提高燒結余熱回收的生產實踐

劉 雯 郝建海

(河鋼股份有限公司唐山分公司)

提高燒結余熱回收的生產實踐

劉 雯 郝建海

(河鋼股份有限公司唐山分公司)

針對燒結低溫廢氣余熱回收效率低，以及燒結余熱回收設備能力未完全釋放的問題，唐鋼對燒結機機尾廢氣溫度控制系統和環冷機煙氣循環系統進行了優化。結果表明，在實施精細管理的基礎上，通過應用BRP控制模型、投入環冷與燒結機聯調控制等系列措施，解決了上述問題，并實現了噸礦余熱回收發電量增加13%的目標。

燒結 余熱回收 廢氣溫度 環冷機

0 前言

鋼鐵企業的能源高效利用是實現企業清潔生產和轉型升級的關鍵途徑之一。燒結工序可利用的余熱約占鋼鐵制造過程總能耗的12%，其中燒結礦余熱占8%，燒結廢氣余熱占4%，冷卻機廢氣和燒結煙氣的顯熱占燒結過程全部熱支出的50%，燒結煙氣顯熱的回收利用是燒結節能減排的重要途徑[1]。中國鋼鐵工業協會統計結果顯示[2]，2015年1～9月份鋼協會員生產企業燒結能耗為47.7 kgce/t左右，與國際先進水平的47 kgce/t有一定差距。河鋼股份有限公司唐山分公司煉鐵部北區現有4臺燒結機，采用燒結環冷余熱回收發電技術。為了進一步利用燒結余熱資源，使燒結余熱回收水平達到行業領先水平，2015年初河鋼股份有限公司唐山分公司煉鐵部對如何提高燒結余熱利用效率開展了系統的研究，取得了良好的效果。

1 燒結機余熱回收系統概況

燒結余熱發電系統由煙氣回收系統、鍋爐系統和汽輪機組系統組成，煙氣回收系統負責把燒結環冷機產生的高溫廢氣輸送至鍋爐，鍋爐通過熱交換將煙氣熱量傳遞給脫氧水形成蒸汽，達到一定壓力的蒸汽推動汽輪機進行發電，完成燒結煙氣熱能向電能的轉化。

河鋼股份有限公司唐山分公司煉鐵部北區4臺燒結機分別為2臺210 m2、1臺180 m2和1臺265 m2燒結機，主排風機風量分別為18 500 m3/min、13 500 m3/min和19 000m3/min，環冷機的環冷面積分別為190 m2、280 m2和235 m2，環冷機的一、二段采用了燒結余熱回收的工藝。燒結余熱發電系統，采取4爐1機的形式，由1#、2#、3#和4#燒結機環冷機所配備的雙壓余熱鍋爐和1臺補汽凝氣式汽輪發電機機組成，發電機額定輸出功率為25 MW，由于汽輪機對蒸汽的要求比較嚴格，為防止蒸汽中帶水損害汽輪機葉片，當余熱煙氣溫度低于300 ℃時，必須對所屬的余熱鍋爐進行解列，停止向余熱發電管網提供蒸汽。

2 提高余熱回收效率的生產實踐

針對當前燒結余熱利用能力未完全釋放的現狀，對實際運行的余熱鍋爐系統、燒結機機尾廢氣溫度控制系統和環冷機煙氣循環系統進行統計分析。研究分析發現，在上述三大運行系統中，余熱鍋爐系統運行正常，燒結機機尾廢氣溫度控制系統和環冷機煙氣循環系統存在不足，需要針對性進行技術改進和優化。

2.1 燒結機機尾廢氣溫度優化

綜合分析，影響燒結機機尾廢氣溫度控制的因素主要包括：燒結機混合料水分不穩定，水分含量的波動不利于燒結過程的穩定性；燒結機料面不平整，造成生產過程波動；燒結機終點控制不穩定，存在過燒或者欠燒狀況。

2.1.1 一混污泥噴頭的設計開發

為實現含鐵物料的循環回收利用，燒結原料一混處配加煉鋼除塵污泥，煉鋼除塵污泥的污泥濃度約為22%。由于除塵污泥漿為固液混合物，密度大、易沉淀、雜質多，通常采用污泥管深入滾筒內部進行配加，但是污泥管內流出的柱狀水使得混合料水分穩定性差，不僅混合料在混合機內部容易粘附在混合機內壁上形成結瘤物，而且水分穩定性差的混合料直接影響后續燒結料層的透氣性、燒結礦質量和余熱的回收利用率。

