劉文武1 姜 輝2 金 勝3 高 榮4 李寶東1 杜 蒙1
(1.中鋼集團鞍山熱能研究院有限公司；2.中唯煉焦技術國家工程研究中心有限責任公司； 3.華泰永創(chuàng) (北京) 科技股份有限公司；4.鞍山開炭熱能新材料有限公司)
摘 要 以燒結(jié)余熱回收環(huán)節(jié)為研究對象，總結(jié)一套適合國內(nèi)燒結(jié)工序 (包括燒結(jié)機、 冷卻機) 的余熱回收工藝。通過某鋼廠 200m2 燒結(jié)機余熱發(fā)電工程中采用余熱回收技術， 對應用效果進行檢驗。實踐證明燒結(jié)機主抽煙道中熱管換熱器、 環(huán)冷機熱風回熱雙壓鍋爐能夠在不影響燒結(jié)工藝的前提下，將燒結(jié)余熱充分地回收。其具有很高的推廣價值，但其本身的結(jié)構(gòu)型式還有不完善之處， 需要不斷地改進。
關鍵詞 燒結(jié)余熱回收技術；翅片管；熱管
燒結(jié)機主抽煙道余熱采用熱管換熱器進行回收， 煙氣溫度足夠高，同時換熱設備大小受到場地限制，最終確定熱管換熱器產(chǎn)生中壓蒸汽。
根據(jù)余熱資源梯級利用和熱量損失最小原理，環(huán)冷機采用回熱方式將鍋爐尾部排放的熱廢氣通過回熱循環(huán)風機返回燒結(jié)冷卻機風箱，提高冷卻風溫，從而將冷卻機第一段風罩出口廢氣提高到 420℃ ，第二段風罩出口廢氣提高到 310℃ 。進一步提高余熱鍋爐蒸汽品質(zhì)和產(chǎn)量，利于發(fā)電。
1 某鋼廠 200m2 燒結(jié)機、 環(huán)冷機概況
1.1 200m2燒結(jié)機大煙道
1 號大煙道風機工況流量 810000m3/ h(150℃ )，壓力為 － 17000Pa， 高溫段流量約占 總流量的1 / 3，高溫段溫度 400 ± 30℃ ?
2 號大煙道風機工況流量 450000m3/ h(150℃ )，壓力為 － 17000Pa，高溫段流量約總流量的 1 / 3，高溫段溫度 350 ± 30℃ ?
1.2 200m2燒結(jié)環(huán)冷機
環(huán)冷機規(guī)格為 1 × 280m2 ，燒結(jié)礦處理能力470t/ h，給料溫度 700 ~ 800℃ ，排料溫度< 120℃ 。
配套鼓風機4臺，流量為396000m3 / h (單臺風機；常溫)，全壓 3900Pa， 其中環(huán)冷 1號排氣煙囪，流量 300000m3 / h，溫度350 ± 30℃ ；環(huán)冷2號排氣煙囪流量 3000000m3 / h，溫度 250 ± 30℃ 。
2 工作原理
2.1 熱管換熱器
主煙道余熱回收采用熱管式余熱鍋爐，基本工作原理同翅片管式余熱鍋爐，利用超導技術，將換熱面吸收的熱量傳導到風箱外部的換熱水套，對鍋水進行蒸發(fā)。減少換熱面一旦漏水會影響主抽管道。
2.2 雙壓鍋爐
燒結(jié)冷卻段余熱鍋爐采用翅片管式雙壓余熱鍋爐，錯排管束直接對鍋水換熱，提高換熱效率。 當鍋爐進入工作狀態(tài)時，煙氣水平流向鍋爐頂部的入口轉(zhuǎn)角煙道，依次流經(jīng)本體各受熱面，經(jīng)換熱后的煙氣從鍋爐底部排出。
