張樹剛
（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司煉鐵廠，河北涉縣 056404）
[摘 要] 對(duì)燒結(jié)余熱回收利用現(xiàn)狀與發(fā)展進(jìn)行了分析闡述。指出將燒結(jié)余熱進(jìn)行回收與利用，能夠有效降低燒結(jié)能耗，在環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排及降本增效方面發(fā)揮重要作用。
[關(guān)鍵詞] 燒結(jié)余熱；回收；利用；現(xiàn)狀；發(fā)展
0 引言
隨著我國鋼鐵產(chǎn)量的增加，以化石燃料為主的能源消耗結(jié)構(gòu)給自然環(huán)境帶來了巨大的負(fù)擔(dān)，因此，必須將節(jié)能減排作為研究重點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。天鐵燒結(jié)設(shè)備的余熱回收項(xiàng)目勢在必行，本文對(duì)符合天鐵實(shí)際情況的余熱回收方式進(jìn)行了探討。
1 燒結(jié)余熱回收利用現(xiàn)狀
1.1 燒結(jié)余熱概況
燒結(jié)工序的能耗在鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)工藝流程中，僅次于煉鐵的能耗，占總能耗的 1/10 至 2/10，并且其中一半的熱能消耗在了燒結(jié)煙氣和冷卻機(jī)的廢氣上，并沒有得到回收和利用，燒結(jié)余熱的回收與利用對(duì)象主要就是這一部分熱能。天鐵燒結(jié)余熱利用可以分為以下兩種形式：一種是動(dòng)力利用，完成將熱能向機(jī)械能或電的轉(zhuǎn)化；另一種是熱利用，即將余熱利用在預(yù)熱、干燥、供熱、供暖等方面。在我國現(xiàn)階段的燒結(jié)余熱回收利用中，主要有余熱鍋爐回收生產(chǎn)蒸汽、發(fā)電、熱風(fēng)燒結(jié)、保溫、預(yù)熱物料等方式。天鐵燒結(jié)在這一方面僅有余熱鍋爐的經(jīng)驗(yàn)，在余熱回收再利用方面還有很大的發(fā)展空間。
1.2 燒結(jié)余熱特點(diǎn)
1.2.1 熱源品質(zhì)較低
只有頭部和尾部為高溫段的燒結(jié)機(jī)在生產(chǎn)時(shí)，其溫度低于 320 ℃的廢氣風(fēng)箱約占總數(shù)的 2/3，低溫廢氣數(shù)量龐大；而在通過燒結(jié)礦冷卻方式進(jìn)行冷卻之后，從冷卻機(jī)排出的廢氣溫度越來越低，煙氣溫度甚至有了 300 ℃的溫差，從 450 ℃降低到 150℃。經(jīng)過測量結(jié)果表明，溫度在 300～450 ℃的高溫廢氣僅為廢氣總量的 3/10～4/10。而 300 ℃以下的低溫廢氣在廢氣總量中所占的比例甚至達(dá)到了 60%。從整體上來說，燒結(jié)余熱屬中低品質(zhì)熱源，并且低品質(zhì)占有較大的比例。
1.2.2 廢氣溫度波動(dòng)較大
在燒結(jié)生產(chǎn)過程中，由于燒結(jié)礦在燒結(jié)機(jī)中的燒成情況存在一定差異性，導(dǎo)致燒結(jié)廢氣和燒結(jié)礦在冷卻過程中所產(chǎn)生廢氣的溫度也存在差異。燒結(jié)礦的欠燒廢氣溫度較高，而在過燒時(shí)冷卻過程中所產(chǎn)生的廢氣溫度較低一些。在燒結(jié)過程中，通過測量發(fā)現(xiàn)余熱回收段的廢氣溫度最高可達(dá)到 520 ℃，廢氣的最低溫度為 280 ℃。大范圍的溫度波動(dòng)，給燒結(jié)余熱回收帶來了一定困難，這也是燒結(jié)余熱回收中迫切需要解決的問題。
1.2.3 熱源的連續(xù)性難以保證
熱源的連續(xù)性在整個(gè)余熱回收的過程中占有重要比重，是余熱回收的必備條件。燒結(jié)礦的熱源產(chǎn)生條件是基于其所攜帶的物理顯熱，因此，只有保證燒結(jié)礦在通過煙氣回收段中具有一定的連續(xù)性，才能保證燒結(jié)余熱的熱源提供是源源不斷的。一旦煙氣回收段中的燒結(jié)礦在不斷循環(huán)中出現(xiàn)了停頓或者是中斷現(xiàn)象，那么整個(gè)余熱回收系統(tǒng)也會(huì)隨之受到影響。由于各種原因，燒結(jié)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)短時(shí)間停機(jī)的現(xiàn)象很難避免，經(jīng)常出現(xiàn)燒結(jié)礦，也就是熱源的中斷現(xiàn)象，因此熱源的連續(xù)性很難得到保證。
