燒結(jié)余熱回收利用及效益分析

梁繼明

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司天津300301）

燒結(jié)余熱回收利用及效益分析

梁繼明

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司天津300301）

本文論述了鋼管公司燒結(jié)環(huán)冷余熱回收利用分析，通過對(duì)燒結(jié)機(jī)余熱資源的回收，提高能源利用效率，降低一次能源消耗。項(xiàng)目采用合同能源管理模式，減少流動(dòng)資金占用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，并為后續(xù)合理能源管理項(xiàng)目的實(shí)施打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

燒結(jié)余熱；回收利用；合同能源

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，人類社會(huì)活動(dòng)消耗了大量能源。我國以化石燃料為主的能源消耗結(jié)構(gòu)，既是不可持續(xù)的，又給環(huán)境帶來了一系列的重大影響。尤其是近幾年來被人們所熟知的“霧霾”天氣，給人們的健康帶來危害的同時(shí)，也社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展增加了負(fù)擔(dān)。節(jié)能減排是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然途徑，研究開發(fā)新技術(shù)，充分利用現(xiàn)有工業(yè)過程中的廢氣、廢熱，提高余熱資源利用效率和品質(zhì)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的必要手段之一。

在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)工藝流程中，燒結(jié)工序的能耗僅次于煉鐵，占總能耗的10%～20%，其中50%左右的熱能被燒結(jié)煙氣和冷卻機(jī)廢氣帶走，沒有得到合理利用。燒結(jié)余熱利用有兩種方式：一是動(dòng)力利用，即將熱能轉(zhuǎn)化為電或機(jī)械能；二是熱利用，即利用余熱來預(yù)熱、干燥、供熱、供暖等。目前，國內(nèi)對(duì)于燒結(jié)余熱的回收利用主要有余熱鍋爐回收生產(chǎn)蒸氣、發(fā)電，熱風(fēng)燒結(jié)，保溫，預(yù)熱物料等方式。

天津鋼管集團(tuán)股份有限公司建設(shè)初期屬于特鋼企業(yè)，以電爐、軋管、管加工工序?yàn)橹鞯亩塘鞒躺a(chǎn)企業(yè)。為適應(yīng)產(chǎn)品的市場需求，加快企業(yè)的生產(chǎn)節(jié)奏，2005年，鋼管公司煉鋼生產(chǎn)配套建設(shè)一座105m2和一座1000m3的高爐，在煉鋼生產(chǎn)過程中加入鐵水，縮短電爐冶煉周期，以提高連鑄坯產(chǎn)量。

2 燒結(jié)機(jī)概況及其余熱利用情況

鋼管公司煉鐵區(qū)域配套建設(shè)的105m2燒結(jié)機(jī)，設(shè)計(jì)作業(yè)率93.15%，利用系數(shù)為1.225t/m2·h，年生產(chǎn)105×104t成品燒結(jié)礦，滿足高爐75%燒結(jié)熟料入爐的需要。燒結(jié)車間為連續(xù)工作制，年工作365天，每天三班，每班八小時(shí)，車間主機(jī)年工作340天，日歷作業(yè)率為93.15%。燒結(jié)機(jī)配套140m2鼓風(fēng)環(huán)冷機(jī)，環(huán)冷機(jī)共有20個(gè)風(fēng)箱，分成4組，分別由4臺(tái)風(fēng)機(jī)供風(fēng)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量為201400m3/h，風(fēng)壓4012Pa。

燒結(jié)運(yùn)行過程中，環(huán)冷機(jī)對(duì)燒結(jié)礦進(jìn)行強(qiáng)制冷卻后廢氣帶走顯熱約可達(dá)燒結(jié)總熱耗的29%，因此回收此部分余熱廢氣可大大節(jié)約能源。改造前，燒結(jié)環(huán)冷機(jī)一段高溫?zé)煔庖徊糠掷脽釅翰钣晒艿垒斔偷綗犸L(fēng)罩內(nèi)進(jìn)行熱風(fēng)燒結(jié)，另一部用于煤氣預(yù)熱。其他煙氣尚未利用，處于排空狀態(tài)。

3 燒結(jié)機(jī)余熱利用改造內(nèi)容及技術(shù)方案

3.1 燒結(jié)機(jī)環(huán)冷余熱改造內(nèi)容

環(huán)冷機(jī)I段廢氣溫度：320℃～380℃，II段廢氣溫度：220℃～260℃，將環(huán)冷機(jī)I段的高溫?zé)煔馔ㄟ^煙道先進(jìn)入重力除塵器，然后送入鍋爐的高溫?zé)煔膺M(jìn)口；II段的高溫?zé)煔馔ㄟ^煙道直接送入鍋爐的低溫?zé)煔膺M(jìn)口。燒結(jié)預(yù)熱自I段密封煙罩引出。環(huán)冷機(jī)I段、II段上部密封罩，環(huán)冷機(jī)整個(gè)下部進(jìn)風(fēng)箱及下部進(jìn)風(fēng)管道均在改造范圍之內(nèi)，改造后的環(huán)冷密封由乙方維護(hù)。改造后環(huán)冷排礦溫度不大于120℃。

