5-董辉-烧结余热回收
烧结矿竖罐内气固换热
第52卷第12期2021年12月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.52No.12Dec.2021烧结矿竖罐内气固换热㶲传递特性冯军胜1，张晟2，赵亮2，董辉2(1.安徽建筑大学安徽省绿色建筑先进技术研究院，安徽合肥，230601；2.东北大学冶金学院，辽宁沈阳，110819)摘要：为了强化烧结矿床层内气固传热过程，高效回收利用烧结矿余热资源，首先，以烧结矿余热回收竖罐为研究对象，根据非平衡热力学理论，推导出竖式烧结矿移动床层内㶲传递系数和量纲一㶲流密度的一般关联式；其次，基于多孔介质和双能量方程模型，建立竖式移动床层内流动和传热的仿真模型；最后，利用自制小试验竖罐测量数据验证仿真模型的可靠性，并模拟分析空气进口流量、空气进口温度以及冷却段高度对竖罐床层内气固换热㶲传递特性的影响。
研究结果表明：空气进口温度越大，冷却段高度越小，床层内㶲传递系数越大；当床层高度较低时，床层内㶲传递系数随空气进口流量增加而减小，并且㶲传递系数会出现负值，对竖罐内气固传热过程不利；床层内量纲一㶲流密度随空气进口温度和冷却段高度增加而减小；当温度比较大时(T g /T 0>1.3)，床层内量纲一㶲流密度随空气进口流量增加而增加；不同工况下空气出口温度的模拟计算结果与试验测量数据基本一致，平均相对误差仅为4.93%，证明了竖式移动床层内流动传热模型的正确性。
关键词：烧结；余热回收；移动床；气固换热；㶲传递特性中图分类号：TK11+5文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID )文章编号：1672-7207（2021）12-4443-11Exergy transfer characteristics of gas solid heat transfer in sintervertical tankFENG Junsheng 1,ZHANG Sheng 2,ZHAO Liang 2,DONG Hui 2(1.Advanced Technology Institute of Green Building Research of Anhui Province,Anhui Jianzhu University,Hefei 230601,China;2.School of Metallurgy,Northeastern University,Shenyang 110819,China)Abstract:In order to strengthen the gas-solid heat transfer process in sinter bed layer and efficiently recover and utilize sinter waste heat resources,firstly,the vertical tank for sinter waste heat recovery was taken as the research收稿日期：2021−02−25；修回日期：2021−05−10基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51974087，51904074)；安徽建筑大学科研基金资助项目(2020QDZ02)(Projects(51974087,51904074)supported by the National Natural Science Foundation of China;Project(2020QDZ02)supported by the Anhui Jianzhu University Science Research Foundation)通信作者：董辉，博士，教授，从事烧结余热回收利用研究；E-mai ：*************DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2021.12.024引用格式：冯军胜,张晟,赵亮,等.烧结矿竖罐内气固换热㶲传递特性[J].中南大学学报(自然科学版),2021,52(12):4443−4453.Citation:FENG Junsheng,ZHANG Sheng,ZHAO Liang,et al.Exergy transfer characteristics of gas solid heat transfer in sinter vertical tank[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2021,52(12):4443−4453.第52卷中南大学学报(自然科学版)object and the related expressions of exergy transfer coefficient and dimensionless exergy flux in vertical sinter moving bed were derived by non-equilibrium thermodynamics theory.Secondly,the simulation models of flow and heat transfer in vertical moving bed were established on the basis of porous medium and two-equation energy model.Finally,the reliability of simulation model was verified by the measurement data of self-made small test vertical