結(jié)冷卻機(jī)廢氣的溫度不高，僅150～450℃，加上以前余熱回收技術(shù)的局限，余熱回收項(xiàng)目往往被忽略?，F(xiàn)在國(guó)家大力提倡循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排技術(shù)，燒結(jié)的余熱回收越來越受到重視［1-2］。

山鋼集團(tuán)日照公司年產(chǎn)鐵水810萬t，粗鋼850萬t，商品鋼材790萬t。配套建設(shè)2臺(tái)500 m2燒結(jié)機(jī)，2臺(tái)650 m2環(huán)冷機(jī)，年產(chǎn)1 120萬t冷燒結(jié)礦。每臺(tái)燒結(jié)機(jī)配套煙氣循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行煙氣循環(huán)利用；每臺(tái)環(huán)冷機(jī)分別設(shè)置余熱回收裝置，將環(huán)冷機(jī)煙囪廢氣中的余熱通過余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，用于汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。

2 燒結(jié)工藝主要余熱資源

山鋼集團(tuán)日照公司燒結(jié)工程生產(chǎn)過程的余熱資源主要由燒結(jié)機(jī)燒結(jié)的高溫廢煙氣余熱和燒結(jié)冷卻廢氣余熱兩部分組成。燒結(jié)煙氣的平均溫度在130～150℃，所含熱量約占總熱量的20%，燒結(jié)機(jī)機(jī)尾煙氣溫度可達(dá)300～400℃；環(huán)冷機(jī)的廢氣溫度在100～450℃，其熱量約占總熱量的30%～35%。在燒結(jié)工序總能耗中，這兩部分廢氣的余熱帶走了約50%的熱能釋放到大氣中，不僅嚴(yán)重污染了環(huán)境，同時(shí)還造成了巨大的能源浪費(fèi)［3］。為對(duì)該部分燒結(jié)余熱有效地回收利用，山鋼集團(tuán)日照公司配套建設(shè)了煙氣循環(huán)系統(tǒng)及燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)。

3 燒結(jié)余熱利用

3.1 燒結(jié)主抽煙氣的循環(huán)利用

山鋼集團(tuán)日照公司500 m2燒結(jié)生產(chǎn)采用的是抽風(fēng)燒結(jié)技術(shù)，是自上而下進(jìn)行的。根據(jù)燒結(jié)過程中料層高度和溫度的變化可分為燒結(jié)礦層、燃燒層、預(yù)熱層、干燥層和過濕層5層。隨著燃燒的進(jìn)行，后面的4層逐漸消失，最終只剩下燒結(jié)礦層。在此過程中隨著燒結(jié)機(jī)臺(tái)車的移動(dòng)，燃燒層不斷下移，燒結(jié)礦層的溫度從1 000～1 100℃逐漸被主抽風(fēng)機(jī)抽進(jìn)來的冷空氣冷卻，主抽煙道的廢氣溫度逐漸升高。

煙氣循環(huán)燒結(jié)技術(shù)是將部分主抽尾氣混入燒結(jié)機(jī)密封罩替代常溫空氣，這樣可以對(duì)燒結(jié)料表層進(jìn)行加熱，同時(shí)循環(huán)引入的燒結(jié)尾氣含有大量含碳可燃?xì)怏w，利于降低燒結(jié)燃耗。在普通的厚料層燒結(jié)工藝中，由于料層的自動(dòng)蓄熱作用較強(qiáng)，導(dǎo)致下部熱量過剩，上部熱量不足。煙氣循環(huán)燒結(jié)則通過引入主抽風(fēng)機(jī)的部分熱廢氣，提升通過燒結(jié)料層的氣流溫度，使料層上部的燒結(jié)溫度升高，從而減少上下料層溫差，同時(shí)帶入的可燃?xì)怏w還可以降低固體燃料消耗［4］。煙氣循環(huán)減少了主抽煙氣的排放量和脫硫脫硝的處理量，明顯降低脫硫脫硝能耗，因此，采用煙氣循環(huán)燒結(jié)技術(shù)對(duì)降低能耗具有重要意義。燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝燒結(jié)過程如圖1所示。