鍋爐的汽水系統(tǒng)由前述各受熱面管箱、 高壓鍋筒、 低壓鍋筒和過熱器集汽集箱所組成。鍋爐的給水 (凝結(jié)水) 經(jīng)各自的給水操縱臺進入省煤器加熱后，接近飽和溫度的水進入鍋筒。鍋筒內(nèi)的水經(jīng)下降管進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)受熱后成為汽水混合物又回到鍋筒 (分離器)。在鍋筒(分離器) 內(nèi)進行汽水分離，分離下來的水回到鍋筒的水空間，飽和蒸汽則通過飽和蒸汽引出管被送到過熱器，飽和蒸汽在過熱器內(nèi)被加熱成過熱蒸汽，然后經(jīng)環(huán)冷罩膜式壁加熱，達到規(guī)定的蒸汽溫度后，經(jīng)主汽管送入汽輪機。
2.3 雙壓鍋爐結(jié)構(gòu)形式
鍋爐為雙壓自然循環(huán)無補燃型余熱鍋爐，與燒結(jié)環(huán)冷機相匹配。鍋爐采用多排柱布置形式，鍋筒和受熱面并列布置，即分為主跨和副跨。
主跨———鍋筒及主要輔機部分采用獨立的結(jié)構(gòu)，多層布置，自上而下依次布置中壓鍋筒、 低壓鍋筒及爐水加藥裝置及汽水取樣裝置等。
鍋爐為塔式布置，全支撐管箱結(jié)構(gòu)。它由入 口煙道、 鍋爐本體受熱面管箱、 出口煙道、 鋼架、 平臺扶梯、 高壓鍋筒和低壓鍋筒等組成。其中鍋爐本體受熱面管箱又分為高壓過熱器管箱、 高壓蒸發(fā)器管箱、 高壓省煤器管箱、 低壓過熱器管箱、 低壓蒸發(fā)器管箱和凝結(jié)水加熱器管箱。
主跨主支撐面下方放置循環(huán)風機及風機吊架。
副跨———受熱面部分采用管箱式結(jié)構(gòu)，自上 而下布置。
3 工程應用結(jié)果及分析
200m2 燒結(jié)機余熱回收工程于 2010 年 11月 投入運行? 經(jīng)過幾個月的緊張調(diào)試， 煙道熱管換熱器和環(huán)冷機雙壓鍋爐運行穩(wěn)定，測得大量煙氣及汽水數(shù)據(jù)參數(shù)見表1。
3.1 煙道熱管換熱器
大、 小煙道熱管換熱器都是串聯(lián)在主抽煙道中，無法通過儀表準確測量煙氣流量， 只能通過主抽風機風量和熱管換熱器前配置的吸風管道數(shù)量來粗略估算。通過實際溫度采樣數(shù)據(jù)可知，大、 小煙道的入口溫度高時均可達到 360 ~ 400℃ ，排煙溫度則都降到 200℃ 左右，計算熱管換熱器的回收效率已經(jīng)接近50％，完全達到或超過了設計要求。該煙道熱管換熱器在不影響燒結(jié)機正常運轉(zhuǎn)、 不額外增加能源消耗的情況下實現(xiàn)了高產(chǎn)、 穩(wěn)產(chǎn)。
3.2 環(huán)冷機雙壓鍋爐
200m2 燒結(jié)機環(huán)冷機雙壓鍋爐經(jīng)過幾個月的運行效果良好。 循環(huán)風機采用液力耦合器調(diào)速，鍋爐高、 低溫煙氣入口分別設有調(diào)節(jié)閥。這樣既可以調(diào)節(jié)總的熱風流量，也可以分別調(diào)節(jié)高、 低溫煙氣流量。 環(huán)冷機高低溫煙罩內(nèi)部保持微負壓，既保證余熱充分回收，又不至于大量吸入冷風。鍋爐下部設置了除氧預熱器，可以控制鍋爐排煙溫度始終在 150℃ 以下，鍋爐的余熱回收率可以穩(wěn)定在60％ 。
3.3 經(jīng)濟效益分析
(1) 項目工程經(jīng)濟分析和評價的基礎數(shù)據(jù) 與參數(shù)選擇:
200m2 燒結(jié)余熱發(fā)電工程總投資 4800 萬元；
余熱循環(huán)風機用電功率 2600KW 取代環(huán)冷機 1、 2 號鼓風機用電功率 680KW；
設計 9000KW 的電站，按每小時輸出功率7000KW 計算 (扣除自身用電損失)；