tank and the effects of air inlet flow rate,air inlet temperature and height of cooling section on the exergy transfer characteristics of gas solid heat exchange in bed layer of vertical tank were analyzed numerically.The results show that the larger the air inlet temperature,the smaller the height of cooling section,and the larger the exergy transfer coefficient in bed layer.When the height of bed layer is lower,the exergy transfer coefficient in bed layer decreases with the increase of air inlet flow rate and the exergy transfer coefficient would be negative, which is unfavorable to the gas-solid heat transfer process in vertical tank.The dimensionless exergy flux in bed layer decreases with the increase of air inlet temperature and height of cooling section.When the temperature ratiois larger(Tg /T>1.3),the dimensionless exergy flux in bed layer increases with the increase of air inlet flow rate.The simulated results of air outlet temperature under different working conditions are basically consistent with the test measurement data.The average relative error is only4.93%,which proves the correctness of flow and heat transfer models in vertical moving bed.Key words:sinter;waste heat recovery;moving bed;gas solid heat transfer;exergy transfer characteristic烧结矿余热资源约占我国钢铁企业余热资源总量的8%，是钢铁企业最具开发潜力的余热资源之一[1−2]。
钢铁企业余热余能回收利用措施研究
钢铁企业余热余能回收利用措施研究发布时间：2021-10-13T05:53:58.925Z 来源：《中国科技信息》2021年10月中29期作者：孙建[导读] 钢铁企业是耗能大户，降低能耗，提高余热利用是当前钢铁企业在严峻的形式下降本增效的手段。
从某钢铁企业冲渣水余热利用和空压机站余能利用入手，提出了低温热源利用的方案和方向，为钢铁企业余热利用提出了合理的建议。
宝武集团八钢公司炼铁厂孙建新疆乌鲁木齐 830022摘要：钢铁企业是耗能大户，降低能耗，提高余热利用是当前钢铁企业在严峻的形式下降本增效的手段。
从某钢铁企业冲渣水余热利用和空压机站余能利用入手，提出了低温热源利用的方案和方向，为钢铁企业余热利用提出了合理的建议。
关键词：余热回收;供热平衡;钢铁企业引言在我国社会经济水平不断提升、飞速发展的进程中，各类能源资源的消耗量也不断递增，存在愈发凸显的能源供需矛盾问题，节能降耗作为了钢铁企业在未来生产发展中的侧重方向。
钢铁企业作为我国传统流程制造业，更作为我国国民经济基础型企业，同时也作为耗能大户，能源消耗占比达我国工业领域所有消耗总量的15%，但是仅仅有30%~50%能源得以利用。
随着钢铁节能技术的不断发展，也有愈来愈多余能回收技术广泛运用，提高了节能降本的效果，极大缓冲了目前所处经济发展新形势下面临的经济冲击，提高了钢铁企业的余能余热利用水平。
在本文中将结合钢铁企业实例，分析余热余能回收利用技术的效益。
一、供热现状及用能优化潜力1.供热现状某大型钢铁企业热力系统按供热类型主要分为燃煤燃气锅炉蒸汽供热、余热锅炉蒸汽供热和余热热水供热，主要用于生产、鼓风、采暖及发电，其中回收余热供热(烧结烟气环冷、高炉冲渣水、焦炉煤气)项目已回收热量220 MW/h，供热面积400万m2。
2.存在问题2.1低效用能情况热电厂蒸汽锅炉存在高质热能低效使用情况，造成了高品质蒸汽的浪费。
如高压锅炉产生的9.8 MPa的高温高压蒸汽，部分蒸汽被直接减温减压至3.5 MPa左右进入中压蒸汽管网，供汽鼓风和中压汽轮机发电;中压锅炉产生3.6 MPa左右的中压蒸汽，部分被直接减温减压至0.9 MPa左右进入低压蒸汽管网或直供炼钢、焦化、薄板、钢管、选矿等区域使用。
河北省典型钢铁企业炼铁工序碳减排潜力分析
84
2.
853
517351.
43
93
7003449.
98
-
0.
0121
99
0.
0496
99
0.
0708
99
t,
Nm3)
Pi /(MWH,
tCO2/MWH,
tCO2/
t,
tCO2/Nm3)
EFi /(
89995.
61
8.
48
134527.
23
1.
092
CO2/
t
93
985464.
26
10627.
