钢铁企业烧结厂余热资源的回收利用

钢铁企业烧结厂余热资源的回收利用

陈永国,郭森魁,王华

(昆明理工大学冶金系热能工程研究室,云南昆明市　650093)

摘　要:文中综述了国内外烧结厂余热资源回收利用的发展及现状,指出了其发展趋势,可供烧结厂进行节能降耗改造时借鉴。

关键词:烧结;余热回收

中图分类号:TF09 文献标识码:B

1　引言

在钢铁企业中,烧结工艺的能耗仅次于炼铁,居第二位,一般为钢铁企业总能耗的10%～20%。我国烧结生产的能耗指标和先进国家相比差距较大。大体上而言,每吨烧结矿的平均能耗要高于20kgc e[1]。因此,我国烧结节能的潜力很大。

多年以来,国内外对烧结余热的回收利用进行了大量的研究。据日本某钢铁厂热平衡测试数据[2],烧结机的热收入中88%的热能由焦粉燃料提供,点火用烟气带入6%,高炉瓦斯灰中的炭燃烧带入4%;热支出项目中,水分蒸发耗热占18.2%,石灰石分解热占15.2%,烧结矿显热占28.2%和废气显热占31.8%。由此可见,烧结厂余热回收的重点应为烧结废(烟)气余热和烧结矿(产品)显热回收。

2　概况

目前,用于烧结废气回收余热的系统主要有以下四种形式:(1)利用余热锅炉产生蒸汽或提供热水,直接利用;(2)用冷却器的排气代替烧结机点火器的助燃空气,或用于预热助燃空气;(3)将余热锅炉产生的蒸汽,通过透平及其它装置转换成电力;

(4)将排气直接用于预热烧结混和料。

余热回收的装置大致可分为四大类[3]:(1)冷却机余热回收系统;(2)冷却机+烧结机余热回收系统;(3)冷却机+烧结机气体循环余热回收系统;(4)新型机冷式烧结机余热回收系统。3　我国烧结余热回收利用的进展

国内很多烧结厂在烧结冷却废气余热回收方面做了大量工作。1984年,水城钢铁厂决定采取在降尘管内直接安装热交换管的方法来达到余热回收的目的[4]。使降尘管此时既起到“降尘”又起到“余热锅炉”的双重作用。该方法的优点是投资省、简单易行、见效快,适用于财力、物力条件较差及厂区位置条件限制的小型烧结厂。现场测定及有关计算的结果表明,该厂余热回收装置的性能指标达到了设计要求,回收装置能将水温提高70℃,生产热水6.34t/ h·台,能满足使用需要。每年可节约标煤6299t,年直接经济效益可达26万元以上。运行情况表明,在机冷烧结机冷却降尘管内安装占降尘管内空1.4m3的热交换装置不会对烧结机生产操作及除尘管的降尘作用产生不良影响。相反,由于回收了废气中部分显热,降低了废气温度,有助于提高冷却风机的抽风能力。

根据工艺需要,许多烧结厂将部分烧结废气供给到烧结点火器和保温炉作为助燃空气,或用于预热混和料。

1988年,合肥钢铁公司炼铁厂拟定在余热利用于点火保温炉取得成果的基础上,增大废气余热回收量,采用余热锅炉生产蒸汽和热水,以解决该厂生产和生活之需[5]。

宝钢二期烧结设有一台450m2的烧结机,配以一台460m2鼓风环式冷却机,年产烧结矿

文章编号:1001-5523(2001)05-0043-03

能源研究与利用

4.975Mt[6]。为利用烧结余热,宝钢采用与日本合作设计的形式,设置了冷却机废气及主排气余热回收两套装置产生蒸汽,主体设备从日本引进,于1991年投产。该装置设备总重量约1700t,装机容量约5100kW,代表了八十年代的水平,是我国第一座大型现代化的烧结余热回收装置。

国内的热管技术是近年来发展起来的一项余热回收利用新技术。它的主要特点是利用气化相变传热,传热效率高,性能可靠,投资回收期短。为了有效的利用带冷余热,南京化工学院热管技术开发中心与武钢一烧合作,在武钢一烧4号带冷机上设计安装了一套热管蒸汽发生系统,生产低压蒸汽[7]。其蒸汽替代热力厂来的蒸汽用于预热烧结混合料,以提高烧结矿产量。该系统投运后,运行安全可靠,达到了设计能力,产汽量达4～5t/h,每吨烧结矿产汽50～60kg,蒸汽压力为0.4～0.5MPa。武钢一烧带冷热管蒸汽发生系统工艺流程见图1

。

图1　武钢一烧带冷热管蒸汽发生系统工艺流程

采用热管技术回收烧结工序的余热产生蒸汽的

系统经马钢二烧、梅山冶金公司烧结厂、武钢一烧、

安阳钢铁公司烧结厂及攀钢烧结厂等厂的投运,均

取得了令人满意的效果。热管余热蒸汽发生系统用

于烧结废气的余热回收具有独特的优点,节能效果

显著,经济效益良好,具有重要的推广价值和应用前

景。

热风烧结是另一种余热利用和节能的有效方

式。国内学者[8]对热风烧结工艺进行了研究,利用

烧结矿冷却废气为热源,进行了梅山烧结料热风烧

结试验。热风烧结工艺的机理在于利用烧结矿冷却

废气的物理热代替部分燃料燃烧热,提高烧结料层

的氧位和延长高温保持时间,促进铁酸钙的形成。

适宜的热风温度为280～350℃。该工艺有效利用了

烧结余热,可节省燃料14%左右,有待于进一步组

织工业试验。

4　国外烧结余热回收利用的进展

国外很早就对烧结余热的回收利用进行了研

究。七十年代末期,日本住友金属工业公司烧结机

冷却器的回收装置采用完全循环的双通道方式[9],

由于循环风机及风管对烧结矿层进行二次循环,使

循环气温度提高到370℃,用废热锅炉回收蒸汽。

和歌山钢铁厂4号烧结机上安装的一台冷却器废热

回收设备,已顺利投产,每小时可发生蒸汽10～20t。

日本钢管公司在其扇岛厂和福山厂装备了一座

热回收系统,这是世界上第一套利用废气生产蒸汽

发电的系统[10]。该系统在环型烧结矿冷却器的高

温部分鼓入100℃的循环空气,这部分空气经冷却

器后达350℃,然后送至特殊设计的锅炉生产出

14kg/c m2的蒸汽用来发电。

日本住友金属工业公司和歌山制铁所采用直线

型冷却机,冷却层厚度较薄(0.7m),排出空气温度

低(200℃),为更有效地回收热量,采用了二通路式

显热回收装置[11]。其工艺特点是将冷却层的高温

段分成两个室,循环气体先后经两室与赤热烧结矿

进行两次热交换,故同样传热面积,由于通过烧结矿

的气流速度提高一倍,回收热量也增加约50%。采

用这种方式,适宜循环风量为每吨矿700～800Nm3,

回收热量为该烧结矿消费热量的10%以上。

德国蒂森钢铁公司施韦尔根厂利用冷却机废气

余热预热烧结点火助燃空气[12]。具体做法是在3·

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