針對混合料水分穩定性差，自主設計一套除塵污泥漿的霧化配加裝置，利用壓縮氣體的高壓動能，將固液混合態的污泥漿快速從污泥漿噴吹管以霧化的效果噴出，均勻噴加的污泥漿能夠有效避免粘稠糊狀消石灰的生成，提高了燒結混合料水分穩定性，改善混合料粒度組成標準偏差由0.285%降低至0.198%，混合料粒度組成<3 mm粒級減少了13%，3 mm～5 mm的粒級提高了8%，5 mm～10 mm的粒級提高了12%，>10 mm的粒級減少了7%，混勻料的組成趨于均勻化。一混轉爐除塵污泥改造前后混合料水分含量及粒度組成分別見表1、表2。

表1 一混轉爐除塵污泥改造前后混合料水分含量

表2 一混轉爐除塵污泥改造前后混合料的粒度組成

2.1.2 燒結機布料圓輥防邊緣粘料裝置的設計開發

平整的燒結機料面是保證燒結生產穩定順行的基礎，對于燒結機布料，尤其是厚料層燒結布料，要求沿臺車寬度方向混合料的粒度分布要合理，邊緣效應要小；圓輥下料要均勻、穩定，防止“蹦料”；料層的上中下各層混合料應具有各自合適的容積密度，即整個料層的偏析要適宜，從而有效控制上中下部燒結速度，實現“均勻燒結”。

實際生產中，燒結圓輥下料過程中邊緣容易出現粘料現象，影響燒結機邊緣布料，造成臺車兩側欠料，臺車邊緣漏風，邊緣效應擴大化，影響燒結機臺車布料效果。因此，為保持燒結機料面平整，自制一套燒結機布料圓輥防邊緣粘料裝置，該裝置包括支承座、鉸接點、連桿、端部螺旋轉子和拉桿配重，支撐座焊接在圓輥后部平臺的橫梁上，通過鉸接點與連桿相連接，連桿長度與后部平臺橫梁及圓輥中心矩相匹配，拉桿配重與連桿鉸接，配重可適當調節。端部螺旋轉子為中心有軸，轉子兩端有軸承，轉子直徑與圓輥直徑相匹配，轉子圓周柱面鑲有一定寬度的螺旋式刮刀，螺旋轉子的運行軌跡與圓輥輥面圓周的運行軌跡相對應。

圓輥防邊緣粘料裝置投用后，圓輥邊緣不再粘料，燒結機臺車寬度方向布料平整，無虧料欠料，燒結機料層平整度、燒結廢氣溫度和余熱煙溫穩定性得到改善。

2.1.3 燒結終點溫度控制優化

燒結終點控制直接影響燒結余熱回收，過燒時燒結礦在燒結機尾部就已經開始冷卻過程，欠燒時燒結混合料中的碳未能得到充分燃燒，產生熱量少，燒結礦攜帶的熱量減少，導致煙氣溫度降低。

傳統燒結終點控制方法(Burn Terminal Point)為控制燒結過程全部完成時臺車所處的位置，例如燒結終點控制在倒數第3個風箱，這種方法在生產正常或者燒透點前移的情況下可以，但在燒透點偏后情況下就無法直接測量。為了提高燒結終點控制命中率，采用新型燃燒上升點(Burn Raise Point)控制法替代傳統的BTP法，BRP控制法的原理為在靠近燒結機中后部風箱上的多個溫度檢測點擬合成廢氣溫度曲線，通過計算出BRP的位置來預知BTP的位置，溫度采集頻率為1 個/min，能夠提前20分鐘判斷終點溫度走勢，從而進行操作預調整。

1#燒結機投用BRP控制模型連續運行1個月后的燒結終點溫度和波動情況見表3，可見BRP控制模型投用后燒結終點溫度波動范圍由170 ℃降低至122 ℃，終點溫度超標頻次降低至應用前的25%。