3.2 燒結(jié)機(jī)環(huán)冷余熱改造工藝技術(shù)方案

本項(xiàng)目燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱回收采用熱風(fēng)全循環(huán)工藝，其技術(shù)特點(diǎn)是，在環(huán)冷機(jī)I段的高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱鍋爐前增設(shè)重力除塵器，環(huán)冷機(jī)I、II段高溫經(jīng)余熱鍋爐后全部返回環(huán)冷機(jī)I、II段風(fēng)箱，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)煙氣系統(tǒng)全循環(huán)，無煙氣集中外排，與傳統(tǒng)工藝相比，既減少了粉塵對(duì)鍋爐換熱器、循環(huán)風(fēng)機(jī)葉片和煙氣管道的磨損，又降低了傳統(tǒng)工藝需部分煙氣外排引起的環(huán)保設(shè)施投入；通過改造，降低環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)率，采用循環(huán)風(fēng)機(jī)后即調(diào)高了煙氣利用效率又保證環(huán)冷末端排礦溫度達(dá)標(biāo)。本項(xiàng)目燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱回收工藝系統(tǒng)圖如圖1。

圖1 結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱回收工藝系統(tǒng)圖

3.2.1 燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱回收系統(tǒng)

燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱回收系統(tǒng)由收集系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)采用循環(huán)方式，經(jīng)余熱鍋爐和風(fēng)機(jī)排出的煙氣全部至環(huán)冷機(jī)I、II段風(fēng)箱，燒結(jié)預(yù)熱自I段密封煙罩引出，煙氣無外排。

（1）收集系統(tǒng)

改造現(xiàn)有環(huán)冷機(jī)I段、II段密封煙罩，增設(shè)內(nèi)絕熱材料，并分成兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的區(qū)段，每個(gè)區(qū)段設(shè)置兩個(gè)放散管，放散管上設(shè)置三通管道并配置切換蝶閥。正常工作時(shí)，放散管切換閥關(guān)閉，至鍋爐的管道切換閥打開，煙氣導(dǎo)入鍋爐煙道；鍋爐檢修時(shí)，至鍋爐的管道切換閥關(guān)閉，啟動(dòng)原燒結(jié)環(huán)冷機(jī)I、II段鼓風(fēng)機(jī)，保證燒結(jié)生產(chǎn)。

環(huán)冷機(jī)I段的切換蝶閥將煙氣通過煙道先進(jìn)入重力除塵器，

余熱鍋爐采用立式布置，高溫?zé)煔鉀_刷過熱器、第一蒸發(fā)換熱面，將煙氣溫度降低到約250℃，再與低溫?zé)煔饣旌希缓鬀_刷第二、第三蒸發(fā)換熱面及省煤器，鍋爐換熱面采用螺旋翅片管立式布置。余熱鍋爐采用熱力除氧器。

余熱鍋爐配置定期排污擴(kuò)容器一個(gè)；余熱鍋爐使用壽命整體不低于15年，但不包括水冷壁管等部件；鍋爐輔機(jī)包括；一套組合式人工取樣裝置、兩臺(tái)鍋爐給水泵、兩臺(tái)除氧器泵、一臺(tái)15m3/h除氧器。然后送入鍋爐的高溫?zé)煔膺M(jìn)口；II段的切換蝶閥將煙氣通過煙道直接送入鍋爐的低溫?zé)煔膺M(jìn)口。

為保證余熱利用的有效生產(chǎn)，環(huán)冷機(jī)風(fēng)箱應(yīng)相互隔離，從I段密封煙罩引管道與II段至鍋爐的管道連通，并在聯(lián)通管設(shè)置調(diào)節(jié)蝶閥，根據(jù)風(fēng)溫實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)各段進(jìn)入鍋爐的風(fēng)量，保證鍋爐處于最佳工況。

從環(huán)冷機(jī)I段煙道來的高溫?zé)煔庖铃仩t高溫?zé)煔膺M(jìn)口，首先經(jīng)過過熱器段后與環(huán)冷機(jī)II段煙道來的中溫?zé)煔饣旌希?jīng)蒸氣發(fā)生器段，至省煤器段，降至150℃左右出余熱鍋爐。

（2）循環(huán)系統(tǒng)

