煉鐵生產線燒結機環冷余熱回收工藝優化設計及實施效果分析

張仲勛，袁冬根，李 嚴

（大冶特殊鋼有限公司，湖北 黃石 435000）

大冶特殊鋼有限公司現有一臺265m2燒結機和一臺220m2燒結機。其中220m2燒結為2020年8月份投產，220m2燒結機配套280m2環冷機。同步配套實施回收環冷機第一、第二冷卻段熱廢氣余熱，利用高效余熱鍋爐生產蒸汽，并設置熱廢氣循環系統，提高蒸汽產量，用于發電提升能源回收，降低整體工序能耗。該環冷機采用上、下水密封，整體密封效果好。我廠兩臺燒結機采用“二爐一機”。其中220m2燒結機配套余熱鍋爐于2020年10月15日開始調試，并將蒸汽送至265m2燒結汽輪發電機組發電，調試期間蒸汽量一直偏低，發電效率偏低，發電量存在上升空間。經過優化環冷余熱回收工藝設計，對余熱循環煙氣管道及風箱隔斷等進行優化設計，集中取熱等多項措施并舉提升回收煙氣溫度，有效的提升了發電量。基于此，本文提出煉鐵生產線燒結機環冷余熱回收工藝優化設計，并在此次基礎上，分析其實施效果。

1 煉鐵生產線燒結機環冷余熱回收工藝優化設計

1.1 環冷機余熱循環煙氣管道現狀

在煉鐵生產線燒結機環冷余熱回收工藝優化設計中，預先針對環冷機與余熱循環煙氣管道展開現狀分析，環冷機與余熱循環煙氣回風管道設計圖，如圖1所示。

圖1 環冷機與余熱循環煙氣管道設計圖

結合圖1所示，為環冷機與余熱循環煙氣管道設計圖。

鼓風環式冷卻機有效冷卻面積為280m2，攔板高1600mm，料層厚度1500mm。配置3臺G4-73No25D離心風機（1臺風機變頻運行），全壓～3000Pa，流量308000～352000m3/h。在風機進風口設有消音器。取熱段冷卻利用余熱利用系統循環風機，可保證在余熱利用系統停機時，該循環風機可接大氣，做取熱段的冷卻風機用。

余熱鍋爐煙氣系統采用煙氣再循環方式，在不影響燒結料冷卻工藝前提下，盡量提高余熱鍋爐進口廢氣溫度，提高熱能利用率。循環風機采用高壓變頻調速方式。可以根據實際工況進行調整，確保煙氣取熱上罩微正壓狀態，避免過量冷風吸入降低煙氣溫度。

環冷余熱鍋爐采用雙進煙氣自然循環雙壓余熱鍋爐。余熱鍋爐換熱面積有足夠的容量，以確保獲得較大的經濟效益。

鼓風環冷機密封方式采用風箱復合密封結構即回轉框架下部連續平面與風箱之間新穎的復合密封結構，用液態水作為密封介質，解決了原接觸式密封件撕裂嚴重，更換頻繁的弊端；附加的一道柔性材料密封結構進一步防止了冷卻風的泄露，也阻斷了風箱內散料進入密封槽的通道。

余熱循環熱風管道對接的循環煙氣取熱上罩也采用液密封結構即上罩與欄板之間采用液體密封，減少了粉塵外溢和熱量散失，既改善了周邊環境，又提升了余熱回收效率。上下水密封有效的降低了漏風造成的熱量損失。

余熱煙氣再循環管道一共四根，其中環冷一段（高溫段2軸至6軸）2根，分別連接環冷機3#風箱和4#風箱，環冷二段（高溫段6軸至9軸）2根，分別連接環冷機5#風箱和7#風箱，環冷三段（低溫段）：9軸至11軸。主要用于燒結機熱風助燃，連通助燃風機。下部風箱隔斷僅在10軸進行了隔斷，風箱煙道閥門在6軸和9軸。改造前僅關閉9軸風箱煙道閥門。與此同時，為盡可能將高溫和低溫煙氣充分分隔利用，臺車取熱上罩，分別在2軸、6軸和9軸設置了隔板。

1.2 220m2燒結改造前與265m2燒結環冷余熱煙氣回收相關參數對比

表1 主要參數對比表

因煙氣溫度較低，換熱效果較差，余熱鍋爐提供的蒸汽在優化工藝實施前每天發電量僅為3萬KW·h。

2 優化余熱循環煙氣分布設計與生產參數調整

2.1 優化設計余熱循環煙氣回風煙道風箱和隔斷

因220m2燒結與265m2燒結原燃料一致，工藝配料生產基本一致，燒結礦比熱容不一致導致發電量低的因素較小。于是將重點集中在循環煙氣回風穿透環冷機燒結礦層無法充分進行熱交換，導致取熱管道無法將高溫煙氣順利引入余熱鍋爐[1，2]。于是將整個取熱煙道上下結構可分為四層。 第一層為臺車上罩，上罩與余熱送風管連通，高溫煙氣集合處。 第二層為臺車，高溫燒結礦由燒結機進入臺車，下方煙氣通過臺車后，熱量隨煙氣進入上罩。第三層為風箱隔斷， 位于臺車底部與風箱隔斷之間，尺寸為1470mmx3200mm[3]。第四層為風箱煙道，風箱與風箱之間，環冷鼓風機及余熱回風管道與風箱相連。實施后煙道分布示意圖，如圖2所示。

