烧结余热回收利用与发电技术

王亚轩 杜晓康 晁双双

摘 要：通过烧结所产生的烟气和冷却设备所释放的废气会附带相当量的热能，借助一定的技术手段对这部分热能加以妥善处理应用，能很大程度上节省企业成本的投入，为企业创造更高的经济利益。本论文着重阐述了烧结废气再次利用的四种方式，分析对比了国际社会和我国在烧结余热再次使用方面所处阶段和未来发展前景。分析介绍了各个企业是如何利用和处理烧结所产生的剩余热量，这对烧结厂进一步降低能源耗费和科学改进技术手段都有很好的指引作用。

关键词：烧结；余热回收；烟气

1 引言

权威数据表明，我国烧结2012年的产能约8.09亿吨，叫上年增长了5.4%，但不可忽视的事实是单位投入的能源并未有质的改变，如何进一步降低能耗一直都是行业内长时间未能解决的难题。通过多年的实践和研究，烧结所需的能源投入有所下降，约为54kgce/t，以2013年的数据为例，我国重点钢铁企业烧结能源投入为49.2kgce/t，较2012年有了一定的降低，但欧美先进国家的标准是47kgce/t，与他们相比，我国的能耗还处于较高的水平。烧结工序能耗的构成：共有四种耗能，分别是固体燃烧耗能、电力耗能、点火耗能、其他耗能等四种形式，这四种形式所占比例分别为80%、13%、6.5%、0.5%，因此，只有大幅度降低固体燃烧的能源投入，才能有效减少烧结工序能源的投入和消耗。

2 烧结余热的特点

烧结工序中有两种能量可以被回收再次使用，分别是烧结烟气所产生的热能和冷却机废气所释放的热量。烧结烟气的最高温度约为150℃，它所蕴含的热量是总热能的24%，机尾烟气最高温度可达400℃，而冷却机废气温度的变化值是300℃～450℃，它在总热量中占了很大的比重，这些总热量具有以下几种特征：

2.1 废气温度波动大

烧结工序中，由于烧结矿在烧结机上的燃烧状况各有差异，烧结废气和冷却中释放的废气温度要不一致。烧结矿燃烧不充分时，释放的废气温度过高，燃烧激烈时，冷却环节释放的废气温度较低。根据济钢第二烧结厂的数据可知，剩余热量回收环节所产生的废气温度可达520℃，但最低温度却只有150℃。由于温度波动幅度较大，非常不利于烧结剩余热量的回收再利用，同时这也是烧结剩余热量回收环节所要重点关注和化解的难题。

2.2 热源的连续性难以保证

热源是否具备持续性对剩余热量开展回收再利用起着极为重要的作用。烧结剩余热能的主要来源途径是物理显热，在烟气回收时有持续跟进的烧结矿，烧结剩余热量才会持续不断的供给。由于影响因素较多，烧结设备偶尔会出现短暂的停歇，热源的持续供给也难以100%得到保障。

3 世界各国烧结余热回收利用领域取得的成就

3.1 国内烧结余热回收利用

我国众多烧结厂在烧结冷却废气回收再利用领域展开了大量研究，也取得了可喜的成果。

3.1.1 利用余热生产蒸汽

南京化工学院成功研发了热管技术，这项技术是用于剩余热量回收再利用的新技术。其工作原理是通过气化的过程来传递热量，它的优点是效率极高，性能稳定，可短期内实现经济效益。为了更好的使用带冷余热，南京化工学院研发的热管技术全面应用于武钢一烧，将热管蒸汽设备安装在了武钢一烧4号带冷机上，这样低压蒸汽就源源不断的产生了。因此蒸汽就取代了来自热力厂的蒸汽，烧结矿产量得到了大幅增加。此种设备的优点是安全系数高，与当初设计和预想的产能一致，1小时内的单位产能可达5吨，而1吨烧结矿可释放的气体为50～60千克，蒸汽的压力值可达0.5MPa。马钢二烧、梅山钢铁公司烧结厂、武钢一烧、安阳钢铁公司烧结厂及攀钢烧结厂都先后将热管技术运用在烧结工序中，均取得了令人满意的效果。

