十一届全国烧结球团设备技术研讨会征文

烧结环冷机余热回收技术应用

施毓东 卓坚 韦俊

（江苏沙钢集团有限公司）

一 摘要

据统计，烧结工序的能耗约占冶金总能耗的10～12%，而其排放的余热约占总能耗热能的49%，高效回收和利用烧结排放的低温烟气余热越来越引起企业的关注。在烧结矿生产过程中，特别是烧结矿由鼓风式环冷机冷却过程中会排出大量温度为250～380℃的低温烟气，其热能量大约为烧结矿热耗量的30％左右。将烧结矿冷却过程产生的大量低温烟气进行余热回收，必将提高烧结矿生产过程的能源利用率，降低工序能耗，为企业带来十分可观的经济效益，同时减少烟气热、尘排放，减轻对大气环境的影响。目前我公司共有各型号烧结机8台套，其中3#、4#、6#、7#、8#烧结机余热回收系统已投入运行，本文以3#烧结机为例阐述环冷机余热回收技术应用。

关键词：烧结工序，环冷机，余热回收，经济效益，大气环境

二 工艺简介

烧结余热回收系统包括烟气回收系统、余热锅炉系统（回收蒸汽用于发电的话还包含汽轮机发电系统）。其原理是从环冷机排出的高温烟气经混合，通过配置的高效余热蒸发器进行热交换，产生A t/h的饱和蒸汽和B t/h的低压蒸汽。通过能量转换使烧结矿外排烟气的平均温度由350℃以上降低到150℃左右，余热锅炉排出的烟气经由引风机回送至烟囱排空。

烟气余热回收主要回收环冷一段与二段，设置封闭式烟罩用于烟气余热回收，烟罩内部上方设置内绝热烟罩，分割成高温烟气段和低温烟气段。两个区段均设置一座烟囱，烟囱上设置三通管道，配置电动切换蝶阀，正常工作时，切换阀均将烟气导入锅炉烟道，在余热锅炉停止运行时，关闭烟气进入余热锅炉的通道，环冷机烟气通过机上烟囱排入大气。

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图1 环冷机余热回收系统工艺图

1 烧结工艺情况

目前我公司3#烧结机为360m烧结机，环冷机面积为415m，配有5台冷却风机，进风管路连通，每台风机风量为48.4万m/h。烧结环冷机处理量620t/h热烧结矿，冷却时间最长80min，料层厚度1500mm，烧结矿平均入料温度600~700℃，出料温度120℃。主抽大烟道风量为2.4万m3/min，风温170~180℃。

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2 余热回收烟气系统

余热回收系统由烟气收集系统和烟气利用系统两个子系统构成，余热锅炉排出的烟气经由引风机回送至烟囱排空。

2.1 烟气收集系统

环冷台车分成5个冷却段，第一段、第二段设置封闭式烟罩用于烟气余热回收，第三区、四、五区段设置开放式烟罩。前二个冷却段上方设置内绝热烟罩，分割成高温烟气段和低温烟气段，每个区段均设置一座烟囱，烟囱上设置三通管道，配置电动切换蝶阀，正常工作时，切换阀均将烟气导入锅炉烟道，在余热锅炉停止运行时，关闭烟气进入余热锅炉的通道，环冷机烟气通过机上烟囱排入大气。环冷机风箱相互隔离以免串风，同时根据各个区段的送风量，予以合理分区。

