環(huán)冷機密封對燒結(jié)余熱回收效率影響的研究

李向超

前言

隨著社會的發(fā)展，人們對于節(jié)能的重視程度越來越高，大量的節(jié)能技術(shù)被應(yīng)用在社會各個領(lǐng)域當中。其中，燒結(jié)余熱回收是一種較為重要的節(jié)能技術(shù)。經(jīng)過不斷的發(fā)展和改進，余熱回收效率和相應(yīng)的發(fā)電量都發(fā)生了很大的提升。當前較為常用的燒結(jié)余熱回收工藝主要有開式系統(tǒng)和閉路循環(huán)。但是在這兩種工藝當中，基本上都會面臨環(huán)冷機漏風的問題，使得余熱回收效率有所降低。不過，在對環(huán)冷機進行密封改造之后，發(fā)現(xiàn)余熱回收效率并沒有發(fā)生明顯的提升。因此，本文對相關(guān)問題進行了研究，并且分析了環(huán)冷機密封與燒結(jié)余熱回收效率之間的關(guān)系。

一、燒結(jié)余熱回收的熱量轉(zhuǎn)換

在余熱回收的過程當中，燒結(jié)礦中的顯熱，會被轉(zhuǎn)化為水蒸汽中的顯熱，需要分兩步完成這個轉(zhuǎn)移過程。首先，在鼓風機的作用下，環(huán)境空氣會將環(huán)冷機臺車當中的燒結(jié)礦料層穿透。在這一過程中，20攝氏度的空氣會被升溫至380攝氏度。燒結(jié)礦中沒有完全燃燒的燒結(jié)礦將會與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。從而會將冷空氣轉(zhuǎn)化為高溫的煙氣，并且吸收燒結(jié)礦當中的熱量。此后，380攝氏度的高溫熱煙氣在鍋爐換熱面積中穿過，對換熱管當中的常溫水進行加熱，使其轉(zhuǎn)化為水蒸汽。此時熱煙氣的溫度會下降，并將其中的熱量傳遞給水蒸汽。在整個余熱回收過程當中，這兩個步驟的效率，將會對熱回收的效率產(chǎn)生直接的影響。其中，在第二個步驟中的反應(yīng)和轉(zhuǎn)換過程較為簡單，鍋爐的換熱效率將會對該步驟的轉(zhuǎn)換效率產(chǎn)生直接的影響。在當前的燒結(jié)余熱鍋爐當中，換熱效率基本上能夠達到80%到85%左右。而第一個步驟中，有很多不同的因素會對轉(zhuǎn)換效率產(chǎn)生影響。例如冷卻風機風量、環(huán)冷機密封效果、燒結(jié)礦透氣性等方面的因素。如果環(huán)冷機具有越好的密封效果，冷卻風機就能夠有更多的越多的風量穿透料層，燒結(jié)礦的熱量也就會被空氣帶走更多。不過，在穿透料層當中，空氣溫度并不會一直上升，因此，燒結(jié)余熱回收的效率也不會一直保持上升。

二、余熱回收效率影響測試系統(tǒng)

