燒結(jié)礦顯熱回收裝置

摘 要：燒結(jié)過(guò)程余熱資源主要由兩部分組成：一部分是來(lái)自于燒結(jié)機(jī)尾部，溫度約為650-800℃，燒結(jié)礦所攜帶的顯熱即燒結(jié)礦顯熱。這部分顯熱約占燒結(jié)過(guò)程余熱資源總量的70%；另一部分來(lái)自于燒結(jié)機(jī)主排煙管道的燒結(jié)煙氣顯熱，這部分約占余熱資源總量的30%。文章介紹了采用豎式冷卻爐裝置回收燒結(jié)礦顯熱技術(shù)，從根本上克服現(xiàn)有帶冷或環(huán)冷機(jī)的弊端，確保冷卻廢氣的品質(zhì)，從而有利于后續(xù)的余熱利用。

關(guān)鍵詞：豎式冷卻爐；顯熱回收；關(guān)鍵技術(shù)

前言

鋼鐵產(chǎn)業(yè)是一個(gè)高耗能、高污染的產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球最大鋼鐵生產(chǎn)國(guó)——中國(guó)，2014年，全國(guó)粗鋼產(chǎn)量約8.23億噸，約占全球預(yù)估產(chǎn)量的一半。燒結(jié)工序能耗約占整個(gè)鋼鐵企業(yè)能耗的10%。冶金生產(chǎn)消耗的有效能量?jī)H占總量的28%～29%。而的沒(méi)有被有效利用的能量占比超過(guò)70%，即超過(guò)14GJ/t。目前，國(guó)內(nèi)燒結(jié)流程的單位噸燒結(jié)礦能耗指標(biāo)比國(guó)際先進(jìn)水平要高出20%左右。比照國(guó)際先進(jìn)水平，國(guó)內(nèi)鐵企在燒結(jié)過(guò)程中煙氣余熱資源的回收利用比例很低是其關(guān)鍵。研發(fā)相應(yīng)的回收余熱的方法，最大化的回收利用這部分能量，無(wú)論對(duì)節(jié)能減排保護(hù)環(huán)境，還是對(duì)企業(yè)效益均有重大意義。

燒結(jié)余熱的高效回收及利用是降低燒結(jié)流程能耗的重要措施。對(duì)比而言，燒結(jié)礦顯熱基數(shù)較大，可被空氣為載體所高效攜帶。而燒結(jié)煙氣顯熱數(shù)量較少，品質(zhì)低（燒結(jié)煙氣的平均溫度只為150～200℃），且其中成分復(fù)雜多樣，尤其是多種污染氣體及粉塵等沿著燒結(jié)機(jī)長(zhǎng)度發(fā)生改變。有鑒于此，燒結(jié)礦顯熱部分的高效收集和利用是整個(gè)燒結(jié)減能增效的中心。

目前國(guó)內(nèi)冷卻燒結(jié)礦主要采用鼓風(fēng)式環(huán)冷或帶冷工藝，存在故障率高、維修頻繁且難度大、運(yùn)行電耗高、漏風(fēng)點(diǎn)多、漏風(fēng)量大（超過(guò)30%）、熱參數(shù)波動(dòng)大、冷卻效果差、返礦率高等弊端。燒結(jié)礦在冷卻的過(guò)程中，熱能變?yōu)閺U氣顯熱，廢氣溫度在100～400℃之間，具有余熱總量大、含塵量高、污染嚴(yán)重等特點(diǎn)，一直是鋼鐵生產(chǎn)余熱利用和環(huán)境治理的難點(diǎn)。

因此，突破傳統(tǒng)帶式冷卻或環(huán)式冷卻的局限，開(kāi)發(fā)燒結(jié)礦顯熱高效回收的工藝和技術(shù)裝備，已是燒結(jié)行業(yè)節(jié)能減排和能量回收的必由之路。近年來(lái)，《鋼鐵產(chǎn)業(yè)政策》、《節(jié)能中長(zhǎng)期專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》、《循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》、《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》、《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》等行業(yè)法規(guī)、政策都在積極鼓勵(lì)和引導(dǎo)燒結(jié)余熱的高附加值利用，以降低鋼企能耗，提高綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

1 燒結(jié)礦豎式冷卻爐裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

燒結(jié)礦豎式冷卻裝置包含八大系統(tǒng)：熱礦輸送系統(tǒng)、布料系統(tǒng)、爐體裝置、布風(fēng)系統(tǒng)、出料系統(tǒng)、循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)、三電及公輔、余熱回收及發(fā)電。