2 燒結(jié)余熱回收利用的發(fā)展?fàn)顩r
2.1 國內(nèi)燒結(jié)余熱回收利用發(fā)展?fàn)顩r
我國國內(nèi)許多燒結(jié)工廠在燒結(jié)冷卻廢氣余熱回收方面進(jìn)行了大量工作實(shí)踐，并已取得了一定的成效。天鐵的余熱回收經(jīng)驗(yàn)不多，僅曾在三號(hào)燒結(jié)機(jī)（已拆除重建）中投入使用過余熱鍋爐系統(tǒng)。因此，天鐵需要汲取其他鋼鐵企業(yè)余熱回收的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合天鐵的實(shí)際情況，盡快發(fā)展自己的余熱回收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗和降本增效。
2.1.1 蒸汽
在燒結(jié)余熱的利用方面，寶鋼二期做出了重要的表率。該廠在設(shè)計(jì)、設(shè)備引進(jìn)等方面，與日本相關(guān)企業(yè)進(jìn)行合作。在生產(chǎn)過程中，共有兩套蒸汽的相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備與裝置：一套用于回收冷卻機(jī)所產(chǎn)生的廢棄；另一套則用于回收主排氣余熱。兩套設(shè)備的同時(shí)投入對(duì)生產(chǎn)發(fā)展具有重要意義。寶鋼企業(yè)原本使用的 1 號(hào)燒結(jié)機(jī)與 3 號(hào)燒結(jié)機(jī)并沒有配備相應(yīng)的裝置用于進(jìn)行余熱回收，這種情況使寶鋼在生產(chǎn)經(jīng)營的較長一段時(shí)間內(nèi)，排放了較多的粉塵以及廢氣，繼而導(dǎo)致周圍環(huán)境的污染以及在能源資源方面出現(xiàn)不必要的耗費(fèi)。在“十一五”階段，寶鋼集團(tuán)在實(shí)際的生產(chǎn)過程中將二燒余熱鍋爐的相關(guān)參數(shù)作為了實(shí)際工作中的參照標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)上述的燒結(jié)機(jī)也配備了相應(yīng)的用于回收余熱的裝置設(shè)備，后期的生產(chǎn)過程中，廢棄與余熱均得到了較為充分的利用。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，利用燒結(jié)機(jī)相應(yīng)裝置回收的余熱進(jìn)行蒸汽生產(chǎn)，其最終的獲利總值高達(dá) 73.2 萬 t，產(chǎn)生了極為可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
熱管技術(shù)是南京化工學(xué)院開發(fā)出的一種新型的余熱回收利用技術(shù)。其工作原理具體為：首先，通過氣化相變得過程實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞，促使傳熱效率發(fā)生一定程度的提升，該過程具有投資回收快，技術(shù)可靠性強(qiáng)的優(yōu)勢。就實(shí)際生產(chǎn)過程來看，為了利用好帶冷余熱，武鋼一燒選擇與具有技術(shù)優(yōu)勢的南京化工學(xué)院熱管技術(shù)開發(fā)中心進(jìn)行合作，將熱管蒸汽發(fā)生系統(tǒng)安置在了武鋼一燒 4 號(hào)帶冷機(jī)上，進(jìn)行低壓蒸汽的生產(chǎn)工作。將該系統(tǒng)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際中，運(yùn)行情況安全可靠，并且實(shí)現(xiàn)了預(yù)期設(shè)計(jì)能力，產(chǎn)氣量為 4～5 t/h，燒結(jié)礦的平均產(chǎn)氣量為 50～60kg/t，蒸汽壓力為 0.4～0.5 MPa。利用熱管技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)余熱的回收并產(chǎn)生蒸汽的燒結(jié)余熱回收利用技術(shù)，在馬鋼二燒、武鋼一燒、攀鋼燒結(jié)廠等企業(yè)的投運(yùn)，進(jìn)一步證明了該技術(shù)的可靠性。