年發(fā)電 7500h，電價0.55元/ KWh；
鍋爐及電站年運行管理費，按計劃 24 人， 每人每年4萬元計，共 108 萬元；
工業(yè)凈循環(huán)水按 2元/ t，每年需補充新水52500t，合計費用 12萬元；
除鹽水按15 元/ t 計算， 每小時需補充10m3，每年需產(chǎn)生費用 112萬元。
(2) 項目工程年收益及投資回收期 年收益 ＝ (7000 － 2600 ＋680 × 2) × 7500× 0.55－ 1080000 － 126000 － 1125000 ＝ 2143 (萬元) 初期投資回收期: 投資回收期 2 年 3個月。
4 改進措施
(1) 提高燒結(jié)系統(tǒng)生產(chǎn)的穩(wěn)定性和設備運行的可靠性，降低工藝參數(shù)波動及非正常停機對煙氣品質(zhì)的影響，保證燒結(jié)礦熱源的穩(wěn)定性。
(2) 在保證燒結(jié)礦質(zhì)量的前提下，適當降低燒結(jié)終點溫度，提高燒結(jié)環(huán)冷低溫煙氣溫度，使余熱發(fā)電量有所增加。
(3) 摸索余熱回收系統(tǒng)最佳運行方式，通過上移環(huán)冷機拉筋，增加環(huán)冷機的料層厚度， 同時對環(huán)冷機的速比進行對比分析， 目前基本控制在 1.65—1.75之間。 為了能夠?qū)h(huán)冷機內(nèi)的熱量充分帶出， 將環(huán)冷機的1號回風管風門基本全開。 同時，根據(jù)煙溫來確定環(huán)冷 2號煙罩煙氣的配比。余熱鍋爐的操作要領: 在鍋爐啟動階段，其升溫曲線靠逐步開啟鍋爐進口擋板和風機風門來保證； 鍋爐的甩爐操作靠關閉鍋爐進口擋板和風機風門來實現(xiàn)； 正常生產(chǎn)時靠引風機風門開度的大小來調(diào)節(jié)煙氣流量以平衡煙氣溫度。 燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)受燒結(jié)機工況影響較大，在煙溫不高的情況下，需調(diào)節(jié)煙氣流量來確保煙氣溫度以滿足發(fā)電需要 (煙氣溫度較低時關小風門降低鍋爐負荷，避免甩爐； 煙氣溫度較高時全開風門提高發(fā)電量)。
(4) 改進煙氣回收輸送系統(tǒng)，采用隔絕除塵器，對兩臺燒結(jié)機 1 號環(huán)冷風機上部煙帽進行全密封焊接，以減少熱量損失。增加隔板，減少低溫煙氣進入余熱發(fā)電系統(tǒng)，調(diào)整鼓風冷卻機風門開度等措施，使發(fā)電量提高約 5萬 KWh /d。
(5) 改善煙氣系統(tǒng)的保溫性。 對煙罩、 風管、 鍋爐、 蒸汽管路等加強保溫措施。
(6) 采取措施減少燒結(jié)機、 環(huán)冷機上的漏風。對燒結(jié)機進行了漏風率測定。并在生產(chǎn)中加大對漏風部位的點檢力度； 在燒結(jié)機定修前對漏風檢修項目進行匯總。以確保各漏風部位的檢修到位。發(fā)現(xiàn)環(huán)冷機密封板異常時立即更換。采取上述措施后。燒結(jié)機、 環(huán)冷機的漏風現(xiàn)象大為改善。
(7) 強化設備維護，對設備存在的問題及時整改，使設備性能不斷完善， 減少了非計劃檢修時間，提升設備作業(yè)率。
(8) 進一步改善環(huán)冷機臺車的密封，降低漏風率，采用以彈簧鋼為材料的薄板密封裝置，代替橡膠為材料的密封裝置，克服高溫老化對密封性能的影響。