91
良好条件 [16]。铁矿厂开采的铁矿石经破碎、筛分、磁选后,高品位的铁精矿粉被送入烧结厂,与熔剂、焦粉按
一定的比例混合生产为烧结矿,粒度均匀、成分稳定的烧结矿才能用于高炉炼铁。A 企业烧结工序能源消耗
及排放情况如表 2 所示。
Ef /kg
表 2 A 企业 2021 年烧结工序 CO2 排放表
物质种类
焦炭
NCVi /GJ
CCi /tC
OFi /%
565776.
11
28.
447
0.
0295
93
1938.
84
外购焦炉煤气
357.
00
外购高炉煤气
物质种类
Ep/kgCO2e
E/kgCO2e
FCi /t
56138.
43
洗精煤
26.
344
173.
54
33
t,
Nm3)
Pi /(MWH,
454604.
26
电力
0.
烧结竖罐床层内的空隙率分布特性
烧结竖罐床层内的空隙率分布特性冯军胜;董辉;曹峥;王爱华【摘要】Water flood method and tomographic image analysis method were used to investigate sinter bed layer average voidage and radial voidage distribution. The effect of bed layer geometric factor on bed layer average voidage was studied, and the bed layer radial voidage distribution was also studied under the condition of different bed geometrical factors. The results show that the main factors that influence the bed layer voidage distribution are the sinter particle diameter and bed layer diameter of vertical tank. Among them, the bed layer average voidage decreases with the increase of bed layer geometric factor for a given sinter particle diameter under the condition of smaller bed geometrical factor (D/dp<120). On the contrary, the bed layer average voidage does not vary with the change of particle diameter or bed layer diameter. Bed layer voidage is the largest at the inner wall surface, then decays to the center of bed layer, and finally reaches the minimum value in the center of bed layer.%采用注水法并结合断层图像分析法对烧结矿床层内平均空隙率和径向空隙率分布规律进行研究，考察床层几何因子对床层平均空隙率的影响，以及在不同床层几何因子条件下，床层径向空隙率分布规律。
烧结过程余热资源回收利用技术进步与展望 王勇
烧结过程余热资源回收利用技术进步与展望王勇发表时间：2019-02-25T15:48:59.623Z 来源：《防护工程》2018年第32期作者：王勇1 王大鹏2 [导读] 还有助于钢铁生产过程中节能减排实现，实现绿色发展。
