武钢3×450m2烧结环冷机低温烟气余热的开发应用

武钢3×450m2烧结环冷机低温烟气余热的开发应用

1前言

随着能源的日趋紧张，节能成为烧结工序的又一主题，烧结工序能耗约占钢铁企业总能耗的10%，仅次于炼铁而居第二位，冷却机废气带走的显热约占总能耗20%～28%。可见，回收利用冷却机废气带走的余热成为降低烧结工序能耗的一个重要环节。

武钢炼铁总厂共有5台烧结机，分别为一烧（450m2）、二烧（280m2）、三烧（360m2）、四烧（450m2）、五烧（450m2）。总所周知，在烧结矿的生产过程中，烧结机结尾下料温度为700～800℃，鼓风环冷机冷却过程中会排出大量温度为280～400℃的低温烟气，该部分低温烟气带走的热量不能回收，不仅浪费了宝贵的能源，而且也污染了环境。因此，对烧结环冷机废气余热进行有效回收利用，对武钢推行节能降耗、改善环境、拓展循环经济、实现可持续发展具有十分重要的现实意义。

从能源利用的有效性和经济性来看，将余热用来发电或作为动力直接拖动机械是最为有效的利用方式，因此武钢选择了余热发电方式来回收3台450m2烧结环冷机低温烟气余热。该工程由中国设备公司总承包，于2007年9月9日正式开工，2008年11月28日热负荷试车成功。

2低温烟气余热发电的可行性研究

2.1武钢烧结低温烟气余热利用情况

国内烧结低温余热回收利用从产气原理上可归纳为两大类：一类是热管式蒸汽发生器装置，另一类是翅片管式蒸汽发生器装置。两者相比，翅片管式余热锅炉较之热管，其换热效率、产气量等都大大胜

出。

武钢集团非常重视节能降耗，早在1993年就在老一烧车间（现已拆除，原址上建起了炼铁总厂8#高炉）3#带冷机上安装了热管式蒸汽发生器；2003年5月，又在三烧“四改一”工程396m2环冷机的高温段上安装了翅片管式余热锅炉，投产至今已6年有余，运行良好，产生了巨大的经济和环境效益。

2.2余热发电情况调研

随着近年来低温烟气余热锅炉技术和低参数补气式汽轮发电机组技术参数不断发展和日益完善，使低温烟气余热回收发电成为可能，为此我们分别考察了马钢300m2（2005年9月投产，年发电量约6100万KWh）烧结带冷机余热发电系统和海螺集团宁国水泥厂回转窑余热发电设施（98年投产，年发电量约5500万KWh），通过与上述两家的烟气情况进行对比，武钢烧结环冷机所产生的烟气温度及烟气量完全具备发电条件，而且一烧、四烧和五烧三个车间的现有场地，能够满足余热发电工艺设施及管道布置需要。经过多方论证和技术分析，武钢集团公司决定在烧结三台450m2烧结机，即一烧（450m2）、四烧（450m2）、五烧（450m2）的鼓风式环冷机上建设利用日本川崎成套设备公司的技术制造的低温烟气余热锅炉，并非标设计一台额定功率为33MW的抽汽补汽凝气式汽轮发电机组，且抽汽提供25t/h（0.8MPa）的生产、生活用汽供烧结所用，以最大限度地利用烧结环冷机排放的低温烟气的热能，达到大幅度降低烧结工序能耗目的。

3设计方案和工艺介绍

3.1环冷烟气参数的确定

烧结机尾卸出的成品矿，直接进入环式冷却机，通过鼓风进行冷

却，冷却产生的废气主要经两座烟囱直接排入大气。为准确掌握废气品质情况，对环冷机前端相对高温的1#、2#烟囱及2#风机后段排出的废气进行了多次现场测试（见表1）。

表1 一烧、四烧和五烧环冷机高温段废气温度、流量等测试数据测试点烟气温度℃烟气标况Nm3/h 含尘浓度g/Nm3

一烧390 530000 2

四烧388 523000 2

五烧394 539000 2

一烧、四烧、五烧烧结矿采用的是鼓风式环冷机进行冷却，测得3#～12#间环冷机排出的废气温度的平均值约330～400℃，为了充分回收热能，余热锅炉到烧结环冷机之间的烟气采用闭环再循环方式，这样设计能使余热锅炉进口烟气温度提高50～80℃，烧结矿温度比正常情况略有提高（10℃左右），不影响烧结矿的冷却质量。结合一烧、四烧和五烧车间环冷机废气温度及流量测试报告，最终确定如下设计参数：烟气温度388～390℃（按余热锅炉进口废气温度提高50℃设计考虑）；烟气流量523000m3/h～54000m3/h；锅炉出口排烟温度为165℃。

3.2工艺设计与技术参数的设定

根据检测数据对各车间生产情况的调研，我们总结出：

（1）每台烧结环冷机温度波动大（在310～450℃之间）；

（2）生产稳定性受来料和高炉的生产情况影响较重；

（3）烧结系统每个环节的设备和设施的故障的影响；

（4）到换班班组人员操作习惯的影响。

基于以上条件，决定采用三炉一机的配置方式，合理调度三个烧结车间的生产，保证至少有两台烧结机在连续生产，这样就能避免因烧结停机或温度不正常而使汽轮发电机组频繁起停。

按照三炉一机的设计方式和普通电站配置的要求，该电站包括：烟气回收系统、余热锅炉系统、除盐水系统，汽轮发电机系统、循环冷却水系统、电力并网系统、蒸汽外网系统等；即在现有三条烧结环冷机旁就近露天各布置一台余热锅炉，锅炉主蒸汽压力2.05MPa，温度364～367℃，锅炉能力44.5～47.1t/h。三台锅炉所产蒸汽并入蒸汽母管（压力1.95MPa，温度364～367℃，蒸汽量137.6t/h）冲动一台汽轮发电机。系统设计充分考虑余热的充分利用和节约能源，最大程度的减少排放；其工艺系统见图1。

3.2.1余热锅炉系统设计

余热锅炉系统主要包括余热锅炉本体、锅炉汽水系统、烟风回收系统等，见图2。

3.2.1.1余热锅炉本体及选型

余热锅炉采用立式自然循环锅炉，带上汽包，烟气自上而下通过

锅炉。为增大换热面积，强化换热效果，余热锅炉受热面使用螺旋翅

片管，同时采用特殊设计使烟气在炉膛内具有稳定均匀的分布和流速，从而使锅炉达到很高的效率；余热锅炉由省煤器、蒸发器、过热

器和汽包组成主要循环回路。具体选型见表2

表2 余热锅炉设计参数

项目1烧换冷机余热锅炉4烧换冷机余热锅炉5烧换冷机余热锅炉型式BLW自然循环锅炉BLW自然循环锅炉BLW自然循环锅炉蒸汽压力（过热器出口） 2.05MPa(A) 2.05MPa(A) 2.05MPa(A) 蒸汽温度（过热器出口）365℃364℃367℃

蒸发量45.5t/h 44.5t/h 45.5t/h

给水温度（汽包进口处）210℃210℃210℃