錢惠明
(寧波鋼鐵有限公司,浙江寧波 315800)
在鋼鐵生產(chǎn)各工序中,燒結(jié)工序的能耗約占全部工序的10%左右,僅次于高爐。從燒結(jié)機(jī)機(jī)尾卸出的燒結(jié)礦溫度范圍一般為500~750 ℃,甚至800 ℃,其顯熱約占燒結(jié)工序總能耗的35%~45%。熱燒結(jié)礦在冷卻過程中蘊(yùn)含在固體中的熱能變?yōu)閺U氣顯熱,廢氣溫度隨環(huán)冷機(jī)部位的不同在120~450 ℃之間變化,其顯熱量約占總熱耗的30%,相當(dāng)于400~600 MJ/t 燒結(jié)礦的熱量被環(huán)冷機(jī)廢氣帶走。對(duì)此部分余熱進(jìn)行回收利用具有很大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
自20 世紀(jì)90 年代初寶鋼從日本成套引進(jìn)燒結(jié)環(huán)冷余熱回收裝置以來,燒結(jié)環(huán)冷余熱回收利用技術(shù)經(jīng)過近30年的發(fā)展,經(jīng)科研人員的認(rèn)真研究和工程設(shè)計(jì)人員的精心實(shí)踐,已經(jīng)趨于精益求精的階段。燒結(jié)環(huán)冷余熱回收技術(shù)主要有:熱風(fēng)點(diǎn)火,用作保溫爐的助燃空氣,用于預(yù)熱混合料,熱風(fēng)燒結(jié),余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽等。應(yīng)用最為普遍的是將燒結(jié)環(huán)冷煙氣引入余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽。本文主要介紹寧鋼2#燒結(jié)環(huán)冷余熱回收利用實(shí)踐,為后續(xù)燒結(jié)環(huán)冷余熱回收提供借鑒和參考。
煙氣余熱是指被考察體系排出的煙氣,可釋放的高于環(huán)境溫度的熱量和低位發(fā)熱量,在進(jìn)行煙氣余熱回收設(shè)計(jì)時(shí),首先需要對(duì)系統(tǒng)的余熱資源進(jìn)行仔細(xì)分析,余熱資源分析需要考慮以下幾種因素:熱負(fù)荷的穩(wěn)定性,煙氣溫度和流量的確定,煙氣成分,場(chǎng)地條件[1]。
寧波鋼鐵2#燒結(jié)設(shè)置1 臺(tái)430 m2燒結(jié)機(jī),對(duì)應(yīng)配置1臺(tái)470 m2環(huán)冷機(jī)對(duì)燒結(jié)礦進(jìn)行冷卻。燒結(jié)系統(tǒng)工藝參數(shù)如下:
有效面積:430 m2;
作業(yè)率:97%;
成品礦產(chǎn)能:550 t/h(65%產(chǎn)能);
料層厚度:~750 mm;
環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)數(shù)量:5臺(tái);
環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)全壓:4500 Pa;
環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)電功率:1000 kW;
環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī):565000 m3/h。
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),寧鋼2#環(huán)冷落料溫度約為517~578 ℃,環(huán)冷機(jī)高溫段1~7 軸風(fēng)箱處平均溫度僅為250 ℃,最高約為280 ℃。
本項(xiàng)目煙氣為燒結(jié)環(huán)冷煙氣,熱負(fù)荷穩(wěn)定性較好,煙氣溫度偏低,基本在250~280 ℃,煙氣主要成分為空氣,環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)較為嚴(yán)重,煙氣溫度有待于提高,場(chǎng)地條件不太理想,沒有足夠的預(yù)留場(chǎng)地新建余熱鍋爐。