圖2 實施后煙道分布示意圖

通過設計圖紙分析，結合實際情況，煙道各層設計如下：臺車上部取熱煙罩：在原有2軸線、6軸線、9軸線隔斷的基礎上增加10軸隔斷。 風箱隔斷在10軸線基礎上增加9軸線和6軸線隔斷。并將風箱煙道的蝶閥關閉即6軸線與9軸線的蝶閥關閉。通過上述風箱隔斷和風箱煙道蝶閥關閉，有效的將一段（高溫段2軸至6軸）與二段（中溫段6軸至9軸）隔開。

增加隔斷和關閉相應閥門，余熱循環回風經過下部風箱時在風箱煙道內有效的將一段、二段的進風煙氣分開。 進入風箱隔斷進一步隔開，直至進入環冷機燒結礦層，穿透料層到達臺車熱煙氣上罩。為避免循環風機抽風量過大，導致熱風取熱煙氣管道抽入冷風，1#環冷鼓風機所鼓自然風，通過燒結礦層后，可以對二段高溫段煙氣量進行補充。有效降低上罩漏風導致冷風被抽入取熱管道。

同時11軸線增加上罩隔斷，并將臺車上部熱煙氣集氣罩1、11軸線上罩下部300mm隔斷做成可調節的活動擋板隔斷，減少熱風流量損失。另將9軸線上部集氣罩隔斷下部1/3割除，將熱風集氣罩二段和三段打通，擴大熱風集氣罩體積，從三段給一段二段補充部分熱風，降低了系統吸入冷風降低整體煙氣溫度。

2.2 生產工藝參數及檢測設備改善

降低熱量損失可適當提高進入環冷燒結礦礦溫，降低大煙道溫度，控制至130-140℃，提升燒結礦進入環冷機臺車上的整體礦溫。保證生產的持續性，減少人為對皮帶機事故拉繩的誤動作而引起的停機，可以減少混合料水分的波動，保證料層透氣性穩定，達到燒結生產的連續性和穩定性。有利于余熱利用回收試驗。加強崗位生產操作培訓，控制燒結終點至15號風箱靠近16號風箱。特別是減少布料厚度的波動，達到料層阻力穩定。同時穩定配料固體燃料配比和均勻下料，避免外圍因素影響試驗判斷。環冷取熱一段、二段熱煙氣集氣罩上方無熱電偶檢測溫度和壓力，利用檢修機會加裝了2支熱電偶和2支壓力表，進一步驗證環冷臺車一段、二段煙氣溫度和壓力，避免吸入冷風。

3 實施效果分析

3.1 實施改造前后對比

改造通過改造實施后，對改造實施前后的參數進行對比分析。主要參數對比，如表2所示。

表2 主要參數對比表

結合表2所示，為主要參數對比表。本次實施效果主要分析指標為日發電量，日發電量越高證明其煉鐵生產線燒結機環冷余熱回收效果越好。

3.2 實施結果與分析

得出實驗數據，在優化工藝實施前每天發電量為3（萬KW·h）；在優化工藝實施后每天發電量為11（萬KW·h）。由此可見，本文優化設計的工藝，能夠提高煉鐵生產線燒結機環冷余熱回收量。

通過實施效果分析，總結建議為：

因兩臺燒結機熱量來源相當（焦粉配比相同），降低熱量損失可適當提高燒結礦礦溫，降低大煙道溫度，控制至130℃，提升燒結礦在燒結機上的整體礦溫。

燒結終點按照15號風箱控制，靠近16號風箱，即倒數第2-3個風箱，保證燒結礦質量，降低大煙道溫度從160℃降低至140℃，最終穩定至130℃左右。有效的提升了環冷熱煙氣一段煙氣溫度。同時穩定燒結生產參數，對燒結礦溫度也起到的積極作用。增加一段與二段風箱隔斷、同時關閉煙蝶閥隔板，可以有效的強化一段進風量，標況進風量達到13萬-15萬標況（設計20萬），壓力達到3-3.1MPa，有利于穿透料層換熱，使得熱煙氣集氣罩形成微正壓。

封閉三段天窗至14軸線，并在11軸線增加上罩隔斷，同時將1、11軸線上罩隔斷做成可調節的活動擋板隔斷，主要為了通過1#環冷鼓風機給上罩補充熱煙氣，促進煙氣回收罩內形成正壓，避免一段二段形成負壓，導致抽入冷風致使煙氣溫度降低。

4 結語

燒結余熱利用在生產條件相當的情況下，環冷機余熱利用的提升，即為提升煙氣循環系統中煙氣溫度，利用降低大煙道溫度，提升燒結礦冷卻前整體溫度利于余熱的充分利用。充分利用好一段（高溫段）燒結礦熱量，有效增強循環熱風通過一段風量，將熱量集中取出送至余熱鍋爐換熱。同時盡可能避免冷風吸入，控制熱風取熱集氣罩氣體流速，形成微正壓狀態。如生產實際中出現負壓狀態情況下，可將熱風集氣罩二段和三段打通，擴大熱風集氣罩體積，從三段給一段二段補充部分了部分熱風風量，降低系統吸入冷風而降低整體煙氣溫度。同時穩定生產參數可以保持燒結礦溫度的穩定性，最終實現提升循環煙氣溫度來提升余熱發電。以此，證明本文優化設計工藝在實際應用中的有效性。