但是中国的烧结预热回收技术和利用率相比西方的一些国家还有待提高。
1五矿营口中板有限责任公司辽宁省营口市 115000；2营口连营重工机械有限公司辽宁省营口市 115000 摘要：在烧结生产的过程中要降低烧结工序的耗能，就要将余热充分的回收和利用。
本文详细描述了现代社会在烧结过程中余热回收和利用的技术以及未来的发展前景，并对我国烧结生产余热回收和利用存在的问题进行了分析。
从工艺、流程、技术三个角度总结了烧结矿余热竖罐回收、烧结过程预热资源分级回收和梯级余热利用三种技术，奠定了中国烧结生产过程中节能减排、保护环境的基础。
关键词：烧结余热；发电；竖罐式回收；分级回收；梯级利用我国烧结生存过程中所消耗的能量，约占我国钢铁生产消耗能量的七分之一，烧结生产过程中会产生两种余热形式，第一种烧结矿显热，第二种烧结烟显热。
烧结矿显热是从烧结矿环式冷却机上部排出的冷却废气，占烧结工序总热量回收的百分之四十左右，烧结烟显热是烧结机下部抽出的烧结烟气，占烧结工序总热量回收的百分之二十左右。
目前我国多数钢铁企业在烧结工序回收的余热占余热总比的百分之四十左右，大量的余热资源没有的到回收和利用。
可见，烧结工序余热回收的技术还有很大的提升空间。
也能看出，高效的余热回收和利用，可以降低烧结工序所消耗的总能量。
自踏入二十一世纪以来，我国钢铁行业的发展不断加快步伐，为了降低钢铁生产过程的耗能。
烧结工序余热的回收和利用技术也得到了飞速的发展，二十一世纪初，我国就开始生产烧结余热回收发电机，这使得我国烧结余热回收技术更进一步的发展。
1 发达国家余热回收与利用技术的发展现状从进入二十一世纪开始，发达国家的钢铁生产量开始出现缓慢增长甚至降低的趋势，纵观烧结余热的国外发展史，烧结余热的回收利用技术发展的意义已经开始发生改变，从开始以纯粹的节约能源为目标，转向了以环境保护为目标。
提高八钢烧结余热回收效率实践秦斌
提高八钢烧结余热回收效率实践秦斌发布时间：2021-09-07T08:22:45.798Z 来源：《防护工程》2021年16期作者：秦斌刘晓勇[导读] 本文介绍了八钢烧结环冷机余热回收系统的组成和运行现状，分析了影响烧结余热回收效率的因素，制定并实施了整改措施，提高了烧结余热回收系统的蒸汽回收效率，取得了较好效果。
秦斌刘晓勇宝钢集团新疆八一钢铁股份有限公司炼铁厂新疆乌鲁木齐 830022摘要：本文介绍了八钢烧结环冷机余热回收系统的组成和运行现状，分析了影响烧结余热回收效率的因素，制定并实施了整改措施，提高了烧结余热回收系统的蒸汽回收效率，取得了较好效果。
关键词：环冷机余热利用；余热锅炉；蒸汽回收效率前言:八钢烧结厂两台265m2烧结机和一台430m2烧结机，对应的环冷机有效冷却面积分别为280m2、350m2 和520m2，为了回收利用环冷废气余热, 通过合同能源管理的方式，由上海宝钢节能环保技术有限公司中标总承包，西安思安新能源公司设计施工，投建1台30MW补气凝汽式汽轮发电机组配3台烧结余热锅炉的烧结余热回收发电机组系统，于2013年6月试生产，新建的烧结余热发电系统投入运行初期锅炉蒸汽回收效率提升缓慢，通过分析原因，提高烧结机自身生产能力，将烧结工艺与余热回收系统相结合，大力降低烧结事故频次和故障率，提升过程控制水平，优化烧结工艺及余热回收系统各项控制参数，烧结余热回收发电系统各项指标得到快速提升。
1、烧结余热发电系统介绍及运行分析1.1烧结余热发电系统设计特点（1）余热锅炉采用双通道烟气进气系统，在高温段和中温段设两个烟罩，分别进气。
（2）锅炉尾气采用再循环风机送进环冷机，实现烟气循环利用，并可采用补入新风有效调节烟气循环温度和流量。
烟气系统采用闭路循环，减少了外排污染，收集粉尘可返烧结利用。
（3）双压无补燃烟气循环锅炉，每个锅炉设一台烟气循环风机。
