宁钢2#烧结环冷余热回收利用实践

钱惠明

（宁波钢铁有限公司，浙江宁波 315800）

前言

在钢铁生产各工序中，烧结工序的能耗约占全部工序的10%左右，仅次于高炉。从烧结机机尾卸出的烧结矿温度范围一般为500～750 ℃，甚至800 ℃，其显热约占烧结工序总能耗的35%～45%。热烧结矿在冷却过程中蕴含在固体中的热能变为废气显热，废气温度随环冷机部位的不同在120～450 ℃之间变化，其显热量约占总热耗的30%，相当于400～600 MJ/t 烧结矿的热量被环冷机废气带走。对此部分余热进行回收利用具有很大的社会效益和经济效益。

自20 世纪90 年代初宝钢从日本成套引进烧结环冷余热回收装置以来，烧结环冷余热回收利用技术经过近30年的发展，经科研人员的认真研究和工程设计人员的精心实践，已经趋于精益求精的阶段。烧结环冷余热回收技术主要有：热风点火，用作保温炉的助燃空气，用于预热混合料，热风烧结，余热锅炉生产蒸汽等。应用最为普遍的是将烧结环冷烟气引入余热锅炉生产蒸汽。本文主要介绍宁钢2#烧结环冷余热回收利用实践，为后续烧结环冷余热回收提供借鉴和参考。

1 余热资源分析

烟气余热是指被考察体系排出的烟气，可释放的高于环境温度的热量和低位发热量，在进行烟气余热回收设计时，首先需要对系统的余热资源进行仔细分析，余热资源分析需要考虑以下几种因素：热负荷的稳定性，烟气温度和流量的确定，烟气成分，场地条件[1]。

宁波钢铁2#烧结设置1 台430 m2烧结机，对应配置1台470 m2环冷机对烧结矿进行冷却。烧结系统工艺参数如下：

有效面积：430 m2;

作业率：97%;

成品矿产能：550 t/h(65%产能);

料层厚度：～750 mm;

环冷鼓风机数量：5台;

环冷鼓风机全压：4500 Pa;

环冷鼓风机电功率：1000 kW;

环冷鼓风机：565000 m3/h。

经现场实测，宁钢2#环冷落料温度约为517～578 ℃，环冷机高温段1～7 轴风箱处平均温度仅为250 ℃，最高约为280 ℃。

本项目烟气为烧结环冷烟气，热负荷稳定性较好，烟气温度偏低，基本在250～280 ℃，烟气主要成分为空气，环冷机漏风较为严重，烟气温度有待于提高，场地条件不太理想，没有足够的预留场地新建余热锅炉。

2 工艺方案

2.1 环冷密封

由于环冷机漏风较为严重，烟气温度有待于提高，必须对环冷机高温段进行密封，目标值：经环冷密封后将烟气温度提高至320～330 ℃。

（1）环冷门型罩改造

对环冷机高温段的门型罩进行改造，并设置一定的倾斜角度，有利于烟气的收集和流动。门型罩外部设硅酸铝保温材料，减少门型罩外表面的散热。门型罩内设置内部隔断，将高温段和低温段分开，避免高温烟气和低温烟气混合，以提高高温段的烟气温度。

（2）环冷机台车栏板与门型密封罩之间的密封改造

密封罩与台车栏板之间的密封采用镀锌板外加硅橡胶板密封，台车栏板上增加密封面，门型罩上焊接楔铁座，镀锌板及密封橡胶板外设置压板，用楔铁固定，楔铁焊接铰链固定在门型罩上。热风罩与台车之间密封采用金属密封，在热风罩下部安装一圈密封片，密封片的下端与斜面接触，工作时密封片在原滑道斜面上滑动，实现密封。

（3）台车下密封改造和三角梁密封

台车下侧密封采用动密封+静密封结构形式，密封板采用硅橡胶材质，动、静密封板固定均采用压板。三角梁密封板采用硅橡胶材质，胶板用螺栓固定在小栏板的角钢框上。

2.2 烟气系统

据有关文献介绍：在烧结矿温度为700 ℃，层厚1650 mm，介质初温120 ℃的条件下，余热利用最适宜取用烟气量为700～750 m3/t烧结矿，在此情况下，带入冷却机的烧结矿显热的回收率较大[2]。本项目由于烧结产能只有设计产能的65%，平均产量550 t/h，烟气温度较低，按文献推荐烟气量取值势必造成烟气量取用过大，从而造成烟气温度下降，故烟气量按推荐烟气量的50%～70%取用，即18 万～28万m3/h。