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2.2 烟气利用系统

从环冷机来的两段高温烟气分别引至锅炉烟气进口，经锅炉分段换热后，降至155℃左右出锅炉。

表1 引风机性能参数

配套变频电机

风机额定流量

风机全压

额定功率

66×104Nm3/h

2000Pa

800kW

冷却形式 空冷

防护等级 IP54

绝缘等级 F级

3 热力系统

3.1 余热锅炉系统

3.1.1 余热锅炉

3＃360㎡烧结机余热回收系统配套建设1台自除氧双压自然循环余热锅炉，余热锅炉采用双通道进气、塔式结构、单跨立式布置形式，锅炉干烧耐温400℃。

表2 余热锅炉参数

中压蒸汽压力 1.35MPa

中压蒸汽温度

197℃

设计产气量 45t/h

低压蒸汽压力

0.3MPa

低压蒸汽温度

144 ℃

锅炉排烟温度

155℃

锅炉阻损 <1000Pa

余热锅炉为双压、自除氧（一体化除氧器）、立式烟道、水平螺旋翅片管受热面、自然循环型式。锅炉产生的中压饱和蒸汽并入公司中压蒸汽管网，低压饱和蒸汽供烧结混合筒预热混合料使用。 3.1.2 加药取样系统

锅炉系统采用1套加磷酸盐装置。 取样系统：余热锅炉汽水取样共设5点。 3.1.3 排污系统

系统设置1台定期排污扩容器，系统排污及紧急放水均排至扩容器，排污扩容器附近有排污降温池，将排污水冷却后排放。 3.1.4 补水系统

补水为软化水，接自厂区软水管网。补水点：软水箱。 3.1.5 锅炉充氮保护系统

锅炉长时间停运时需充氮保护，所需氮气压力0.05MPa。

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图2 余热回收系统上位机界面

三 影响余热回收的因素

作为动态的生产过程，且上下道工序关联较大，影响烧结机环冷余热回收的因素很多，主要有环冷区域密封、烧结生产操作、设备运行状况等。

1 环冷区域密封

烧结环冷机漏风一般高达40～50%，为提高余热回收效率，就要加强堵漏风、减少烟气回收系统的热辐射散热，把漏风率尽可能降低以提高风机效率和热废气的品质。密封部分包括台车与烟罩间的密封、烟罩及烟囱的密封、环冷机头部受料点的密封等。平时应加强密封设备的维保工作及点巡检工作，对出现磨损的密封板要及时更换，保证以上部分密封性能良好。

1.1 台车与烟罩之间的密封

比较常用的密封备件有钢刷密封和弹性密封两种。钢刷密封由于钢刷本身的间隙，加上钢刷长期运行后变形，密封泄露情况较为严重，运行寿命较低，维护困难；采用弹性元件，可以吸收环冷机运行中的各个方向的窜动，同时达到完全密封的效果，从而提高烟气余热利用的品质，使余热充分利用，该密封装置运行维护方便。

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1.2 烟罩端部的密封

端部的密封通过增加扇形板，可以有效地将避免出现夹缝漏风的情况，其特点是无论相邻翻板之间如何运动，其间的缝隙是恒定的，即任何时候都是两块翻板平行时其之间的间隙，从而能够有效地控制其向烟罩风室内的漏风。

1.3 环冷机头部受料点的密封

由于环冷机落料斗和烟囱是固定的，环冷机冷态和热态温差相差约400℃，其热胀冷缩约有50mm。一般情况下，为避免热胀冷缩导致环冷机烟罩严重变形，在环冷机入料口处与高温端头部处存在较大的缝隙，这些大的缝隙直接与外界进行对流及辐射换热，造成了很多的热量散失，有大量外界冷空气进入，影响了烟气的利用温度，从而降低了回收蒸汽的产量及品质。针对这种情况，采用伸缩式密封结构可以有效解决以上问题，一方面，可以有效缓解温差带来的设备变形，另一方面，避免了余热的直排损失。

2 烧结生产操作

环冷机余热回收系统主要回收烧结过程中产生的余热，所以保证烧结生产对余热的回收利用至关重要。生产上影响蒸汽产量的主要包括混合料水分、燃料比、环冷机进料口温度、大烟道温度等。