表3 BRP控制模型投入使用前后燒結終點溫度對比

2.2 環冷機煙氣循環系統優化

環冷機煙氣循環系統影響余熱回收的因素主要包括：環冷機料層厚度、環冷機布料粒度組成及斷面形狀。

2.2.1 環冷與燒結機聯調控制

環冷機與燒結機速度不匹配或是調整滯后時，容易導致環冷機的料層厚度產生波動，影響燒結余熱回收效果。通過自主設計環冷機和燒結機聯調控制，環冷機與燒結機實現了機速聯調，不僅簡化了崗位操作，而且杜絕了由于崗位操作滯后造成的環冷料面波動。該聯調控制方式穩定了環冷機料層厚度，同時也充分保證了精粉率提升后燒結礦“難冷”的問題。生產實際表明，環冷與燒結機聯調控制投用后，環冷機卸礦溫度降低23 ℃左右，減少了對皮帶的損傷，為提高煙氣余熱利用率提供了保障。

2.2.2 環冷機料層厚度優化和主下料槽設備改造

環冷機料層厚度對其冷卻效率和余熱回收有直接影響。隨著環冷料層厚度的增加，燒結礦的冷卻總量增加，生產效率相應提高；但是環冷機料層過厚時，料層吹不透，造成環冷三段溫度偏高，余熱煙氣溫度低，熱量集中在料層終端，在環冷卸料時，易對皮帶產生燙傷；環冷機料層過薄，環冷風機風量經過料層時，風量損失大，熱量損耗量大，造成環冷三段溫度與余熱煙氣溫度均偏低。因此，應綜合實際考慮料層厚度的選取，經過對實際生產數據的對比分析，得出環冷機料層厚度維持在1.25 m～1.35 m時，環冷機三段風箱溫度與余熱煙溫處于最佳區間，不同的環冷機料層厚度下溫度對比見表4。

表4 不同的環冷機料層厚度下溫度對比

環冷機布料方式對其冷卻效率和余熱回收有直接影響。環冷機斷面采取梯形截面時，可用于回收的高溫廢氣余熱更多，低溫廢氣余熱更少，同時達到增強空氣取熱和強化冷卻過程的作用。

針對環冷機料面布料方式，對環冷機主下料槽進行改造，通過改變主下料槽內迎料板的長短，以及對其位置進行調整，使燒結礦經過單齒輥破碎，通過主下料槽迎料板經過反射作用后，在環冷臺車面內呈現兩邊稍高，中間偏低的倒梯形布料效果。

3 實施及效果

在高的燒結機作業率、厚料層燒結和低環冷機漏風率的基礎上，通過燒結一混污泥噴頭和燒結機布料圓輥防邊緣粘料裝置的開發應用，以及BRP控制模型的應用，解決了燒結機混合料水分波動大，燒結機料面不平整，以及燒結終點控制不穩定的問題；通過環冷與燒結機聯調控制的實現，以及環冷機料層厚度優化和主下料槽設備改造，穩定了環冷機料層厚度，改善環冷機布料斷面形狀，降低了環冷機卸礦溫度和三段溫度。上述系列措施實施后，噸礦余熱回收發電量增加13%，實施前后燒結余熱回收指標對比見表5。

表5 實施前后燒結余熱回收指標對比

4 結語

通過對燒結余熱回收過程的精細管理，優化燒結機機尾廢氣溫度控制系統和環冷機煙氣循環系統，解決了燒結環冷機低溫廢氣余熱回收效率低和運行穩定性差等技術難題，最大程度發揮了燒結余熱回收能力，噸燒結礦余熱發電量22.3 kw·h，創造了良好的經濟和社會效益。

[1] 伍英,周茂軍,馬洛文,等.寶鋼燒結余熱鍋爐生產實現[J].燒結球團,2011,36(3):44-46.

[2] 李鵬元,李巍,萬雪.提高燒結余熱回收產能措施的分析[J].冶金能源,2016,35(3):49-52 .

PRODUCTION PRACTICE TO INCREASE THE UTILIZATION OF SINTERING WASTE HEAT

Liu Wen Hao Jianhai

(Tangshan Branch of He Iron and Steel Co. Ltd.)

Focused on the problem of low recovery ratio of sintering waste heat and the ability of waste heat boiler was not completely utilized, Tang Steel Company optimized the temperature control system of sintering exhaust gas and the gas circulation system of circular cooler. The results showed that on a basis of fine management, the above mentioned problems were solved by the implication of BRP control model and the adoption of associated control between sintering machine and circular cooler and other measures, and the electric energy production of sinter waste heat increased by 13%.

sinter waste heat recovery exhaust gas temperature circular cooler

2016-10-16

*聯系人：劉雯，工程師，河北.唐山(063000)，河鋼股份有限公司唐山分公司煉鐵部;