锅炉主蒸汽压力2MPa，温度350℃，低压蒸汽压力0.5MPa，温度200℃。
烧结机冷却余热发电改造的技术创新
烧结机冷却余热发电改造的技术创新在大力倡导绿色发展理念的背景下，河钢邯钢公司拟对一套400m2烧结机的冷却设施及烟气脱硝、脱硫治理系统进行升级改造。
改造成功后，既可提高烧结矿的显热回收效率，又实现了烧结烟气低成本治理和达标排放，本文重点阐述利用烧结机竖式冷却余热发电节能项目的技术改造和创新。
标签：烧结冷却；余热发电；技术创新当前我国经济发展进入由高速增长阶段转向高质量发展阶段的新常态。
在大力倡导绿色发展理念的背景下，节能及环保问题日益受到重视。
而钢铁业则是我国节能及环境治理的重点领域。
河钢邯钢公司为响应国家号召，拟对一套400m2烧结机的冷却设施及烟气脱硝、脱硫治理系统进行升级改造，并开发烧结矿竖式冷却与烟气治理一体化技术创新。
1 烧结机升级项目改造的必要性烧结是冶金行业铁前系统必不可少的重要工序，其产生的NOx、SOx等有害物質严重地污染着空气质量。
烧结矿烟气脱硝脱硫与余热利用一体化技术，利用成熟的SCR脱硝技术将NOx有效脱除。
烟气余热用来蒸气发电，利用后的烟气再进入采用SDS工艺的脱硫设施中脱硫，从而实现达标排放。
拟进行的400m2烧结机升级改造项目建设范围，包括烧结机竖式冷却系统、烟气调温补燃系统、余热发电系统及烧结烟气SCR脱硝系统、脱硫系统、烟道及配套除尘系统等内容。
升级改造的目的是克服原环冷机漏风率高，余热利用率低，运行环境差，设备维护量大等问题。
采用新型竖式冷却系统可大大降低漏风率、改善运行环境、减少设备运行故障率和维护量，较大幅度的提高烧结矿余热回收率。
余热发电系统拟建设1套处理650t/h烧结矿竖式冷却设施及配套140t双压余热锅炉和25MW汽轮发电机组。
主要设备包括：余热锅炉；汽轮机及发电机组及并网系统；循环给水系统；蒸汽减压并网系统和三电系统等。
2 升级改造后的工艺流程烧结矿经单齿破碎机破碎后，通过高温链板机输送至竖式冷却器上料缓冲仓内，经中间称量斗放入上料小车中，再通过斜桥输送至竖式冷却器上部的受料斗中，进入竖式冷却器。
烧结余热回收
2.2.1 烧结矿层阻力特性及气流分布问题的研究
气固流动问题：阻力特性与气流分布 烧结矿几何因子及颗粒分布特性*（实验研究） 烧结矿层空隙率分布等填充特性（实验研究）
罐体内烧结矿层 阻力特性*
（实验研究）
（1）
罐体内烧结矿层 气流分布特性* （数值模拟研究）
（2）
（1）烧结矿层阻力特性的实验研究
意义：床层阻力特性是决定罐式回收系统是否可行的主要 因素之一，同时还影响着气固传热过程；为如何减小阻力 提供理论支撑；为后续的数值技术提供基础数据。 内容：研究阻力特性经验关联式，藉此分析影响阻力特性 的主要因素及其影响规律。 方法： •基于固定床模式→移动床模式（排料）*；
冷却风量 环冷 热载体品质 余热 蒸汽品质 汽轮机 吨矿 料层高度 机 热载体数量 锅炉 蒸汽产量 发电机 发电
1.2 环冷机操作参数优化（技术二）
典型研究结果：
冷却风量
料层高度 热
环冷机
载 体
㶲
热载体品质
值
热载体数量
冷却风量 潜力：吨矿发电量有望提高20%。
主要内容
1 基于环冷机模式余热回收 1.1 分级回收与梯级利用技术 1.2 环冷机操作参数优化 2 竖罐式余热回收 2.1 系统的构思及研究思路 2.2 关键科学问题的凝练及研究进展 2.3 关键技术问题的凝练及研究进展 3 总结及展望
吨矿发电能力18kWh；吨矿直接热回收2~4kgce
1.2 环冷机操作参数优化（技术二）
核心任务：对目前的环冷机模式余热回收进行技术改造 关键共性技术：维持现有环冷机结构形式、结构参数下
设置适宜冷却风量/ 料层高度/环冷机运行速度 环冷机更多是基于矿的冷却，不是基于余热回收；环冷 二段末端矿温较高；现有的操作参数需要重新审视。 设置适宜余热锅炉的运行参数（蒸汽的压力和温度） 余热锅炉在低参数下运行，再加上进口热载体品质的提 高；锅炉参数的提高具有一定潜力。