在某鋼廠當中，擁有兩臺360平方米的燒結(jié)機，并且配套安置了415平方米的環(huán)冷機。在燒結(jié)回收余熱系統(tǒng)完成安裝之后，在兩套系統(tǒng)中，分別進行了余熱回收效率影響的測試。為了研究環(huán)冷機密封情況對燒結(jié)余熱回收效率的影響，對其中一套設(shè)備進行了環(huán)冷機密封改造，從而研究在環(huán)冷機密封效果更好的情況下，環(huán)冷機鼓風量與余熱回收效率之間的關(guān)系。而另一套系統(tǒng)并沒有進行環(huán)冷機密封改造，通過套系統(tǒng)的測試，與第一套系統(tǒng)進行對比，從而研究環(huán)冷機密封對燒結(jié)余熱回收效率的影響。在第一套系統(tǒng)中，自變量選取為環(huán)冷機鼓風量，利用鼓風機出口調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)，并將流量計安裝在鼓風機的風量入口和出口管道之間，對鼓風量進行測量。應(yīng)變量則選取為煙罩出口的煙氣量和溫度，并對流量和溫度進行測量。在測試過程中，將鼓風機的閥門設(shè)置為50%到100%的開度，并對煙氣溫度、煙氣量、鼓風量的小時平均值進行測量。在第二套系統(tǒng)當中，自變量選取為環(huán)冷機的鼓風量，調(diào)節(jié)通過鼓風機抽口調(diào)節(jié)閥來進行。應(yīng)變量選取為余熱鍋爐的蒸汽產(chǎn)量，將蒸汽流量計安裝在余熱鍋爐汽包出口，對蒸汽量的小時平均值進行測量。

三、測試流程

在燒結(jié)余熱回收系統(tǒng)正常的工作狀態(tài)下，進行該項測試，并且在兩套不同的系統(tǒng)當中，使用了完全相同的原料和參數(shù)。具體的參數(shù)為360平方米的燒結(jié)機面積、415平方米的環(huán)冷機面積、1500毫米的料層厚度、每小時51萬立方米的環(huán)冷機風量、以及5個環(huán)冷一區(qū)風箱。對第一套系統(tǒng)的閥門開度進行調(diào)整，同時測量煙氣溫度、煙氣量、鼓風量的小時平均值。對于第二套系統(tǒng)，并沒有對相應(yīng)的測點進行增加，只是利用系統(tǒng)中已有的測點，在運行過程中，測量了蒸汽產(chǎn)量、煙氣流量和閥門開度。

四、測試分析

通過對第一套系統(tǒng)測試得出的煙氣溫度和煙氣流量，能夠根據(jù)相關(guān)公式計算出煙氣的理論焓值。在測試過程中，將余熱鍋爐出口的煙氣溫度控制在120攝氏度左右。在計算過程中，不對余熱鍋爐和管道的漏風情況進行考慮，因此余熱鍋爐出口的煙氣量與環(huán)冷機出口的煙氣量相同。通過這些條件，能夠通過計算得出煙氣出口的焓值。通過對第一套系統(tǒng)的測試和計算能夠得出，當閥門處于50%到75%開度的時候，煙氣溫度不會發(fā)生顯著的變化。而當閥門達到80%以上開度的時候，煙氣溫度會發(fā)生較大的下降。隨著閥門開度的增加，煙氣流量也會增加，并呈現(xiàn)出上升的趨勢。因此，如果增大閥門的開度，鼓風機的風量也會增大，就會有更多的煙氣量穿透料層。當閥門達到80%開度的時候，余熱鍋爐的產(chǎn)氣量會達到最大值，在此之后，煙氣流量將會開始下降。因此，在達到最大的余熱鍋爐產(chǎn)氣量的時候，煙氣流量、煙氣溫度等，都不會達到最大值。在第二套系統(tǒng)當中，通過對蒸汽流量、煙氣流量、閥門開度之間的關(guān)系能夠看出，如果閥門開度增加，環(huán)冷機煙氣流量也會增加。如果閥門開度繼續(xù)增加，蒸汽流量也會隨著上升。當閥門達到90%的開度之后，蒸汽流量會到達最大值，最后就會逐漸下降。經(jīng)過對比來看，系統(tǒng)蒸汽流量最大值出現(xiàn)時，進行了環(huán)冷機密封改造的系統(tǒng)閥門開度要小于沒有進行環(huán)冷機密封改造的系統(tǒng)。在第一套系統(tǒng)當中，通過計算能夠得出蒸汽產(chǎn)量、煙氣量、煙氣焓值等結(jié)果與閥門開度之間的關(guān)系。通過相應(yīng)的計算和分析能夠得知，在余熱鍋爐當中，隨著煙氣量的增加，其進出口的煙氣焓值也會隨之提高，并且在最終達到一定數(shù)值之后，開始趨于平穩(wěn)。在余熱鍋爐中，煙氣量和出口焓值之間的關(guān)系是線性關(guān)系，在煙氣量提升的過程當中，鍋爐會不斷損失更大的排煙量。當閥門達到80%開度的時候，余熱鍋爐進出口處的焓值差將會達到最大，此后會發(fā)生較大的下降。當閥門達到80%開度的時候，余熱鍋爐產(chǎn)氣量將會達到最大值。此外，煙氣進出口的焓值差與余熱鍋爐產(chǎn)氣量之間，具有十分相似的曲線趨勢。