3.2 国外烧结余热回收利用

世界先进发达国家在对烧结余热回收再利用方面已走在我国前面。上世纪70年代末，日本住友公司将烧结机冷却器用废热锅炉回收蒸汽，80年代，余热回收利用技术在日本各个烧结厂被广泛利用，其中以冷却机排气利用的利用率最高，达到26%左右。

3.2.1 引入余热预热烧结点火助燃空气

将冷却机废气余热烧结点火助燃空气技术第一次进行实际应用的欧洲公司是位于德国境内的德国蒂森钢铁公司施韦尔根厂。具体的操作措施是于3号烧结机的卸矿地带和冷却机排气装置上设置三级循环冷却器，将电除尘与出口连在一起。除尘器的功率达到285000m3/h，温度可达到200℃，粉尘浓度小于30mg/m3。冷却机释放的废气可借助通风管导入2、3、4号烧结机点火器，可以用作空气的助燃剂。

因而，一台烧结机没燃烧一顿烧结矿就可以节省约30MJ的热能。4号烧结机的特点是不仅与点火器相衔接，而且和废气脱硫设备相联通，这样设置的优点是每燃烧一吨矿节省的热量达20MJ，利用此系统，每燃烧一吨矿释放的热量为40GJ，与3号烧结机总热量的6%相持平。

3.2.2 利用烧结废气发电

日本是一个资源非常稀缺的国家，因此对资源节约十分在行，日本国内烧结厂在余热回收利用方面取得了令其他各国无法比拟的成绩。20世纪50年代，日本烧结厂在余热回收再利用技术得以全面推广和运用。而最先使用冷却机废气释放蒸汽从而用来产生电力的就是日本钢管公司的扇岛厂和福山厂，它是利用废气释放蒸汽从而用来发电技术的鼻祖。此系统运转的原理是在环形烧结矿冷却的高温阶段导入温度为100℃的空气，导入的空气进入冷却器后温度可以上升到350℃，再把350℃的空气传送到经过特别设置的锅炉，就能释放出蒸汽压力为14kg/cm2的蒸汽，再把蒸汽转化为电力。

4 新型烧结余热发电系统

经过最近几年的发展和革新，我国烧结机实现了从小型到大型的转变和跨越，而大型机器中占地面积为265m2，360m2和435m2的占了主导，数据表明，2007～2012年这5年时间内行业内的大企业共新增了98台烧结机，占地面积为130m2以上的新增了150台，而90m2以下烧结机减少了92台。当前，我国烧结余热回收再利用的体量仅仅达到9.6kgce/t钢，将来可开发利用的体量达到23.0kgce/t钢，纵观我国烧结余热发电的发展状况，目前已投入使用和还处于建设阶段的发电站只占到了烧结机总数很少的比例，大约为10%，利用烧结机余热发电未来的发电功率可达3000MW以上，开发前景无限，同时烧结余热发电的发展路劲与我国当下产业政策的规划是相辅相成的，所以，我国在未来几十年内，必须进一步扩充和广泛推广利用烧结余热进行发电项目，这也是我国钢铁产业降低能耗和排放量的可行方法。

5 结语

钢铁企业能有效节省能源消耗、降低废气排放、提高经济效益的有效途径是充分回收利用烧结产生的余热，只有这样钢铁经济才能实现可持续发展。钢铁行业的特点是能源投入大、环境污染严重，同时钢铁行业降低能耗、减少污染方面大有作为，在我国能源领域不断革新的今天，对烧结厂进行节能减排，加大对余热收集装置的投入，对企业的可持续发展发挥着极为关键的作用。

参考文献

[1] 徐国群. 烧结余热回收利用现状与发展[J]. 世界钢铁， 2009， 9（5）.

[2] 陈刚. 环冷机余热回收系统分析与数值模拟[D]. 中国舰船研究院， 2014.

[3] 邓文宗. 烧结余热发电系统设计与应用[D]. 南昌大学， 2013.

[4] 陈春霞. 钢铁生产过程余热资源的回收与利用[D]. 东北大学， 2008.

[5] 周翔. 我国烧结余热发电现状及有关发展建议[J]. 烧结球团， 2012， 37（1）： 57-59.