烧结余热回收与利用系统的(火用)分析4
ａｒｅ
ａｌｓｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ
ａｎａｌｙｓｉｓ
ｏｒ
ｔｏ
ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ
ｒｅｓｉｄｕａｌ—ｈｅａｔ
ｒｅｃｏｖｅｒｙ．Ｉｔ
ｉｓ ｐｕｔ
ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｒｅｓｉｄｕａｌ—ｈｅａｔ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｓｙｓｔｅｍ，ｂｒｉｎｇ
则系统热效率、系统输出的热量和动力的总能级、系统火用效率分别为式（７）、式（８）、式（９） 所示：
盱警
㈩
豆２：龇：础：＋１一口
‘
（８）
ａ２ ４－Ｗ
‘
，７Ⅱ＝７７Ｉ－鲁
，７Ⅱ２ ７７Ｉ
Ａｔ２
‘）
（９）
１（ｉ／ｒ＝ｌ）－
式中，口为输出热量占输出总能量的比例；△Ｑ为输入热量与输出能量的能级差。由式（９）可 以看出，火用效率取决于系统的热效率和输入输出间的能级差，前者与热力学第一定律有关，后者与
余热回收过程中的总火用损失可以表示为：
衄＝蝇＋蝇…・＋蝇
余热回收过程中的总火用损失还可以表示为：
（５）
ｔ皿＝ｅｏｌｌ嘞旧）］
ｒ／．——余热资源回收过程中的热效率； △Ｑ——余热资源和回收产品的能级差。
结合本节的模型，我们讨论一下余热回收的分析思路。
㈤
从前面的理论可知，对余热资源的回收利用分析必须以热力学第一定律和第二定律为基础的。
ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｓｙｓｔｅｍ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ；ｒｅｓｉｄｕａｌ—ｈｅａｔ ｒｅｃｏｖｅｒｙ；ｅｘｅｒｇｉｅ ａｎａｌｙｓｅｓ
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1.1 烧结余热分级回收与梯级利用（技术一）
1.1.2 工艺路线
空气 孔板流量计 除尘器
De-dust
至非脱硫 至脱硫 阀体
空气 除 尘 器 一段 二段
Dedus
外排 直排 四段 五段
主抽 风机
外接 汽源
水
De-dust
三段
余热 锅炉
某328m2烧结机余热利用原则工艺流程图1
1.1 烧结余热分级回收与梯级利用（技术一）
•基于冷态模式→热态模式；
•基于Ergun公式模式→打破Ergun公式模式*。
•实验研究（冷却段高 H=0.5m/1.0m/3.0m ，实 验室实验→小试，克服料层高与边缘效应）；
•数值计算。
（1）烧结矿层阻力特性的实验研究—Ergun方程修正法
鼓风
温 热电偶1# 1200mm 度 监 热电偶2# 900mm 测 热电偶3# 400mm 柜
1 基于环冷机模式余热回收 1.1 烧结余热分级回收与梯级利用（技术一）
1.1.1 技术的提出
De-dust
一段
二段
三段
四段
五段
水
余热 锅炉
1）引进余热锅炉以后的成套设备，只关注余热锅炉以 ）余热部分回收：仅回收了温度较高冷却废气显热， （ 3 2 ）回收余热利用形式单一：余热仅用于回收蒸汽（发 弃置了烧结烟气和温度居中的冷却废气所携带的显热； 电），忽视了热风烧结或预热混合料的可能 后的环节，造成烧结矿取热困难。 (用于自身)；
L D
1.068
（2）烧结矿层气体流动的数值计算 手段：采用CFD软件+二次开发：颗粒形状系数+空隙率 分布函数+基于移动床和固定床模式