2.1.2 發(fā)電
在我國的燒結(jié)工序中，余熱回收系統(tǒng)只在一小部分的燒結(jié)工序中進(jìn)行設(shè)置，回收的余熱也沒有用于發(fā)電。隨著資源問題和環(huán)境問題的日益加劇，燒結(jié)余熱回收利用問題得到了日益廣泛的重視，并有針對(duì)性地進(jìn)行了大量的實(shí)踐研究，已將飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了投運(yùn)，但在燒結(jié)余熱回收利用進(jìn)行發(fā)電的過程中，仍然存在著一些問題。
馬鋼第一煉鋼總廠于 2004 年進(jìn)行了國內(nèi)第一套余熱發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)工作，并于 2005 年并網(wǎng)發(fā)電。在 2006 年，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，該系統(tǒng)累積發(fā)電 6100.51萬 kW·h，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為 2367 萬元，減少的CO2 和 SO2 的排放量為 8 000 t 和 300 t，在環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益建設(shè)上，都取得了進(jìn)步。該電站采用的是自然循環(huán)廢氣鍋爐，將熱風(fēng)循環(huán)技術(shù)、閃蒸余熱發(fā)電技術(shù)以及汽輪機(jī)補(bǔ)汽技術(shù)進(jìn)行了整合，使電站即使是在燒結(jié)機(jī)的參數(shù)數(shù)據(jù)經(jīng)常調(diào)整的情況下，也能夠長期保持穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)。
2.1.3 熱風(fēng)燒結(jié)
余熱的利用和節(jié)能的另一種表現(xiàn)形式就是熱風(fēng)燒結(jié)。從工藝需要的角度來說，許多燒結(jié)廠將一部分燒結(jié)廢氣用于預(yù)熱混合料方面，并將廢氣作為助燃空氣供給到燒結(jié)點(diǎn)火器和保溫爐中。國內(nèi)學(xué)者為了對(duì)熱風(fēng)燒結(jié)工藝進(jìn)行研究，以梅山燒結(jié)料作為熱風(fēng)燒結(jié)的實(shí)驗(yàn)原料，以燒結(jié)礦的冷卻廢氣作為熱源，開展了分析研究。通過實(shí)驗(yàn)可知，燒結(jié)礦在冷卻廢氣的過程中所產(chǎn)生的物理熱，可以用燃料燃燒熱進(jìn)行替代，改變燒結(jié)料的原氧位，使其提高，并將熱風(fēng)溫度保持在 280～350 ℃，延長時(shí)間，從而大量形成粗使鐵酸鈣。這一工藝使燒結(jié)余熱得到了有效利用，并將燃料的使用量降低了 1/10，極具實(shí)驗(yàn)價(jià)值。2.1.4 熱水20 世紀(jì) 80 年代，已經(jīng)出現(xiàn)將熱交換管直接安裝在降塵管內(nèi)，以達(dá)到余熱回收的目的。降塵管在這種情況下在履行本身“降塵”的職能外，還具備了“余熱鍋爐”的作用。這一余熱回收的方法具有投資少、簡單易行、見效快等特點(diǎn)，特別適用于財(cái)力、物力較差的小型燒結(jié)廠。通過進(jìn)行現(xiàn)場測算后得到的數(shù)據(jù)表明，這一余熱回收裝置的性能指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)的程度，水溫在這一裝置的作用下提高了 70℃，熱水的生產(chǎn)量為 6.34 t/h，每年可節(jié)約的標(biāo)煤質(zhì)量達(dá)到 6 299 t，年經(jīng)濟(jì)效益創(chuàng)收達(dá)到 26 萬元。天鐵燒結(jié)已拆除的三號(hào)燒結(jié)機(jī)就曾經(jīng)投入余熱鍋爐，效益可觀。