燒結(jié)礦豎式冷卻裝置布置方式如圖1。

圖1 豎式冷卻爐結(jié)構(gòu)示意圖

熱礦通過(guò)鏈板機(jī)運(yùn)送至冷卻爐爐頂，并與旋轉(zhuǎn)布料裝置相配合，將熱礦裝入冷卻爐內(nèi)。在冷卻爐中熱礦與冷卻氣體直接進(jìn)行熱交換，燒結(jié)礦被冷卻至平均150℃，經(jīng)排料裝置卸到帶式輸送機(jī)上，然后送往冷礦處理系統(tǒng)。

循環(huán)風(fēng)機(jī)將冷卻燒結(jié)礦的空氣從冷卻爐底部的供氣裝置鼓入冷卻爐內(nèi)，與熱礦逆流換熱。自冷卻爐排出的熱循環(huán)氣體的溫度約為450～600℃，經(jīng)除塵器除塵后進(jìn)入余熱鍋爐換熱，溫度降至160～180℃。由鍋爐出來(lái)的冷循環(huán)氣體與鼓風(fēng)機(jī)冷卻氣體混合經(jīng)由循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓，最進(jìn)入冷卻爐循環(huán)使用。

2 燒結(jié)礦豎式冷卻爐的技術(shù)特征

（1）燒結(jié)礦豎式冷卻裝置采用鏈板機(jī)上料，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)礦的連續(xù)上料，進(jìn)而滿(mǎn)足了燒結(jié)工藝的要求。（2）布料方式采用旋轉(zhuǎn)布料器布料，緩慢均勻的布料方式避免了燒結(jié)礦布料過(guò)程中物料偏析的問(wèn)題。（3）冷卻爐體采用密閉腔冷卻，與現(xiàn)有環(huán)冷機(jī)冷卻比較而言，豎式冷卻設(shè)備漏風(fēng)率大大減少，同時(shí)大大降低了冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵量。（4）熱循環(huán)氣體爐頂輸送，遵循了熱氣上游的特點(diǎn)，更利于熱氣快速充分的進(jìn)入到熱氣回收系統(tǒng)中。（5）供氣裝置采用中央多層風(fēng)帽和周邊風(fēng)環(huán)的結(jié)構(gòu)型式，將冷循環(huán)氣體從冷卻爐下部均勻地供入冷卻室內(nèi)，可使?fàn)t內(nèi)燒結(jié)礦被均勻的冷卻及下落。為了減少燒結(jié)礦流動(dòng)時(shí)對(duì)錐斗壁、十字風(fēng)道和風(fēng)帽的磨損，壁面襯鑄鐵板。在冷卻爐底錐段出口處設(shè)置擋棒裝置，可調(diào)節(jié)燒結(jié)礦均勻下料。（6）采用連續(xù)排料的電動(dòng)振動(dòng)給料器與旋轉(zhuǎn)密封閥組合的排出裝置，設(shè)備外型小，維護(hù)量小，又可穩(wěn)定爐內(nèi)壓力，使物料下落均勻。（7）余熱回收效率提高：燒結(jié)礦豎式冷卻裝置占地面積較小，可配套先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)用于檢測(cè)冷卻爐燒結(jié)礦的高度、熱廢氣溫度、燒結(jié)礦排出溫度等。自動(dòng)化控制系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)儀表和PLC控制系統(tǒng)組成。現(xiàn)場(chǎng)儀表主要完成對(duì)生產(chǎn)工藝設(shè)備的過(guò)程參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制。PLC控制單元主要完成對(duì)設(shè)備的集中監(jiān)控、過(guò)程量自動(dòng)調(diào)節(jié)、聯(lián)鎖控制等。

3 燒結(jié)礦豎式冷卻爐的環(huán)保節(jié)能及余熱發(fā)電

3.1 冷卻爐爐頂裝料時(shí)的捕塵措施

冷卻爐爐頂裝料口設(shè)置了環(huán)形水封座，裝料時(shí)接料漏斗的升降式密封罩插入水封座中形成水封，防止粉塵外溢。同時(shí)，接料漏斗接通活動(dòng)式抽塵管，斗內(nèi)被抽成負(fù)壓，將裝料時(shí)瞬間產(chǎn)生的大量煙塵抽入除塵干管中，以減少粉塵的擴(kuò)散污染。為盡量減少水封蓋與接料漏斗替換過(guò)程中的粉塵擴(kuò)散，爐頂壓力在水封蓋揭開(kāi)前保持在-30Pa至-50Pa，而且料斗與爐蓋采用聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，縮短了替換時(shí)間，使?fàn)t內(nèi)氣體盡可能不外逸。