顶部：焦炭入口 x g
储存室 斜道
预存段
斜道排风
斜道
中心 轴线 u v R0
斜道排 风口
冷却室
冷却段
底部：焦炭出口，气体入口
气体 入口
物理模型
网格划分
两大关键科学问题：
——竖式颗粒床层气固逆流式流动、传热问题。
2.2.1 烧结矿层阻力特性及气流分布问题的研究
气固流动问题：阻力特性与气流分布 烧结矿几何因子及颗粒分布特性*（实验研究）
烧结矿层空隙率分布等填充特性（实验研究）
罐体内烧结矿层 阻力特性* （实验研究） （1）
罐体内烧结矿层 气流分布特性* （数值模拟研究）
2.2 关键科学问题的凝练及研究进展
罐式回收是否可行，主要考虑（从热工角度）： （1）料层阻力是否太大？气流分布是否均匀？ 料层阻力↑→气固接触越不充分→气固热交换不充分 →鼓风机能耗 ↑→系统经济性下降 气流分布不均→气固接触不均→气固热交换不均
（2）罐体料层内气固传热是否充分？
气固传热，决定了热载体所携带余热的㶲值以及烧 结矿冷却效果，进而决定了吨矿发电量
2.1罐式余热回收系统的构思及研究思路
环冷机模式余热回收的先天不足的成因： •环冷机在上下固定的风箱中“穿行”，使得漏风不可避免； •环冷机“卧式”结构，使得冷却风与烧结矿交叉错流流
动传热，烧结矿显热部分回收。
技术变革原则： •变“穿行”为“静止”，从根源上避免漏风； •变 “ 卧式 ” 为 “ 立式 ” ，变“交叉错流”为“逆流”，从根
1.1.3 关键技术与实施效果
1）保证余热锅炉热源稳定：2台烧结机-2套余热锅炉-1套 汽机系统，即两炉一机模式；或引入外界热源； 2 ）强化烧结矿取热：设置适宜的冷却风量、环冷机内 烧结矿料层高度、环冷机运行速度； 3 ）提高余热锅炉参数：强化烧结矿取热，提高锅炉进 口热风温；目前锅炉蒸汽参数尚具有一定挖掘潜力。 4）强化环冷机密封：
（1）提出50万t/a罐式回收中试系统的结构和操作参数； （2）提出360m2烧结机罐式回收系统的结构和操作参数。
主要内容
1 基于环冷机模式余热回收
1.1 分级回收与梯级利用技术
1.2 环冷机操作参数优化
2 竖罐式余热回收 2.1 系统的构思及研究思路 2.2 关键科学问题的凝练及研究进展 2.3 关键技术问题的凝练及研究进展 3 总结及展望
1.1 烧结余热分级回收与梯级利用（技术一）
1.1.1 技术的提出 针对于目前我国烧结余热利用存在的不足，结合烧结 余热数量较大、品质差异较大，遵循吴仲华先生的“温度 对口、按质用能”的能源利用原则，集成国内外先进单体 技术，提出了“分级回收与梯级利用”技术 ： ①按余热品质分级回收；②将余热优先用于工序本身 即直接热回收，然后梯级利用各种品质余热： 温度较高→动力回收（发电）； 居中→动力回收、直接热回收，改善工艺 较低→直接热回收，改善工艺。
余热锅炉在低参数下运行，再加上进口热载体品质的提
高；锅炉参数的提高具有一定潜力。 冷却风量 料层高度 环冷 热载体品质 机 热载体数量 余热 锅炉 蒸汽品质 汽轮机 吨矿 蒸汽产量 发电机 发电
1.2 环冷机操作参数优化（技术二）
典型研究结果： 冷却风量 料层高度 环冷机 热 载 体 㶲 值
热载体品质
2: 打破原有环冷机模式
2010年获国内首个发明专利
技术三：烧结矿余热竖罐式回收（2007~现今）
借鉴CDQ，结合炼铁高炉，提出了~；借助国家自然科 学基金及辽宁省科技计划项目，开展：理论研究→技术 攻关，提出了一整套中试系统（50万t/a）以及与360m2 烧结机配套的结构和操作参数→寻求合作伙伴。 3: 基于烧结烟气脱硫与余热回收相互孤立甚至矛盾：
效果：部分实施（设想很丰满，实施很骨干）
吨矿发电能力18kWh；吨矿直接热回收2~4kgce
1.2 环冷机操作参数优化（技术二）