由于環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)較為嚴(yán)重,煙氣溫度有待于提高,必須對(duì)環(huán)冷機(jī)高溫段進(jìn)行密封,目標(biāo)值:經(jīng)環(huán)冷密封后將煙氣溫度提高至320~330 ℃。
(1)環(huán)冷門型罩改造
對(duì)環(huán)冷機(jī)高溫段的門型罩進(jìn)行改造,并設(shè)置一定的傾斜角度,有利于煙氣的收集和流動(dòng)。門型罩外部設(shè)硅酸鋁保溫材料,減少門型罩外表面的散熱。門型罩內(nèi)設(shè)置內(nèi)部隔斷,將高溫段和低溫段分開,避免高溫?zé)煔夂偷蜏責(zé)煔饣旌?,以提高高溫段的煙氣溫度?/p>
(2)環(huán)冷機(jī)臺(tái)車欄板與門型密封罩之間的密封改造
密封罩與臺(tái)車欄板之間的密封采用鍍鋅板外加硅橡膠板密封,臺(tái)車欄板上增加密封面,門型罩上焊接楔鐵座,鍍鋅板及密封橡膠板外設(shè)置壓板,用楔鐵固定,楔鐵焊接鉸鏈固定在門型罩上。熱風(fēng)罩與臺(tái)車之間密封采用金屬密封,在熱風(fēng)罩下部安裝一圈密封片,密封片的下端與斜面接觸,工作時(shí)密封片在原滑道斜面上滑動(dòng),實(shí)現(xiàn)密封。
(3)臺(tái)車下密封改造和三角梁密封
臺(tái)車下側(cè)密封采用動(dòng)密封+靜密封結(jié)構(gòu)形式,密封板采用硅橡膠材質(zhì),動(dòng)、靜密封板固定均采用壓板。三角梁密封板采用硅橡膠材質(zhì),膠板用螺栓固定在小欄板的角鋼框上。
據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)介紹:在燒結(jié)礦溫度為700 ℃,層厚1650 mm,介質(zhì)初溫120 ℃的條件下,余熱利用最適宜取用煙氣量為700~750 m3/t燒結(jié)礦,在此情況下,帶入冷卻機(jī)的燒結(jié)礦顯熱的回收率較大[2]。本項(xiàng)目由于燒結(jié)產(chǎn)能只有設(shè)計(jì)產(chǎn)能的65%,平均產(chǎn)量550 t/h,煙氣溫度較低,按文獻(xiàn)推薦煙氣量取值勢(shì)必造成煙氣量取用過大,從而造成煙氣溫度下降,故煙氣量按推薦煙氣量的50%~70%取用,即18 萬~28萬m3/h。
本項(xiàng)目由于場(chǎng)地限制,余熱回收裝置采用機(jī)上布置,即余熱鍋爐鋼結(jié)構(gòu)柱跨在環(huán)冷機(jī)兩側(cè),余熱鍋爐布置在環(huán)冷機(jī)上方。取風(fēng)口設(shè)置在6~7 軸之間,煙氣自環(huán)冷機(jī)引出口引出后直接進(jìn)入余熱鍋爐,余熱鍋爐煙氣下進(jìn)上出,環(huán)冷機(jī)煙氣余熱回收采用煙氣再循環(huán)系統(tǒng)。機(jī)上布置的方式減少了煙氣的輸送距離,從而大大減少了煙氣輸送過程中的溫降和阻力損失。煙氣系統(tǒng)流程圖詳見圖1。
從高溫段煙罩引出DN3000 煙氣管道,引出管上設(shè)置高溫?zé)煔怆妱?dòng)蝶閥,經(jīng)過閥門后,煙氣直接進(jìn)入余熱鍋爐,收集的煙氣量為180000~280000 m3/h。經(jīng)余熱鍋爐吸收熱量后,排出140 ℃左右的熱風(fēng),再經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)增壓后通過DN2200 煙氣管道鼓入環(huán)冷機(jī)下部混凝土風(fēng)道中,冷卻環(huán)冷燒結(jié)礦,從而提高環(huán)冷機(jī)高溫段煙氣的溫度。在原有排氣筒上設(shè)置煙氣放散閥,當(dāng)余熱鍋爐系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),兩處放散閥開啟,煙氣引出管電動(dòng)蝶閥關(guān)閉,煙氣直接排放至大氣,環(huán)冷機(jī)按現(xiàn)有生產(chǎn)情況組織生產(chǎn)。