3.2 冷卻爐排料時(shí)的捕塵措施

排料裝置采用的旋轉(zhuǎn)密封閥式連續(xù)排出裝置，氣密性好，能夠封住排料時(shí)產(chǎn)生的煙塵；同時(shí)向排料裝置的殼體內(nèi)充入空氣，頂住爐內(nèi)氣體的壓力，避免循環(huán)氣體向外竄漏。

此外，排料溜槽的落料點(diǎn)上方均設(shè)置了抽塵管，將排料時(shí)產(chǎn)生的煙塵吸入抽塵管而不外逸污染操作環(huán)境。

3.3 提高余熱發(fā)電系統(tǒng)適應(yīng)性和安全性

冷卻爐設(shè)計(jì)有熱燒結(jié)礦貯存段，避免因燒結(jié)機(jī)短時(shí)停機(jī)而導(dǎo)致余熱參數(shù)波動(dòng)和汽輪發(fā)電機(jī)組停機(jī)，提高了余熱發(fā)電系統(tǒng)適應(yīng)性和安全性。

3.4 循環(huán)氣體系統(tǒng)的防漏措施

因反復(fù)實(shí)驗(yàn)及溫度波動(dòng)產(chǎn)生的膨脹與收縮，易使聯(lián)接口處產(chǎn)生漏氣。為此，在冷卻爐與除塵器之間設(shè)置了高溫補(bǔ)償器，風(fēng)機(jī)后的循環(huán)氣體管路上也設(shè)置了低溫補(bǔ)償器。

3.5 循環(huán)風(fēng)機(jī)和排料裝置的防噪聲措施

振動(dòng)給料器、風(fēng)機(jī)殼體及風(fēng)機(jī)前后的循環(huán)氣體管道外壁均包巖棉縫氈隔聲。采取隔聲措施后，噪聲可控制在85db以?xún)?nèi)。

3.6 提高余熱發(fā)電系統(tǒng)適應(yīng)性和安全性

冷卻爐設(shè)計(jì)有熱燒結(jié)礦貯存段，避免因燒結(jié)機(jī)短時(shí)停機(jī)而導(dǎo)致余熱參數(shù)波動(dòng)和汽輪發(fā)電機(jī)組停機(jī)，提高了余熱發(fā)電系統(tǒng)適應(yīng)性和安全性。

綜上所述，豎式冷卻代替環(huán)式冷卻，回收燒結(jié)礦顯熱用于發(fā)電的技術(shù)，能克服傳統(tǒng)環(huán)式冷卻的缺點(diǎn)，并具有提高燒結(jié)礦強(qiáng)度、提升余熱煙氣品質(zhì)、增強(qiáng)余熱發(fā)電能力、降低冷卻系統(tǒng)電耗、改善余熱發(fā)電系統(tǒng)適應(yīng)性、減排粉塵和污染物、削減廢氣排放總量等多重優(yōu)勢(shì)，值得深入關(guān)注。

4 在企業(yè)發(fā)展中的作用

除韶鋼、寧鋼采用了環(huán)冷機(jī)高溫段部分煙氣進(jìn)行燒結(jié)余熱發(fā)電外，寶鋼集團(tuán)其他燒結(jié)機(jī)余熱回收均以熱風(fēng)燒結(jié)、預(yù)熱混合料和回收蒸汽為主，當(dāng)前燒結(jié)余熱利用效率低，設(shè)備漏風(fēng)率高、污染物逸散嚴(yán)重，整個(gè)燒結(jié)區(qū)域污染治理難度大，給寶鋼環(huán)境保護(hù)和社會(huì)形象帶來(lái)負(fù)面影響。

采用豎式冷卻爐回收燒結(jié)礦顯熱后，回收煙氣溫度高，煙氣排放穩(wěn)定，不僅可為后續(xù)余熱發(fā)電提供穩(wěn)定的熱源、大大提高了余熱利用效率，而且燒結(jié)廢氣排放量大為降低，粉塵等污染物逸散少，區(qū)域污染狀況將大為改善，更易于治理。

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作者簡(jiǎn)介：徐雪（1979-），女，學(xué)士學(xué)位，寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司焦化事業(yè)部，項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師，工程師。