核心任务：对目前的环冷机模式余热回收进行技术改造 关键共性技术：维持现有环冷机结构形式、结构参数下 设置适宜冷却风量/ 料层高度/环冷机运行速度 环冷机更多是基于矿的冷却，不是基于余热回收；环冷 二段末端矿温较高；现有的操作参数需要重新审视。 设置适宜余热锅炉的运行参数（蒸汽的压力和温度）
（2）烧结矿层气体流动的数值计算
流速等值线云图与速度矢量图
压力等值线图与流线图
2.2.2 气固传热问题的研究
烧结矿料层等填充特性（实验研究） （1）
烧结矿料层内气固传热系数(实验研究)
（2） 烧结矿料层内气固㶲传递系数（实验研究） （3） 烧结竖罐内的气固传热过程（实验及模拟）
（1）烧结矿层气固综合传热系数*的实验研究
2.1罐式余热回收系统的构思及研究思路 不识庐山真面目，只缘身在此山中！
——传统模式余热回收方式需要一次变革性举措！ 2007年，提出竖罐式回收工艺 在 困 难 中 坚 持 前 行 ！
2009年，辽宁省自然科学基金
2010年，国家（首个）发明专利授权 2012年，国家自然科学基金 2015年，辽宁省科技计划项目
P
冷矿
烧结余热竖罐式回收与利用的工艺流程图
2.1罐式余热回收系统的构思及研究思路
罐式回收系统的工程示范及推广 罐式回收系统的中试 罐式回收系统的小试
工程化技术攻关 ——工程化转换问题
技术可行性 ——关键技术问题 理论可行性 ——关键科学问题
罐式回收系统的实验室实验 解析研究 数值计算
目前研究节点：开展了6万t/a小试（竖罐部分），藉此
源上提高烧结矿显热回收率，并提高热载体的品质。
——借鉴CDQ 系统提出烧结矿余热罐式回收利用技术
2.1罐式余热回收系统的构思及研究思路
水/蒸汽 空气 烧结矿 一次除尘器 预存段 竖 罐 冷却段 二 次 除 尘 器 风机 余热 锅炉 纯水 除氧式 冷凝器 凝结水泵 汽轮机 发电机
热矿
省煤器 旋转密封 卸料阀
意义：基础性实验之一；为后续的数值计算提供基础数据
，同时为强化传热提供理论支撑。
内容：获得气固综合传热系数经验关联式，藉此分析影响 综合传热系数的主要因素及其影响规律。 方法：实验方法
•基于固定床模式 *—时间模拟空间 *→移动床模式（排料+ 漏风+料的加热）； •基于面积综合传热系数→体积综合传热系数*； •从实验室实验→小试（排料+漏风+料的加热） 。
（2）
（1）烧结矿层阻力特性的实验研究
意义：床层阻力特性是决定罐式回收系统是否可行的主要
因素之一，同时还影响着气固传热过程；为如何减小阻力 提供理论支撑；为后续的数值技术提供基础数据。 内容：研究阻力特性经验关联式，藉此分析影响阻力特性 的主要因素及其影响规律。 方法： •基于固定床模式→移动床模式（排料）*；
基于环冷机模式的余热回收存在着先天不足： （1）冷却漏风率较高 上部漏风率 15%~20% ，集风罩
Ⅱ Ⅰ
因此而损失的发电量占现
有发电量的27.3％ ； 下部漏风率 20%~30% ， 鼓风机因此消耗的无效功 率占现有功率的28.6%。 ——折合每生产 1 吨烧结矿损失 1.5~1.8kgce；将使 得烧结工序能耗增加3%~4%。
风箱
2.1罐式余热回收系统的构思及研究思路
（2） 显热仅部分被回收，且回收得到余热品位较低 回收温度较高的一、二段冷却废气，此时，环冷二段尾 部烧结矿温度约300~320℃，回收率50% ~55%。
De-dust
一段 水 余热 锅炉
二段
三段
四段
五段
两部分损失，以我国7.0亿吨年产来计，3.8个三峡。
（1）烧结矿层气固综合传热系数的实验研究
采用量纲分析法推导出 料层气固传热系数的经 验关联式
通过在不同工况下所得 实验数据确定经验关联 式的指数和系数
Nu 1.205Re
0.508
H 0.137 T f 0.5 Pr ( ) ( ) d Tw
0.4
使用范围： 0.687 Pr 0.703 1190 Re 3980