烧结矿显热回收装置

摘 要：烧结过程余热资源主要由两部分组成：一部分是来自于烧结机尾部，温度约为650-800℃，烧结矿所携带的显热即烧结矿显热。这部分显热约占烧结过程余热资源总量的70%；另一部分来自于烧结机主排烟管道的烧结烟气显热，这部分约占余热资源总量的30%。文章介绍了采用竖式冷却炉装置回收烧结矿显热技术，从根本上克服现有带冷或环冷机的弊端，确保冷却废气的品质，从而有利于后续的余热利用。

关键词：竖式冷却炉；显热回收；关键技术

前言

钢铁产业是一个高耗能、高污染的产业。据统计，全球最大钢铁生产国——中国，2014年，全国粗钢产量约8.23亿吨，约占全球预估产量的一半。烧结工序能耗约占整个钢铁企业能耗的10%。冶金生产消耗的有效能量仅占总量的28%～29%。而的没有被有效利用的能量占比超过70%，即超过14GJ/t。目前，国内烧结流程的单位吨烧结矿能耗指标比国际先进水平要高出20%左右。比照国际先进水平，国内铁企在烧结过程中烟气余热资源的回收利用比例很低是其关键。研发相应的回收余热的方法，最大化的回收利用这部分能量，无论对节能减排保护环境，还是对企业效益均有重大意义。

烧结余热的高效回收及利用是降低烧结流程能耗的重要措施。对比而言，烧结矿显热基数较大，可被空气为载体所高效携带。而烧结烟气显热数量较少，品质低（烧结烟气的平均温度只为150～200℃），且其中成分复杂多样，尤其是多种污染气体及粉尘等沿着烧结机长度发生改变。有鉴于此，烧结矿显热部分的高效收集和利用是整个烧结减能增效的中心。

目前国内冷却烧结矿主要采用鼓风式环冷或带冷工艺，存在故障率高、维修频繁且难度大、运行电耗高、漏风点多、漏风量大（超过30%）、热参数波动大、冷却效果差、返矿率高等弊端。烧结矿在冷却的过程中，热能变为废气显热，废气温度在100～400℃之间，具有余热总量大、含尘量高、污染严重等特点，一直是钢铁生产余热利用和环境治理的难点。

因此，突破传统带式冷却或环式冷却的局限，开发烧结矿显热高效回收的工艺和技术装备，已是烧结行业节能减排和能量回收的必由之路。近年来，《钢铁产业政策》、《节能中长期专项规划》、《循环经济促进法》、《节能减排“十二五”规划》、《产业结构调整指导目录》等行业法规、政策都在积极鼓励和引导烧结余热的高附加值利用，以降低钢企能耗，提高综合竞争力。

1 烧结矿竖式冷却炉装置的结构特点

烧结矿竖式冷却装置包含八大系统：热矿输送系统、布料系统、炉体装置、布风系统、出料系统、循环风系统、三电及公辅、余热回收及发电。

烧结矿竖式冷却装置布置方式如图1。

图1 竖式冷却炉结构示意图

热矿通过链板机运送至冷却炉炉顶，并与旋转布料装置相配合，将热矿装入冷却炉内。在冷却炉中热矿与冷却气体直接进行热交换，烧结矿被冷却至平均150℃，经排料装置卸到带式输送机上，然后送往冷矿处理系统。

循环风机将冷却烧结矿的空气从冷却炉底部的供气装置鼓入冷却炉内，与热矿逆流换热。自冷却炉排出的热循环气体的温度约为450～600℃，经除尘器除尘后进入余热锅炉换热，温度降至160～180℃。由锅炉出来的冷循环气体与鼓风机冷却气体混合经由循环风机加压，最进入冷却炉循环使用。