余熱鍋爐出口設(shè)鍋爐循環(huán)風(fēng)機(jī)，循環(huán)風(fēng)機(jī)后設(shè)循環(huán)風(fēng)母管，循環(huán)風(fēng)支管上均設(shè)電動(dòng)蝶閥；正常工況時(shí)，循環(huán)風(fēng)支管蝶閥開啟，將余熱鍋爐排出的煙氣回送至環(huán)冷機(jī)I、II段風(fēng)箱，此時(shí)原1、2號(hào)環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)停用作為備用風(fēng)機(jī)，在鍋爐或循環(huán)風(fēng)機(jī)檢修時(shí)開啟。

由于正常運(yùn)行時(shí)，原1、2號(hào)環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)停用，故而其出口設(shè)置電動(dòng)隔離蝶閥，以便運(yùn)行方式的切換。

（3）主要設(shè)備

（a）余熱鍋爐配置一臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)配套高壓電機(jī)，以下為風(fēng)機(jī)及電機(jī)參數(shù)，見表1。

表1 熱鍋爐循環(huán)風(fēng)機(jī)參數(shù)表

3.2.2 燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱回收熱力系統(tǒng)

燒結(jié)機(jī)余熱回收配套建設(shè)1臺(tái)單壓自然循環(huán)余熱鍋爐，余熱鍋爐采用雙通道進(jìn)氣，半露天布置方式。余熱鍋爐參數(shù)見表3。

表3 余熱鍋爐參數(shù)表

（b）重力除塵器一臺(tái)，其主要參數(shù)見表2。

表2 重力除塵器參數(shù)表

4 燒結(jié)機(jī)余熱回收利用效益分析

4.1 燒結(jié)機(jī)余熱回收利用經(jīng)濟(jì)效益

本項(xiàng)目利用燒結(jié)環(huán)冷機(jī)I、II段高溫?zé)煔庥酂峄厥眨戤a(chǎn)蒸氣量104400t/a。實(shí)現(xiàn)節(jié)能收益1879.2萬元。同時(shí)，運(yùn)營階段原環(huán)冷機(jī)1、2號(hào)風(fēng)機(jī)停用，將年節(jié)約電費(fèi)約355.6萬元。

燒結(jié)余熱回收系統(tǒng)投入運(yùn)行后年運(yùn)行軟水費(fèi)用253.44萬元，電費(fèi)453.6萬元，壓縮空氣費(fèi)1.08萬元，循環(huán)冷卻水費(fèi)1.8萬元。

項(xiàng)目投入運(yùn)行后，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益1524.88萬元。

本項(xiàng)目采用合同能源管理模式，由中冶建研工程技術(shù)有限公司投資1600萬元完成項(xiàng)目建設(shè)，并負(fù)責(zé)效益分享期內(nèi)（分享期為6年）的運(yùn)營。鋼管公司同中冶建研工程技術(shù)有限公司共享節(jié)能收益，分享期結(jié)束后，鋼管公司獲得全部設(shè)備資產(chǎn)，并獨(dú)自分享節(jié)能效益。

4.2 燒結(jié)機(jī)余熱回收利用社會(huì)效益

燒結(jié)機(jī)余熱回收利用后，年產(chǎn)蒸氣量104400t/a。按照鋼管公司35t/h燃煤鍋爐生產(chǎn)效率，每生產(chǎn)1t蒸氣消耗153kg動(dòng)力煤計(jì)算。燒結(jié)環(huán)冷余熱利用項(xiàng)目可減少燃煤消耗15980.85t，折合標(biāo)準(zhǔn)煤11415.12t。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)煤的煤質(zhì)（硫含量為1%；C轉(zhuǎn)化CO2的比率約為1：2.841；灰分按20%計(jì)算），項(xiàng)目投運(yùn)后可有效減少SO2、CO2等污染物排放量，見表4。

表4 工程節(jié)煤及污染物減排情況

5 結(jié)語

燒結(jié)環(huán)冷余熱項(xiàng)目投入運(yùn)行后，在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的基礎(chǔ)上，也為鋼管公司后期繼續(xù)采用合同能源管理模式實(shí)施節(jié)能技改項(xiàng)目打下了良好基礎(chǔ)，充分回收利用生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生的余熱資源，有效的降低了能源成本。

[1]同為群,欒穎.燒結(jié)余熱回收利用途徑探討［J］．河南冶金, 2007（3）.

[2]王兆鵬,胡曉民.燒結(jié)余熱回收發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］．燒結(jié)球團(tuán),2008（1）.

梁繼明（1981—），男，天津市東麗區(qū)天津鋼管集團(tuán)股份有限公司能源部，大學(xué)本科，能源主管，工作方向：冶金熱能。