五、測試結(jié)論

通過對兩套不同余熱回收系統(tǒng)的測試和對比能夠得知，在第一套系統(tǒng)當中，當余熱鍋爐達到最大的產(chǎn)氣量，即為每小時45.99噸的時候，鼓風機出口閥門會達到80%的開度，鼓風量會達到每小時41.08萬立方米，環(huán)冷機出口會達到每小時36.97萬立方米的風量，此時環(huán)冷機產(chǎn)生了大約10%左右的漏風率。在第二套系統(tǒng)當中，當余熱鍋爐產(chǎn)氣量達到最大值，極為每小時46.55噸的時候，鼓風機出口閥門會達到90%的開度，鼓風量能夠達到每小時47.32萬立方米。這是由于在第二套余熱回收系統(tǒng)當中，沒有將煙氣流量計安裝在鼓風機口，因此，此時風量與第一套系統(tǒng)燒結(jié)機鼓風機閥門開度基本相似，為90%的開度。此外，環(huán)冷機出口能夠達到每小時36.4萬立方米的風量，環(huán)冷機產(chǎn)生了大約23%左右的漏風率。通過對比分析兩套余熱回收系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)能夠發(fā)現(xiàn)，在第一套余熱回收系統(tǒng)在進行了環(huán)冷機密封改造之后，與第二套余熱回收系統(tǒng)相比，漏風率大約實現(xiàn)了13%左右的下降。由此可以看出，在進行了環(huán)冷機密封改造之后，能夠?qū)⑾到y(tǒng)的漏風率明顯的降低。但是對于余熱回收效率來說，并沒有太過于明顯的提升效果。究其原因，是由于當有更多的風量穿透料層之后，在余熱鍋爐入口處，煙氣焓值將會提高，而余熱鍋爐出口出的煙氣焓值也會提升。如果煙氣超過了一定的數(shù)量，在余熱鍋爐入口處的煙氣焓值增加量，將會低于余熱鍋爐出口處的焓值增加量。此時，余熱鍋爐進出口的焓值差反而發(fā)生了降低，蒸汽產(chǎn)量也發(fā)生了下降。就采用的測試系統(tǒng)而言，在第二套測試系統(tǒng)中，將環(huán)冷鼓風機的閥門保持在了90%左右的開度。此時如果對其進行環(huán)冷機密封改造，將環(huán)冷機漏風率控制在10%左右，將會產(chǎn)生每小時42.5萬立方米的煙氣流量，此時的余熱回收系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽量將會下降到每小時35噸以下，余熱回收效率就會明顯的降低。

結(jié)論

通過相關(guān)的研究和測試能夠看出，在環(huán)冷機密封和燒結(jié)余熱回收效率之間的影響當中，當環(huán)冷機抽口煙氣流量達到最高值，或是環(huán)冷機出口煙氣溫度達到最高值的時候，余熱回收系統(tǒng)都不會達到最高的余熱回收效率。因此，在實際運行控制過程中，應(yīng)當綜合各種因素進行調(diào)節(jié)，掌握環(huán)冷機密封對燒結(jié)余熱回收效率的影響，從而進行適當?shù)恼{(diào)整。

（作者單位：河南省安裝集團有限責任公司）