淺析鋼鐵廠余熱回收應(yīng)用技術(shù)

陳沖　王偉　石小旭

摘 要 鋼鐵廠燒結(jié)工序需要消耗巨大的能量，一般為企業(yè)總能耗的9%～12%。我國燒結(jié)工序的能耗指標(biāo)與先進(jìn)國家相比差距較大，每噸燒結(jié)礦的平均能耗要高20千克標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)能潛力很大。本文針對鋼鐵廠燒結(jié)工序余熱回收的幾種主要的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 鋼鐵廠 燒結(jié) 余熱回收 節(jié)能

0前言

鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，能源消耗量約占全國工業(yè)總能耗的15%，鋼鐵燒結(jié)工序能耗僅次于煉鐵工序，居第二位，一般為企業(yè)總能耗的9%～12%。我國燒結(jié)工序的能耗指標(biāo)與先進(jìn)國家相比差距較大，每噸燒結(jié)礦的平均能耗要高20千克標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)能潛力很大。與國際先進(jìn)水平相比，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)在燒結(jié)過程中對余熱資源的回收利用比例較低，采用合適的余熱回收技術(shù)最大化回收余熱資源，提高資源利用率，對鋼鐵廠企業(yè)效益提高及節(jié)能環(huán)保都有重要意義。

1燒結(jié)工序余熱資源概況

多年來，國內(nèi)外對燒結(jié)工序余熱回收進(jìn)行了大量的研究。據(jù)日本某鋼鐵廠熱平衡測試數(shù)據(jù)，燒結(jié)機(jī)熱收入中88%的熱能由焦粉燃料提供，其余，點(diǎn)火用煙氣帶入6%，高爐煤氣中的炭燃燒帶入4%；熱支出項(xiàng)目中，水分蒸發(fā)耗熱占18.2%，石灰石分解熱占15.2%，燒結(jié)礦顯熱占28.2%和廢氣顯熱占31.8%。由此可見，燒結(jié)工序余熱回收的重點(diǎn)應(yīng)為燒結(jié)廢氣余熱回收和燒結(jié)礦顯熱回收。

燒結(jié)工序余熱資源主要有三方面：一是燒結(jié)機(jī)大煙道煙氣余熱，所含顯熱約為燒結(jié)工序能耗總熱量的15%～20%左右；二是冷卻機(jī)廢氣余熱，冷卻機(jī)廢氣溫度在100℃-400℃之間，顯熱資源約占燒結(jié)工序能耗總熱量的28%-35%；三是燒結(jié)機(jī)尾排料廢氣余熱。此處由于粉塵含量高，溫度波動大，目前尚未有高效的利用方式。因此，燒結(jié)工序余熱利用資源主要集中在燒結(jié)機(jī)大煙道煙氣余熱及冷卻機(jī)廢氣余熱兩方面。

2燒結(jié)余熱利用技術(shù)

國內(nèi)燒結(jié)余熱回收利用主要有三種方式：一是直接將廢氣經(jīng)過凈化后用于預(yù)熱混合料或進(jìn)行熱風(fēng)燒結(jié)，以降低燃料消耗；二是將廢煙氣通過熱管或余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，進(jìn)行利用或并入全廠蒸汽管網(wǎng)；三是將余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽用于驅(qū)動汽輪機(jī)組發(fā)電。

2.1熱風(fēng)燒結(jié)技術(shù)

由于燒結(jié)過程的自動蓄熱作用，料層上部燒結(jié)溫度低，下部燒結(jié)溫度高，因此上部經(jīng)常燒結(jié)不充分，液相量不足，致使所得燒結(jié)礦強(qiáng)度低，并形成許多返礦，而下部由于燒結(jié)溫度過高產(chǎn)生過熔，使燒結(jié)礦還原性惡化。熱風(fēng)燒結(jié)工藝的原理在于利用燒結(jié)機(jī)尾部或冷卻廢氣的物理熱代替部分燃料燃燒熱，參與到燒結(jié)礦燃燒過程中去，提高上部料層的燒結(jié)溫度，減小上下料層的溫差，提高燒結(jié)質(zhì)量，降低能耗。適宜的熱風(fēng)溫度為280℃-350℃。該工藝有效利用了燒結(jié)余熱，可節(jié)省燃料14%左右。

2.2熱管余熱利用技術(shù)