為了保證余熱回收系統(tǒng)不影響燒結(jié)礦終點(diǎn)冷卻溫度,在循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)口擋板前設(shè)置煙氣混風(fēng)管道,上設(shè)電動(dòng)風(fēng)門。在燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)較高,產(chǎn)能較高以及夏季氣溫較高時(shí),可調(diào)節(jié)回風(fēng)煙氣的溫度,滿足燒結(jié)礦冷卻至皮帶輸送機(jī)時(shí)溫度,也可避免環(huán)冷余熱鍋爐發(fā)生缺水情況。
循環(huán)風(fēng)機(jī)出口同時(shí)設(shè)有電動(dòng)蝶閥,以防在循環(huán)風(fēng)機(jī)尚未啟動(dòng)而環(huán)冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)開啟時(shí)風(fēng)機(jī)發(fā)生反轉(zhuǎn),并可防止檢修風(fēng)機(jī)時(shí),避免受環(huán)冷機(jī)熱風(fēng)的影響。
余熱鍋爐煙氣總阻力在額定工況下≤800 Pa,最大工況下≤1200 Pa。設(shè)計(jì)排煙溫度:140 ℃。
余熱鍋爐采用立式自然循環(huán)雙壓鍋爐,煙氣自下而上通過余熱鍋爐。為了增大換熱面積,強(qiáng)化換熱效果,受熱面全部采用螺旋螺旋翅片管結(jié)構(gòu),材料20(GB3087),管壁厚≥3 mm,翅片材料為08Al。
余熱鍋爐本體由中壓過熱器、集汽集箱、減溫器、中壓汽包、中壓蒸發(fā)器I、中壓蒸發(fā)器II、中壓省煤器、低壓汽包及除氧頭、除氧蒸發(fā)器、鍋爐鋼架、平臺(tái)扶梯、防雨棚等組成。鍋爐蒸汽額定參數(shù)為2.1 MPa,260 ℃;運(yùn)行參數(shù)為:1.0 MPa,260 ℃。鍋爐采用模塊化結(jié)構(gòu),各模塊疊加后支承在框架梁上,考慮模塊多次搬運(yùn)強(qiáng)度,汽包及除氧器支承在頂部梁上。
圖1 煙氣系統(tǒng)流程圖
中壓汽包設(shè)計(jì)壓力2.3 MPa,運(yùn)行壓力1.0 MPa,中壓汽包筒體由Q245R 鋼板卷制而成。鍋筒內(nèi)汽水分離元件為波形板和孔板組合分離器。低壓汽包設(shè)計(jì)壓力0.5 MPa,運(yùn)行壓力0.4 MPa,低壓汽包由汽包筒體和除氧頭組成,低壓汽包筒體由Q245R 鋼板卷制而成。除氧頭除氧能力30 t/h,除氧頭采用立式、噴霧淋水盤式除氧器,由噴嘴、淋水結(jié)構(gòu)等內(nèi)件及外殼構(gòu)成的脫氧裝置,除氧器出水含氧量≤15 μg/L,除氧水箱容積V=15 m3,在中壓汽包內(nèi)經(jīng)單級(jí)分離裝置分離出來小部分飽和蒸汽,引入除氧器,對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行加熱、除氧。
減溫器采用旋渦文丘里式(帶水容室的文丘里式、多孔噴管式)噴水減溫器。
本環(huán)冷余熱回收項(xiàng)目主要設(shè)備為余熱鍋爐,其基本參數(shù)詳見表1。
表1 余熱鍋爐基本技術(shù)參數(shù)
本項(xiàng)目于2019 年7 月投產(chǎn)運(yùn)行,投產(chǎn)后運(yùn)行穩(wěn)定,通過增加環(huán)冷密封減少了環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)率,煙氣溫度提高到320~350 ℃。余熱鍋爐運(yùn)行工況壓力1.0 MPa,在煙氣量Q=18 萬m3/h,煙氣溫度320 ℃工況下,余熱鍋爐平均產(chǎn)汽量,中壓蒸汽(1.0 MPa,260 ℃)13 t/h,低壓蒸汽(0.4 MPa 飽和蒸汽)3 t/h。所產(chǎn)蒸汽并入余能電廠蒸汽管網(wǎng)。
寧鋼2#燒結(jié)環(huán)冷余熱利用,通過改造環(huán)冷門型罩,增設(shè)環(huán)冷密封等措施,減少了環(huán)冷機(jī)的漏風(fēng),提高了環(huán)冷機(jī)余熱回收的煙氣溫度,本項(xiàng)目采用自然循環(huán)雙壓余熱鍋爐機(jī)上布置,占地小,結(jié)構(gòu)簡單緊湊,能降低熱損失和阻力損失, 提高余熱鍋爐的產(chǎn)汽量和出口蒸汽溫度,大幅度提高燒結(jié)環(huán)冷機(jī)廢氣的熱能利用率。