烧结炉余热利用技术在EPC项目中大有作为

一、用心挖掘节能减排潜力

钢铁行业作为共和国的脊梁和支柱产业之一，对国家经济增长和国防力量的强大贡献可以说功不可没。与此同时，钢铁生产的高能源消耗问题也日益突出，引起的生态环境恶化已成为威胁我中华民族生存和发展的重大问题，日见负面。冶金行业专家们悉知，据统计：炼铁工序的能耗约占钢铁生产总能耗的55-60%之多，其中烧结工序的能耗约占钢铁生产总能耗的10%-12%左右，是仅次于炼铁工序的第二大高能耗单位。在烧结工序总能耗中，烧结机烟气和环冷机排放的烟气又占约近50%的热能。据统计我国烧结工序的废气余热回收利用率尚不到30%，约一半以上的烧结炉尚未采取回收利用措施。而德国和日本的有效回收利用率却高居98%左右。烧结工序的能耗现状与国际先进水平，尚存在较大的差距，每吨烧结矿的平均能耗要多出近20 kg标煤。因此节能潜力也就颇大[1]。全球人均钢铁占有量约为190kg/P;而我国人均钢铁占有量约在690kg/P，是世界人均占有量的3.6倍。我国钢铁总产能因此高居全球之首，多达八、九亿吨，能耗量之巨大，必然是我国节能减排的重点。

钢铁行业中烧结炉余热利用技术是一项传统的成熟技术，并非全新的技术工艺。烧结工艺余热回收主要分为两大部分，其一、是烧结矿的显热占烧结过程总带入热量的44.5%，环冷机烟气温度在100～420℃之间变化[2]，高温段的烟气温度可达350～420 ℃;其二、是烧结机烟气显热占烧结过程总带入热量的约23.6%，随着物理及化学反应的不间断进行，烧结末端烟气温度明显上升，机尾风箱高温段排出的废气温度达300～380 ℃之高[3]。以前这些显热由于认知或技术，还有能源价格的原因未加以利用就直接排放。这样，不仅热能被白白浪费，还对环境造成极大的负面影响。

烧结生产过程中余热锅炉吸收可利用的烟气热能，通过余热锅炉可副产蒸汽为企业生产、生活提供便利，并减少额外的能源消费。

德国蒂森钢铁公司施韦尔根厂及日本的和歌山厂将烧结机的卸矿处和冷却机烟气收集罩装上三级循环冷却器，出口与电除尘相连，同时还与烟气脱硫装置相连，该系统能将每小时烧结矿可回收的显热总量约为40GJ，相当于一台烧结机每小时输入总热量的6-7%左右[4]。

通过烧结炉烟气低温余热锅炉回收烟气的低品位余热能源产生过热蒸汽，并入工厂蒸汽管网，供给全厂的蒸汽用户计量计价使用。还有少量的低压饱和蒸汽满足厂内生产生活需要，诸如加热水及其他需要等。鉴于厂内因蒸汽使用有不小的缺口，有时尚需向邻近火电企业购买一定量的蒸汽，故此余热利用相应填补了自身需求的不足，还减少了对外购蒸汽的不菲支出，不啻是一举两得之妙策良方。

二、缜密研判寻求适用技术设备

余热利用的关键工艺流程，即将环冷机收集罩进行密封和保温改造。密封改造还可分为不同方式，如磁性密封、液体密封以及其他密封。根据矿料冷却温度不同，分为一段、二段收集罩;同时对环冷机原有烟囱密封处理，只保留一、二段每段各一个烟囱，既可以对空放散，又可以取用烟气通入余热锅炉。再经循环风机将利用过的低温烟气鼓回环冷机下风箱，从而组成一个烟气密闭循环的系统，提升烧结炉燃烧温度，并可同时替代原有环冷鼓风机，降低环冷机的电耗量。

1-余热锅炉;2-循环风机;3-一段取风阀;4-二段取风阀;5-一段放空阀;6-二段放空阀;7-回风放空阀;8-一号回风阀;9-二号回风阀;10-三号回风阀;11-补冷风阀。

图1 余热回收工艺流程图

本项目所用余热锅炉及辅机体积比较庞大，在原有烧结炉环冷机周围，并未预留合理足够的地方和空间，这对我们改造施工造成很大难题和挑战，只有采用混凝土框架支撑的方法，将余热锅炉及附属设备竖向布置在环冷机余热收集段的正上方，虽说这样增加投资和施工的难度与风险。然而，将原有收集罩烟囱进行改造，增加阀门及保温，并引出取风管送至余热锅炉进风口。经余热锅炉利用后的烟气通过循环风机再回到环冷机下风箱内，形成烟气密闭循环。这样布置，缩短了烟风管道的长度，最大限度的降低阻力损失，使循环更加紧凑，充分利用了烟气余热，同时也在很大程度上减少了烟风管道材料的用量，减少了不少的材料费用支出，节约部分投资。施工过程对烧结炉生产的影响也降低到最小限度。这样一来，缺乏空间、场地的关键难题就迎刃而解啦。

