2×500 m2烧结系统余热回收技术的应用

吴洪勋，于连涛

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东 济南250101）

1 前言

在钢铁生产过程中，烧结工序的能耗约占总能耗的10%，仅次于炼铁工序，位居第二。在烧结工序总能耗中，有近50%的热能以烧结烟气和冷却机废气的显热形式排入大气。由于烧结冷却机废气的温度不高，仅150～450℃，加上以前余热回收技术的局限，余热回收项目往往被忽略。现在国家大力提倡循环经济和节能减排技术，烧结的余热回收越来越受到重视［1-2］。

山钢集团日照公司年产铁水810万t，粗钢850万t，商品钢材790万t。配套建设2台500 m2烧结机，2台650 m2环冷机，年产1 120万t冷烧结矿。每台烧结机配套烟气循环系统进行烟气循环利用；每台环冷机分别设置余热回收装置，将环冷机烟囱废气中的余热通过余热锅炉产生蒸汽，用于汽轮发电机发电。

2 烧结工艺主要余热资源

山钢集团日照公司烧结工程生产过程的余热资源主要由烧结机烧结的高温废烟气余热和烧结冷却废气余热两部分组成。烧结烟气的平均温度在130～150℃，所含热量约占总热量的20%，烧结机机尾烟气温度可达300～400℃；环冷机的废气温度在100～450℃，其热量约占总热量的30%～35%。在烧结工序总能耗中，这两部分废气的余热带走了约50%的热能释放到大气中，不仅严重污染了环境，同时还造成了巨大的能源浪费［3］。为对该部分烧结余热有效地回收利用，山钢集团日照公司配套建设了烟气循环系统及烧结余热发电系统。

3 烧结余热利用

3.1 烧结主抽烟气的循环利用

山钢集团日照公司500 m2烧结生产采用的是抽风烧结技术，是自上而下进行的。根据烧结过程中料层高度和温度的变化可分为烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层和过湿层5层。随着燃烧的进行，后面的4层逐渐消失，最终只剩下烧结矿层。在此过程中随着烧结机台车的移动，燃烧层不断下移，烧结矿层的温度从1 000～1 100℃逐渐被主抽风机抽进来的冷空气冷却，主抽烟道的废气温度逐渐升高。

烟气循环烧结技术是将部分主抽尾气混入烧结机密封罩替代常温空气，这样可以对烧结料表层进行加热，同时循环引入的烧结尾气含有大量含碳可燃气体，利于降低烧结燃耗。在普通的厚料层烧结工艺中，由于料层的自动蓄热作用较强，导致下部热量过剩，上部热量不足。烟气循环烧结则通过引入主抽风机的部分热废气，提升通过烧结料层的气流温度，使料层上部的烧结温度升高，从而减少上下料层温差，同时带入的可燃气体还可以降低固体燃料消耗［4］。烟气循环减少了主抽烟气的排放量和脱硫脱硝的处理量，明显降低脱硫脱硝能耗，因此，采用烟气循环烧结技术对降低能耗具有重要意义。烧结烟气循环工艺烧结过程如图1所示。

3.2 烧结环冷机部分余热回收利用

当前我国冷却烧结矿的设备有环冷机和带冷机两种，在运行的原理上两者基本一致，区别只是环形运行和直线运行。山钢集团日照公司采用的是环冷机冷却烧结矿工艺［5-6］，烧结矿料从烧结机下到环冷机台车上。烧结矿料的温度可达到800℃，经鼓风机逐步冷却至100℃左右。环冷机排出的废气带走的热量大约为烧结矿烧成系统热耗量的35%。为了降低烧结工序的能耗，在环冷机高、中温段设烟气收集装置，将烧结废气送入余热锅炉，通过余热锅炉将烧结废气热量转化为一定温度和压力的蒸汽，通过汽轮机做功从而拖动发电机进行发电，大大提高了烧结能源利用率，经济效益十分可观。

烧结环冷机共分6段（沿环冷机的运行方向依次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ段），环冷机废烟气余热分为两部分:Ⅰ、Ⅱ段高温废烟气余热回收，用于产生蒸汽供汽轮发电机组发电；Ⅲ段低温废烟气余热用于生产高温热水。烧结余热回收系统采用烟气循环利用的方案，即环冷机Ⅰ、Ⅱ段上方设置内绝热烟罩，并分成两个相对独立的区段，每个区段均设置1座烟囱，烟囱上设置3通管道，配置电动切换蝶阀，正常工作时，切换阀均将烟气导入锅炉烟道，必要时将烟气直接排入大气。Ⅰ段的切换蝶阀将高温烟气通过烟道送入锅炉的高温烟气进口；Ⅱ段的切换蝶阀将低温烟气通过烟道送入锅炉的低温烟气进口。高低温烟气在余热锅炉内混合，混合时两路烟气的压力基本一致。锅炉出口设锅炉循环风机，正常工况时，循环风机将余热锅炉排出的烟气回送至环冷机Ⅰ、Ⅱ段风箱。环冷机回收的中高温烟气参数为:高温烟气温度390～410℃，流量46.5×104Nm3/h；中温烟气温度290～310℃，流量46.5×104Nm3/h。余热锅炉循环烟气流程见图2。

山钢集团日照公司余热发电项目采用低品位补汽凝汽式汽轮机，额定功率30 MW，最大功率33 MW，配套无刷励磁空冷式同步交流发电机。采用中压蒸汽作为烧结区域内30 MW汽轮发电机组汽轮机主汽，低压蒸汽作为汽轮发电机组补汽。进入汽轮发电机的中低压蒸汽经汽轮机做功后，蒸汽热能转换为机械能，拖动发电机发电。

图2 环冷机与锅炉循环烟气流程

4 结语

山钢集团日照公司烧结尾气回收利用工艺，主要针对烧结机主抽尾气和环冷机的余热尾气进行了回收利用。烧结主抽尾气采用了烟气循环工艺，对部分主抽尾气进行回收利用，此工艺在烧结一步工程取得成功，节能减排效果明显。烧结环冷机尾气主要采用余热发电工艺，对环冷机高温尾气引入锅炉产生蒸汽，引入汽轮发电系统的蒸汽的热能转换为机械能，带动发电机转动发电。