2.1 混合料水分

在配矿和配料结构均稳定的前提下，混合料水份在很大程度上影响着余热锅炉的蒸汽产量。水在烧结过程中有三个作用：一是帮助制粒造球；二是助燃，提高料层中传热前沿移动速度，进而提高烧结反应前沿的移动速度；三是起润滑作用，提高料层的透气性，使更多的空气更顺利的穿透烧结料层。上述三个作用相互叠加，再加上水蒸发本身需要很大的热量（2257.8kJ/kg）使得水分对余热回收量影响很大。

另外，水分的这一影响还体现在烧结机烟道温度和烧结终点控制上。水分升高，烧结机烟道温度升高，热量通过烧结机大烟道大量排入大气中；同时水分增大，料层中烧结速度提高，在机速不变的情况下，终点前移。烟道温度升高和终点前移均对余热回收不利。

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图3 混合料水分与锅炉蒸汽产量对应关系

从图3看出：随着混合料水分的升高，锅炉蒸汽产量在逐渐降低，锅炉蒸汽产量较低的情况均出现在混合料水分较高的区域。在混合料水分低于6.4%时，锅炉蒸汽产量大部分在35t/h以上。

2.2 燃料比

烧结过程配入的碳提供了烧结过程约80%的热量，燃料比的高低决定了整个烧结过程热量收入的多少，在其它热量支出一定的情况下燃料比对烧结余热回收的重要性不言而喻。尽管燃料比对余热回收有重要影响，但燃料比的多少应依据烧结生产确定，不能为增加余热回收量而故意提高配碳量。

2.3 环冷机进料口温度

余热锅炉对热源有一定的要求，除要求废气具有一定的数量和品质外，还要求废气的温度稳定。废气温度过高，会大大缩短锅炉的使用寿命；废气温度过低，蒸汽温度将无法保证。因此，必须确保烧结过程稳定，避免出现烟气温度大幅波动的情况发生。一般来讲，烟气温度的波动应该保持在设计参数±30℃间。有效提高环冷进料口烧结矿温度，一要保证正常而稳定的焦粉配比，从而确保烧结过程稳定，避免烟气温度波动。二要在确保烧结生产正常，烧结矿质量的前提下，终点温度尽量后移，提高烧结矿落料温度，通过提高烟气温度，从而达到蒸汽产量的提升。

从3#烧结机日常的生产数据来看，终点温度过高或过低，对余热锅炉蒸汽产量存在负面影响。如图4所示，蒸汽产量较高的点大部分集中在终点温度380℃-390℃之间。

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图4 烧结机终点温度与锅炉班产蒸汽对应关系

2.4 大烟道温度

烧结机大烟道烟气所带走的热量是整个烧结过程中热量支出的重要组成部分。根据已有的工程经验，对于360m烧结机来说，烟道温度每升高12-15℃，锅炉蒸汽产量就减少10-15t/h 。

烧结机大烟道温度和锅炉蒸汽产量的对应关系如图5所示：

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图5 烧结机大烟道温度与锅炉蒸汽产量对应关系

从图5看出：随着烧结机烟道温度升高，锅炉蒸汽产量在逐渐降低，锅炉蒸汽产量较低的情况均出现在烟道温度高的区域。在烟道温度低于130℃时，锅炉蒸汽产量大部分在35t/h以上。

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2.5 环冷机配风方式

环冷机回收段底部鼓风方式对余热回收也有影响，1#风机和2#风机的开度决定了鼓入回收段的风量，风量越大，穿过热矿层换出的热量越多，产生的热风也就越多，锅炉产汽量越高。总的来说，当烟气温度升高到一定程度时，应适当开大风机，提高锅炉进风量，增加蒸汽产量；当烟气温度降低时，应随着温度的降低尽快减小风门避免系统进冷风。岗位工根据现场生产参数，对引风机的风量要加强控制，保证环冷机密封区域在微正压状态下运行，一方面防止冷风窜入，另一方面保证热量最大程度吸收。