设计中，为提升余热锅炉效率，使其达到高、低温段兼顾利用。特研究采用双压复合循环(立式双进气)，并运用模块化设计原理。从高温段到低温段依次由五部分换热模块组成，模块下部设置灰斗及卸灰阀。锅炉换热管为螺旋翅片管形式，换热面积增大，换热面积可达150平米/立方米。从而换热效率得到大幅度提升。锅炉本体烟气阻力不高于1150Pa。烟气流通过程为：将取自收集罩一段的高温烟气通入高参数过热器，之后与取自收集罩二段的烟气汇合并依次通入之后的各个换热模块。高参数汽包汽水循环产生参数为1.8MPa、不少于32T/h的过热蒸汽，并通过高参数过热器过热到360℃;低参数汽包(兼除氧器)汽水循环产生参数约为0.7MPa、不少于8T/h的饱和蒸汽;产生的两种不同规格的蒸汽均并入厂区供汽管网以供使用。上述烟气余热采用分级回收与梯级利用技术，最大限度地实现了烧结环冷机烟气余热的高效回收利用，即所说的“榨干吃净”式的梯级高效利用。

图2 余热回收布置图

在环冷机改造过程中，如若对环冷机的收集罩、台车及下风箱之间的密封组件安装配置不到位或存在质量问题。不仅会大幅度减小烟气的再循环利用率，降低循环烟气温度，而且还会大幅增加循环风机的负荷。同时，对这些缺陷的再处置将会非常的困难，必须等待烧结工序较长时间的停产冷却后，才能进行局部处置整改。不光是余热利用不能开展，连烧结工序的正常生产也受到很大干扰。

在余热回收改造之前调研中，原有环冷机台车及收集罩漏风较明显，在原有1#、2#鼓风机全开的情况下，余热收集段下风箱风压也只有约1.5KPa左右，这种密封缺陷导致环冷机收集罩、台车及下风箱之间的漏风率达到30%～40%，甚至更严重些，经过实地考察对比，最终采用北京京诚科林环保科技有限公司的专利密封技术，对原有环冷机密封进行改造。上密封采用复合材质挂帘：将收集罩与台车间的刚性缝隙，通过柔性挂帘来弥补，不仅漏风明显减少，使收集罩形成一定程度微负压状态;而且，柔性挂帘外观简洁、美观，不易积尘。

下密封采用复合材质动静密封组：在环冷机台车内部制作动密封，与台车一同沿环冷机轨道运动，弥补台车与下风箱间的内部缝隙;在环冷机台车外部制作静密封，固定在下风箱外侧，弥补台车与下风箱间的外部缝隙。动静有机相结合，从而达到密封的良好效果。

与此同时，对余热回收段收集罩进行改造封堵，消除死角，使收集罩内压力均等，对各个收集段间及收集段与非收集段间都进行有效隔断，并对收集罩增加外保温，有效降低热辐射损失。

经过上述密封改造后，余热锅炉运行时，在关停环冷2#鼓风机的情况下，环冷余热收集段下风箱的风压从改造前1.5KPa提高到2.0KPa以上。同时，环冷机收集罩内风压也在-100pa~0pa之间，形成了一定程度的微负压状态。

通过以上设备的布置及改造，将一段收集罩取风温度从改造前360℃左右，提高到400℃以上;二段收集罩取风温度从改造前300℃左右，提高到330℃以上。提高了余热锅炉进口烟气的温度，也增加了锅炉生产的过热蒸汽能力。

通过环冷机密封改造，使余热收集段下风箱风压从改造前1.5KPa提高到2.0KPa以上，又使环冷机收集罩形成一定程度的微负压，并关停了环冷2#鼓风机。这样一来，环冷机烟气的漏风量大量减少，提高了风机利用效率，降低风机电耗，同时减少了二次扬尘，周围环境也得到了良好改善。

根据本工程烧结实际运行情况，考虑停机因素的影响，锅炉冬夏季平均产汽量在30~32t/h，折合每小时节约3.2t标煤，年可节约25000t标煤。根据上述产汽量，以及市场条件下的实际使用价格，每个月的直接经济效益约为220~240万元左右，扣除水、电费等消耗，每月净收益约在200万元左右，节约产值的确不菲。

本项目改造非但没有增加大气污染物的排放，反而将原来直接向空排放的高温废气回收后进行利用，废气尘粒主要成份为矿料，经余热回收装置收集后加以回收利用，大幅度减少了环冷机的烟尘排放，环冷机余热回收段烟气每小时排放量约60万标立方米，烟气含尘量大，增设余热锅炉前，此部分含尘烟气对空直接排放，造成周围的粉尘污染。参照中电联的排放标准，经计算，增加余热回收锅炉后，年可减少对外烟尘排放两万多吨，对大气环境保护具有非常积极重要的意义。