熱管余熱利用技術(shù)是將熱管換熱器置于燒結(jié)主抽尾部煙道區(qū)域，利用熱管中導(dǎo)熱介質(zhì)的熱活性和熱敏感性來實(shí)現(xiàn)氣水之間的熱量傳遞的技術(shù)，具有導(dǎo)熱性強(qiáng)、換熱率高、安全可靠和應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)。熱管余熱鍋爐裝置由熱管過熱器、蒸發(fā)器、省煤器、汽包、外部連接管路、汽包附件、供水系統(tǒng)、自控系統(tǒng)等組成，其工作原理為：高溫?zé)釤煔獠粩嗟耐ㄟ^熱管蒸汽發(fā)生器換熱管束一端的表面，將熱量傳遞給熱管管束，另一端換熱管束外的水吸熱變成汽水混合物，由上聯(lián)箱通過總上升管進(jìn)入汽包，通過汽水分離裝置后，飽和水通過下降管返回至下聯(lián)箱，再次受熱蒸發(fā)，如此反復(fù)循環(huán)，將煙氣熱量傳遞給水側(cè)產(chǎn)生蒸汽。

2.3燒結(jié)機(jī)尾煙氣余熱鍋爐回收技術(shù)

燒結(jié)機(jī)尾處的煙氣，溫度能達(dá)到300℃-400℃，由高溫風(fēng)箱引入余熱鍋爐，高溫?zé)煔庀韧ㄟ^預(yù)除塵后再由風(fēng)管送至余熱鍋爐進(jìn)行熱交換，熱交換后的煙氣，經(jīng)過風(fēng)管送回大煙道再至電除塵器入口處，經(jīng)電除塵、主抽風(fēng)機(jī)后排入大氣。余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽，可以并入全網(wǎng)蒸汽官網(wǎng)，替代部分燃煤鍋爐或者直接驅(qū)動汽輪機(jī)組發(fā)電。相比熱管技術(shù)，該技術(shù)可以確保燒結(jié)主抽煙道壓力及風(fēng)量，不影響燒結(jié)生產(chǎn)過程，對燒結(jié)主抽尾部煙氣的余熱資源利用更徹底。

2.4燒結(jié)冷卻機(jī)余熱回收技術(shù)

該技術(shù)主要是將燒結(jié)冷卻機(jī)的高溫廢氣引入余熱鍋爐，產(chǎn)生蒸汽進(jìn)行利用或驅(qū)動發(fā)電機(jī)組發(fā)電。冷卻機(jī)廢氣溫度由450℃逐漸降到150℃以下，為提高煙氣的余熱利用效率，最大化利用余熱資源，一般采用多段冷卻的方式進(jìn)行。溫度較高的煙氣（約150℃-350℃）進(jìn)入余熱鍋爐，通過氣水換熱過程產(chǎn)生中壓蒸汽；溫度較低的煙氣（約200℃-370℃）進(jìn)入余熱鍋爐，形成低壓蒸汽。中壓蒸汽主要用來送入汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電，而低壓蒸汽則主要用于對外供汽或汽輪機(jī)補(bǔ)汽。

2.5燒結(jié)機(jī)尾煙氣與冷卻廢氣余熱聯(lián)合回收系統(tǒng)

該系統(tǒng)結(jié)合了燒結(jié)機(jī)尾余熱鍋爐回收技術(shù)與冷卻機(jī)余熱回收技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行了組合優(yōu)化。在燒結(jié)機(jī)和冷卻機(jī)生產(chǎn)線上，分別配置一臺燒結(jié)余熱鍋爐和冷卻余熱鍋爐。在燒結(jié)機(jī)尾大煙道煙氣高溫段前設(shè)置一道閥門，高溫?zé)煔饨?jīng)過燒結(jié)余熱鍋爐充分換熱后，由引風(fēng)機(jī)送回大煙道前段，與低溫?zé)煔饣旌?，?jīng)凈化處理后排到大氣中；冷卻機(jī)煙氣由高中溫段引出，高溫和低溫廢氣管道合并一路進(jìn)入冷卻余熱鍋爐，熱交換后的廢氣經(jīng)過再循環(huán)技術(shù)送回冷卻機(jī)，循環(huán)冷卻。兩臺余熱鍋爐聯(lián)合回收燒結(jié)煙氣余熱，產(chǎn)生的蒸汽用來驅(qū)動發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

各種燒結(jié)余熱回收技術(shù)各有利弊，隨著燒結(jié)工序余熱回收技術(shù)的不斷研究和實(shí)踐，各種余熱回收技術(shù)也在不斷進(jìn)步，鋼鐵企業(yè)根據(jù)自身情況，采用合適的余熱回收技術(shù)，可以最大效率的利用余熱資源，提高資源利用率，減少能源浪費(fèi)，給企業(yè)帶來更好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

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