梅鋼4#燒結環冷低溫余熱利用及廢氣排放治理實踐

王東 上海梅山鋼鐵股份有限公司

1 背景介紹

梅鋼4#燒結是2007年依據寶鋼總體規劃新建的一臺450m2燒結機。對環冷機一段、二段的煙氣余熱設置了余熱鍋爐，進行余熱回收利用，產生的過熱蒸汽供入廠區管網，同時余熱鍋爐采用煙氣再循環模式，通過用循環風機送回到環冷機下部風箱內冷卻礦料。4#燒結環冷機于2021年1月進行了改造，環冷機密封改造為水密封，同時對2#、3#、4#機下鼓風機進行了改造，改造后的鼓風機參數為 250kW、3.1kPa、20.5萬 Nm3/h（原5#鼓風機備用）。目前，環冷機三段機其后部的煙氣由于溫度較低，未進行余熱利用，礦料冷卻后的廢氣直接排入大氣，在燒結系統開停機時排放口有明顯揚塵出現，連續生產時目視有大量熱廢氣涌排，造成能源浪費。

2 燒結環冷低溫余熱利用及廢氣排放治理

2.1 低溫余熱資源情況

2.1.1 現場測量參數

為了更好的對4#燒結環冷機低溫余熱部分的煙氣熱量進行分析，并有效開展環冷余熱回收系統改造，組織技術人員對環冷機三段及以后的煙氣流量、溫度進行了實地測試，根據現場實測參數，環冷機三段及以后的低溫煙氣流量約60萬Nm3/h。

2.1.2 余熱資源分析

參考目前國內已運行的同類燒結機運行情況，環冷機進口的給礦溫度平均在700～800℃之間，燒結礦冷卻過程中，燒結礦所攜帶的熱量被轉換成廢氣顯熱，廢氣溫度從前到后逐步降低，礦料溫度最終冷卻至約120℃后進皮帶輸送機輸送至后續工序。

此處假定，環冷機的落礦溫度為700℃（t1），比熱為0.94kJ/kg·℃；冷卻至二段尾部礦料溫度為380℃（t2），比熱為0.74kJ/kg·℃；冷卻至環冷機尾部的礦料溫度為120℃（t3），比熱為0.5kj/kg·℃；環冷機燒結礦冷卻的鼓風溫度為150℃（t4）（即現有一段、二段高溫煙氣配套環冷機余熱鍋爐出口煙氣溫度），比熱為1.035kJ/kg·℃；環冷機的產量約603t/h（按照1.35的燒結利用系數）。

通過核算環冷機一、二段燒結礦的放熱量：

一二段環冷機冷卻風的吸熱量為Qc1=Qh1=55792.6kW。

假定一二段鼓風冷卻生成的高溫煙氣平均溫度為420℃（t5），其比熱為1.096kJ/kg·℃。

經過計算，鼓風冷卻風量：

經計算，一段、二段環冷鼓風冷卻風量基本與現場高溫段余熱鍋爐循環風機匹配，一段、二段假設成立。

通過核算環冷機三段及其之后（將燒結礦冷卻至120℃）燒結礦的放熱量：

三段及以后環冷機冷卻風的吸熱量為Qc2=Qh2=33345.9kW。

假定三段及以后鼓風冷卻的煙氣平均溫度為240℃（t6）（熱風燒結煙氣溫度、環冷機三段煙氣溫度及環冷機四段煙氣溫度平均值），煙氣比熱為1.056kJ/kg·℃，煙氣循環回風溫度90℃，煙氣比熱為1.023kJ/kg·℃。

經過計算，鼓風冷卻風量：

經計算三段及以后礦料冷卻所需冷風量約57.7萬Nm3/h即可滿足礦料的冷卻要求。現場實際2#、3#、4#總冷卻風量約62萬Nm3/h，因此在環冷機冷卻風進口溫度提升至90℃時，改造后的低溫余熱回收系統依然能滿足礦料的冷卻要求。

2.1.3 余熱回收系統參數

綜合現場測量的數據及理論計算數據，考慮后續實際礦料產量、礦料溫度都有提高的可能，環冷機三段及以后的煙氣總流量放10%裕量，取62萬Nm3/h。其中，熱風燒結取煙4萬Nm3/h、三段及四段前部低溫余熱鍋爐取煙48萬Nm3/h、四段后部熱水加熱器取煙10萬Nm3/h。正常運行時，環冷機正常運轉時，2#鼓風機停運，3#鼓風機更換為循環風機，4#鼓風機根據礦料的冷卻情況變頻運行，5#鼓風機停運。

2.2 改造內容

環冷機三段前部熱風燒結保持不動，其余三段及四段前部的熱煙氣設置一套機上布置的低溫低壓余熱鍋爐，配套螺桿發電機組。環冷機四段后部低溫熱煙氣設置一套熱水加熱器，用于燒結工段拌料使用，一方面節省飽和蒸汽，另一方面提高混合料料溫，降低燒結固燃消耗，同時還可以降低環境污染。采用煙氣全循環技術，既保證了燒結礦的冷卻效果，又實現全環冷廢氣零排放。

2.3 改造后系統的主要技術參數

低溫鍋爐技術參數見表1，螺桿發電機組技術參數見表2，熱水加熱器技術參數見表3。

表1 低溫余熱鍋爐性能參數

表2 螺桿發電機組性能參數

表3 熱水加熱器技術參數

3 效益

3.1 改造后增加的工程效益

燒結環冷機低溫余熱回收發電功率2100kW，同時產生45t/h的熱水供燒結生產物料加水用。

3.2 經濟效益

全環冷低溫余熱系統改造完成后，低溫余熱回收后，每套燒結環冷機每小時增加約1950kWh的發電量；考慮峰、谷電費，平均電費按0.52元/kWh計算，每年發電收益為851.76萬元；系統所有用電設備的廠用電總負荷為1010kW，扣除原2#、3#鼓風機負荷400kW。

廠用電計算負荷為610kW；考慮峰、谷電費，平均電費按0.52元/kWh計算，每年電費為266.44萬元；除鹽水為1t/h×10.71×8400h=8.996萬元；工業水為39.82萬元。每臺燒結機生產熱水45t/h、溫升80℃，回收熱量約15120MJ/h,按照20元/t單價計算為756萬元。

改造后增加的年利潤（余熱產出）：1292.51萬元。

3.3 環境價值

余熱回收系統改造之后，做到了全環冷廢氣零排放，解決了煙氣無序排放的問題，凈化廠區的環境，實現了清潔生產。

3.4 社會間接效益

低溫余熱回收系統改造后，單套每小時回收30t/h的低壓飽和蒸汽，每小時凈發電1340kWh，同時產生45t/h的熱水。節約標準煤7000kcal/kg～（1275.6+3311）t/a，同比至少可減排18373.58t的CO2。

4 結語

梅鋼4#燒結環冷機三、四段分級余熱回收、熱廢氣循環利用改造項目，既解決環保排放問題，又回收了余熱能源，是高質量、可持續并實現雙贏的環保。