2.2 國外燒結(jié)余熱回收利用發(fā)展?fàn)顩r
自 20 世紀(jì)六七十年代開始，國外的一些國家就已經(jīng)開展了對(duì)燒結(jié)余熱的回收與利用工作。
2.2.1 余熱預(yù)熱燒結(jié)點(diǎn)火助燃空氣
利用余熱預(yù)熱燒結(jié)點(diǎn)火助燃空氣，是德國某鋼鐵公司進(jìn)行的燒結(jié)余熱回收利用研究。具體的做法是將三級(jí)循環(huán)冷卻器安置在 3 號(hào)燒結(jié)機(jī)的卸礦處，以及冷卻機(jī)的排氣罩上，再將電除塵與冷卻機(jī)的出口相連。除塵器的參數(shù)設(shè)置為：氣流量 285 000 m3 /h，平均溫度 200 ℃，粉塵濃度＜30 mg/m3 。風(fēng)管將冷卻機(jī)產(chǎn)生的廢氣導(dǎo)入到 3 個(gè)燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火器中，用作助燃空氣。通過這一過程，每臺(tái)燒結(jié)機(jī)的每噸燒結(jié)礦都節(jié)約了 30 MJ 的熱量。在 4 號(hào)燒結(jié)機(jī)連接點(diǎn)火器的同時(shí)，連接脫硫裝置，則每噸燒結(jié)礦的熱量消耗又降低了 20 MJ，該系統(tǒng)每噸燒結(jié)礦的回收的總熱量為 40 GJ，占 3 號(hào)燒結(jié)機(jī)輸入的總熱量的 6%。
2.2.2 蒸汽
20 世紀(jì) 70 年代末期，日本的住友金屬工業(yè)公司將完全循環(huán)的雙通道方式作為燒結(jié)機(jī)冷卻器回收裝置的設(shè)計(jì)形式。燒結(jié)礦層受到循環(huán)風(fēng)機(jī)和風(fēng)管的二次循環(huán)，循環(huán)氣的溫度因此被提高至 370 ℃，利用廢熱鍋爐回收蒸汽。在利用余熱進(jìn)行蒸汽生產(chǎn)的企業(yè)中，日本的小倉廠的余熱回收量最高，燒結(jié)礦每噸的蒸汽回收量達(dá)到了 104.3 kg，壓力為0.883～1.275 MPa，溫度為 273 ℃。燒結(jié)機(jī)廢氣余熱回收情況最好的是新日鐵公司的大分二號(hào)機(jī)，燒結(jié)礦每噸的蒸汽回收量為 32.8 kg，壓力為 0.98 MPa，溫度為 213 ℃。
2.2.3 發(fā)電
日本對(duì)節(jié)能方面十分重視，其燒結(jié)廠的余熱回收利用在國際上處于領(lǐng)先水平。20 世紀(jì) 80 年代中期，余熱回收與利用就已經(jīng)在日本的各個(gè)燒結(jié)廠中得到了廣泛普及。原日本鋼管公司的扇島廠和福山廠就是最早將冷卻機(jī)廢氣產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電的系統(tǒng)，這也是世界上首個(gè)將余熱回收系統(tǒng)投運(yùn)到發(fā)電工作中的案例。該系統(tǒng)的工作原理是將 100 ℃的循環(huán)空氣鼓入環(huán)型燒結(jié)礦冷卻器的高溫部分，在通過冷卻器后，這部分循環(huán)空氣的溫度將會(huì)達(dá)到 350℃，之后將這些空氣送入到特制的鍋爐中，進(jìn)行蒸汽的生產(chǎn)，蒸汽產(chǎn)量大約為 14 kg/cm 2 ，全部用于發(fā)電。
3 結(jié)束語
鋼鐵產(chǎn)業(yè)是天鐵集團(tuán)的支柱性產(chǎn)業(yè)，同時(shí)又是極具污染性的產(chǎn)業(yè)，燒結(jié)余熱的回收利用將成為天鐵節(jié)能減排的重要方式，其在環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約方面都具有重要意義，在天鐵降本增效的工作中發(fā)揮重要作用。
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