3.2 燒結(jié)環(huán)冷機(jī)部分余熱回收利用

當(dāng)前我國(guó)冷卻燒結(jié)礦的設(shè)備有環(huán)冷機(jī)和帶冷機(jī)兩種，在運(yùn)行的原理上兩者基本一致，區(qū)別只是環(huán)形運(yùn)行和直線運(yùn)行。山鋼集團(tuán)日照公司采用的是環(huán)冷機(jī)冷卻燒結(jié)礦工藝［5-6］，燒結(jié)礦料從燒結(jié)機(jī)下到環(huán)冷機(jī)臺(tái)車上。燒結(jié)礦料的溫度可達(dá)到800℃，經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)逐步冷卻至100℃左右。環(huán)冷機(jī)排出的廢氣帶走的熱量大約為燒結(jié)礦燒成系統(tǒng)熱耗量的35%。為了降低燒結(jié)工序的能耗，在環(huán)冷機(jī)高、中溫段設(shè)煙氣收集裝置，將燒結(jié)廢氣送入余熱鍋爐，通過余熱鍋爐將燒結(jié)廢氣熱量轉(zhuǎn)化為一定溫度和壓力的蒸汽，通過汽輪機(jī)做功從而拖動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，大大提高了燒結(jié)能源利用率，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

燒結(jié)環(huán)冷機(jī)共分6段（沿環(huán)冷機(jī)的運(yùn)行方向依次為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ段），環(huán)冷機(jī)廢煙氣余熱分為兩部分:Ⅰ、Ⅱ段高溫廢煙氣余熱回收，用于產(chǎn)生蒸汽供汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電；Ⅲ段低溫廢煙氣余熱用于生產(chǎn)高溫?zé)崴Y(jié)余熱回收系統(tǒng)采用煙氣循環(huán)利用的方案，即環(huán)冷機(jī)Ⅰ、Ⅱ段上方設(shè)置內(nèi)絕熱煙罩，并分成兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的區(qū)段，每個(gè)區(qū)段均設(shè)置1座煙囪，煙囪上設(shè)置3通管道，配置電動(dòng)切換蝶閥，正常工作時(shí)，切換閥均將煙氣導(dǎo)入鍋爐煙道，必要時(shí)將煙氣直接排入大氣。Ⅰ段的切換蝶閥將高溫?zé)煔馔ㄟ^煙道送入鍋爐的高溫?zé)煔膺M(jìn)口；Ⅱ段的切換蝶閥將低溫?zé)煔馔ㄟ^煙道送入鍋爐的低溫?zé)煔膺M(jìn)口。高低溫?zé)煔庠谟酂徨仩t內(nèi)混合，混合時(shí)兩路煙氣的壓力基本一致。鍋爐出口設(shè)鍋爐循環(huán)風(fēng)機(jī)，正常工況時(shí)，循環(huán)風(fēng)機(jī)將余熱鍋爐排出的煙氣回送至環(huán)冷機(jī)Ⅰ、Ⅱ段風(fēng)箱。環(huán)冷機(jī)回收的中高溫?zé)煔鈪?shù)為:高溫?zé)煔鉁囟?90～410℃，流量46.5×104Nm3/h；中溫?zé)煔鉁囟?90～310℃，流量46.5×104Nm3/h。余熱鍋爐循環(huán)煙氣流程見圖2。

山鋼集團(tuán)日照公司余熱發(fā)電項(xiàng)目采用低品位補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)，額定功率30 MW，最大功率33 MW，配套無刷勵(lì)磁空冷式同步交流發(fā)電機(jī)。采用中壓蒸汽作為燒結(jié)區(qū)域內(nèi)30 MW汽輪發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)主汽，低壓蒸汽作為汽輪發(fā)電機(jī)組補(bǔ)汽。進(jìn)入汽輪發(fā)電機(jī)的中低壓蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)做功后，蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

圖2 環(huán)冷機(jī)與鍋爐循環(huán)煙氣流程

4 結(jié)語

山鋼集團(tuán)日照公司燒結(jié)尾氣回收利用工藝，主要針對(duì)燒結(jié)機(jī)主抽尾氣和環(huán)冷機(jī)的余熱尾氣進(jìn)行了回收利用。燒結(jié)主抽尾氣采用了煙氣循環(huán)工藝，對(duì)部分主抽尾氣進(jìn)行回收利用，此工藝在燒結(jié)一步工程取得成功，節(jié)能減排效果明顯。燒結(jié)環(huán)冷機(jī)尾氣主要采用余熱發(fā)電工藝，對(duì)環(huán)冷機(jī)高溫尾氣引入鍋爐產(chǎn)生蒸汽，引入汽輪發(fā)電系統(tǒng)的蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。