2 烧结矿竖式冷却炉的技术特征

（1）烧结矿竖式冷却装置采用链板机上料，实现烧结矿的连续上料，进而满足了烧结工艺的要求。（2）布料方式采用旋转布料器布料，缓慢均匀的布料方式避免了烧结矿布料过程中物料偏析的问题。（3）冷却炉体采用密闭腔冷却，与现有环冷机冷却比较而言，竖式冷却设备漏风率大大减少，同时大大降低了冷却过程中产生的粉尘量。（4）热循环气体炉顶输送，遵循了热气上游的特点，更利于热气快速充分的进入到热气回收系统中。（5）供气装置采用中央多层风帽和周边风环的结构型式，将冷循环气体从冷却炉下部均匀地供入冷却室内，可使炉内烧结矿被均匀的冷却及下落。为了减少烧结矿流动时对锥斗壁、十字风道和风帽的磨损，壁面衬铸铁板。在冷却炉底锥段出口处设置挡棒装置，可调节烧结矿均匀下料。（6）采用连续排料的电动振动给料器与旋转密封阀组合的排出装置，设备外型小，维护量小，又可稳定炉内压力，使物料下落均匀。（7）余热回收效率提高：烧结矿竖式冷却装置占地面积较小，可配套先进的自动化控制系统用于检测冷却炉烧结矿的高度、热废气温度、烧结矿排出温度等。自动化控制系统由现场仪表和PLC控制系统组成。现场仪表主要完成对生产工艺设备的过程参数进行检测和控制。PLC控制单元主要完成对设备的集中监控、过程量自动调节、联锁控制等。

3 烧结矿竖式冷却炉的环保节能及余热发电

3.1 冷却炉炉顶装料时的捕尘措施

冷却炉炉顶装料口设置了环形水封座，装料时接料漏斗的升降式密封罩插入水封座中形成水封，防止粉尘外溢。同时，接料漏斗接通活动式抽尘管，斗内被抽成负压，将装料时瞬间产生的大量烟尘抽入除尘干管中，以减少粉尘的扩散污染。为尽量减少水封盖与接料漏斗替换过程中的粉尘扩散，炉顶压力在水封盖揭开前保持在-30Pa至-50Pa，而且料斗与炉盖采用联动机构，缩短了替换时间，使炉内气体尽可能不外逸。

3.2 冷却炉排料时的捕尘措施

排料装置采用的旋转密封阀式连续排出装置，气密性好，能够封住排料时产生的烟尘；同时向排料装置的壳体内充入空气，顶住炉内气体的压力，避免循环气体向外窜漏。

此外，排料溜槽的落料点上方均设置了抽尘管，将排料时产生的烟尘吸入抽尘管而不外逸污染操作环境。

3.3 提高余热发电系统适应性和安全性

冷卻炉设计有热烧结矿贮存段，避免因烧结机短时停机而导致余热参数波动和汽轮发电机组停机，提高了余热发电系统适应性和安全性。

3.4 循环气体系统的防漏措施

因反复实验及温度波动产生的膨胀与收缩，易使联接口处产生漏气。为此，在冷却炉与除尘器之间设置了高温补偿器，风机后的循环气体管路上也设置了低温补偿器。

3.5 循环风机和排料装置的防噪声措施

振动给料器、风机壳体及风机前后的循环气体管道外壁均包岩棉缝毡隔声。采取隔声措施后，噪声可控制在85db以内。

3.6 提高余热发电系统适应性和安全性

冷却炉设计有热烧结矿贮存段，避免因烧结机短时停机而导致余热参数波动和汽轮发电机组停机，提高了余热发电系统适应性和安全性。

综上所述，竖式冷却代替环式冷却，回收烧结矿显热用于发电的技术，能克服传统环式冷却的缺点，并具有提高烧结矿强度、提升余热烟气品质、增强余热发电能力、降低冷却系统电耗、改善余热发电系统适应性、减排粉尘和污染物、削减废气排放总量等多重优势，值得深入关注。

4 在企业发展中的作用

除韶钢、宁钢采用了环冷机高温段部分烟气进行烧结余热发电外，宝钢集团其他烧结机余热回收均以热风烧结、预热混合料和回收蒸汽为主，当前烧结余热利用效率低，设备漏风率高、污染物逸散严重，整个烧结区域污染治理难度大，给宝钢环境保护和社会形象带来负面影响。

采用竖式冷却炉回收烧结矿显热后，回收烟气温度高，烟气排放稳定，不仅可为后续余热发电提供稳定的热源、大大提高了余热利用效率，而且烧结废气排放量大为降低，粉尘等污染物逸散少，区域污染状况将大为改善，更易于治理。

参考文献

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[2]史保东，刘业，袁伟飚，等.烧结环冷余热回收发电技术特点及应用[J].冶金动力，2011（1）：53-55.

[3]周茂军，鲁健，应风哗，等.宝钢烧结冷却废气余热回收现状与潜力[J].冶金能源，2011，30（4）：42-45.

作者简介：徐雪（1979-），女，学士学位，宝钢工程技术集团有限公司焦化事业部，项目总设计师，工程师。