本项目由于场地限制，余热回收装置采用机上布置，即余热锅炉钢结构柱跨在环冷机两侧，余热锅炉布置在环冷机上方。取风口设置在6～7 轴之间，烟气自环冷机引出口引出后直接进入余热锅炉，余热锅炉烟气下进上出，环冷机烟气余热回收采用烟气再循环系统。机上布置的方式减少了烟气的输送距离，从而大大减少了烟气输送过程中的温降和阻力损失。烟气系统流程图详见图1。

从高温段烟罩引出DN3000 烟气管道，引出管上设置高温烟气电动蝶阀，经过阀门后，烟气直接进入余热锅炉，收集的烟气量为180000～280000 m3/h。经余热锅炉吸收热量后，排出140 ℃左右的热风，再经循环风机增压后通过DN2200 烟气管道鼓入环冷机下部混凝土风道中，冷却环冷烧结矿，从而提高环冷机高温段烟气的温度。在原有排气筒上设置烟气放散阀，当余热锅炉系统发生故障时，两处放散阀开启，烟气引出管电动蝶阀关闭，烟气直接排放至大气，环冷机按现有生产情况组织生产。

为了保证余热回收系统不影响烧结矿终点冷却温度，在循环风机进口挡板前设置烟气混风管道，上设电动风门。在烧结机利用系数较高，产能较高以及夏季气温较高时，可调节回风烟气的温度，满足烧结矿冷却至皮带输送机时温度，也可避免环冷余热锅炉发生缺水情况。

循环风机出口同时设有电动蝶阀，以防在循环风机尚未启动而环冷机冷却风机开启时风机发生反转，并可防止检修风机时，避免受环冷机热风的影响。

余热锅炉烟气总阻力在额定工况下≤800 Pa，最大工况下≤1200 Pa。设计排烟温度：140 ℃。

2.3 汽水系统

余热锅炉采用立式自然循环双压锅炉，烟气自下而上通过余热锅炉。为了增大换热面积，强化换热效果，受热面全部采用螺旋螺旋翅片管结构，材料20(GB3087)，管壁厚≥3 mm，翅片材料为08Al。

余热锅炉本体由中压过热器、集汽集箱、减温器、中压汽包、中压蒸发器I、中压蒸发器II、中压省煤器、低压汽包及除氧头、除氧蒸发器、锅炉钢架、平台扶梯、防雨棚等组成。锅炉蒸汽额定参数为2.1 MPa，260 ℃；运行参数为：1.0 MPa，260 ℃。锅炉采用模块化结构，各模块叠加后支承在框架梁上，考虑模块多次搬运强度，汽包及除氧器支承在顶部梁上。

图1 烟气系统流程图

中压汽包设计压力2.3 MPa，运行压力1.0 MPa，中压汽包筒体由Q245R 钢板卷制而成。锅筒内汽水分离元件为波形板和孔板组合分离器。低压汽包设计压力0.5 MPa，运行压力0.4 MPa，低压汽包由汽包筒体和除氧头组成，低压汽包筒体由Q245R 钢板卷制而成。除氧头除氧能力30 t/h，除氧头采用立式、喷雾淋水盘式除氧器，由喷嘴、淋水结构等内件及外壳构成的脱氧装置，除氧器出水含氧量≤15 μg/L，除氧水箱容积V=15 m3，在中压汽包内经单级分离装置分离出来小部分饱和蒸汽，引入除氧器，对凝结水进行加热、除氧。

减温器采用旋涡文丘里式（带水容室的文丘里式、多孔喷管式）喷水减温器。

3 主要设备基本参数

本环冷余热回收项目主要设备为余热锅炉，其基本参数详见表1。

表1 余热锅炉基本技术参数

4 实施效果

本项目于2019 年7 月投产运行，投产后运行稳定，通过增加环冷密封减少了环冷机漏风率，烟气温度提高到320～350 ℃。余热锅炉运行工况压力1.0 MPa，在烟气量Q=18 万m3/h，烟气温度320 ℃工况下，余热锅炉平均产汽量，中压蒸汽（1.0 MPa，260 ℃）13 t/h，低压蒸汽（0.4 MPa 饱和蒸汽）3 t/h。所产蒸汽并入余能电厂蒸汽管网。

5 结论

宁钢2#烧结环冷余热利用，通过改造环冷门型罩，增设环冷密封等措施，减少了环冷机的漏风，提高了环冷机余热回收的烟气温度，本项目采用自然循环双压余热锅炉机上布置，占地小，结构简单紧凑，能降低热损失和阻力损失， 提高余热锅炉的产汽量和出口蒸汽温度，大幅度提高烧结环冷机废气的热能利用率。