2.6 环冷机料层厚度

在生产允许的情况下，适当提高环冷机料层厚度，有利于提高热风温度，从而提高余热回收量，增加锅炉产汽量。

3 设备运行状况

减少烧结机系统热停机时间是保证余热锅炉蒸汽产量稳定的前提条件。一方面，烧结机系统如果停机超过15分钟，余热回收系统就要关停引风机，烧结机重新启动的同时，余热回收系统需要滞后1小时才能重新开始稳定的进行蒸汽回收，因为回收系统从关停状态到启动需要至少1小时进行锅炉预热。另一方面，频繁的启停对回收设备产生消极影响，尤其是锅炉频繁的温差容易导致锅炉炉体结垢。所以，良好的烧结机设备运行状态对余热回收系统至关重要。一要加强设备的点巡检工作，计划性的对设备隐患进行整改，保证设备稳定运行；二要严格执行生产操作标准化规程，保证生产的稳定，避免各类生产性热停，如堵料，生产性皮带跑偏等；三要加强条线小改小革、四新应用工作，保证设备、生产水平稳步提高，从而减少烧结系统停机时间及频次。

在做好烧结机系统设备维护的同时，也要做好锅炉系统维保工作。锅炉作为产生蒸汽的载体，对蒸汽的产量及质量都有不可忽视的影响。一要保证软化水质量，定期检测锅炉水质，发现异常及时添加药剂（磷酸三钠），保证锅炉本体及管路畅通；二要对蒸发器定期喷吹，保证翅片管无积尘，保证受热面积，减少热量损失；三要根据锅炉运行状况定期启动反冲洗的装置，保证锅炉不结垢。

4 小结

基于我厂烧结环冷机余热回收系统近年来运行经验总结和对生产数据的分析，为提高蒸汽产量，实现烧结-产汽共赢，应遵循如下原则：

1 生产上能结合每批料堆及时调整，岗位工通过对烧结机18-24号风箱风门，主抽风门开度等进行调整来减少热量的损失。

2 余热中控和生产班中控加强沟通，在生产出现异常后能对环冷风机风门及余热引风机进

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行及时调整，提高蒸汽产量。

3 设备条线通过月修机会对环冷机坏的密封挡皮及时更换，使环冷烟气段温度保证在良好状态。

4 大烟道温度不高于150°C，尽量控制在120-130°C，减少生产过程热量损失。 5 终点温度控制在23#-24#风箱，在保证烧结矿质量的前提下，尽量提高环冷机一二段的温度，提高蒸汽的产量

6 根据进料口温度，环冷机1#、2#的冷却风机开度适当控制。

7 建议混合料水分6%-6.5%左右，根据混料料的不同配比结构作适当调整。

8 减少不必要的热停机时间，日常加强设备的维护点检工作，保证好设备的正常运行。 9 坚持“应收尽收”为原则，针对不同的配矿结构和原料条件，制定不同的操作策略，并配套制定相应的管理考核制度，避免搞一刀切的管理模式，最大限度的回收余热。

四 效益分析

3#烧结机余热回收项目总投资3000万元。目前3#烧结机日均产汽量为：中压饱和蒸汽900吨，低压蒸汽150吨，其中低压蒸汽用于烧结机内部混合料预热，中压饱和蒸汽并入公司蒸汽管网。公司管网蒸汽外供价格195元/吨，效益分析如下：

表3 项目效益分析表

日均产汽（吨）

900

蒸汽单价（元/吨） 系统年运行天数（日） 收益（万元）

195

330

5791.5

总投资（万元）

3000

投资回报期（月）

6.2

五 结束语

随着国家对钢铁企业能源环保工作的愈加重视，时值国家能源紧缺、大力提倡生产过程节能降耗的关键时期，烧结机余热回收项目必将逐渐普及，成为钢铁企业节能转型的又一亮点。建设烧结余热回收项目，不仅能完成钢铁企业的节能降耗指标任务，减少余热烟气对环境的污染，同时也能为企业创造可观的经济效益。

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