張樹剛
（天津天鐵冶金集團有限公司煉鐵廠，河北涉縣 056404）
[摘 要] 對燒結余熱回收利用現狀與發展進行了分析闡述。指出將燒結余熱進行回收與利用，能夠有效降低燒結能耗，在環境保護、節能減排及降本增效方面發揮重要作用。
[關鍵詞] 燒結余熱；回收；利用；現狀；發展
0 引言
隨著我國鋼鐵產量的增加，以化石燃料為主的能源消耗結構給自然環境帶來了巨大的負擔，因此，必須將節能減排作為研究重點，從而實現可持續發展的戰略目標。天鐵燒結設備的余熱回收項目勢在必行，本文對符合天鐵實際情況的余熱回收方式進行了探討。
1 燒結余熱回收利用現狀
1.1 燒結余熱概況
燒結工序的能耗在鋼鐵企業的生產工藝流程中，僅次于煉鐵的能耗，占總能耗的 1/10 至 2/10，并且其中一半的熱能消耗在了燒結煙氣和冷卻機的廢氣上，并沒有得到回收和利用，燒結余熱的回收與利用對象主要就是這一部分熱能。天鐵燒結余熱利用可以分為以下兩種形式：一種是動力利用，完成將熱能向機械能或電的轉化；另一種是熱利用，即將余熱利用在預熱、干燥、供熱、供暖等方面。在我國現階段的燒結余熱回收利用中，主要有余熱鍋爐回收生產蒸汽、發電、熱風燒結、保溫、預熱物料等方式。天鐵燒結在這一方面僅有余熱鍋爐的經驗，在余熱回收再利用方面還有很大的發展空間。
1.2 燒結余熱特點
1.2.1 熱源品質較低
只有頭部和尾部為高溫段的燒結機在生產時，其溫度低于 320 ℃的廢氣風箱約占總數的 2/3，低溫廢氣數量龐大；而在通過燒結礦冷卻方式進行冷卻之后，從冷卻機排出的廢氣溫度越來越低，煙氣溫度甚至有了 300 ℃的溫差，從 450 ℃降低到 150℃。經過測量結果表明，溫度在 300～450 ℃的高溫廢氣僅為廢氣總量的 3/10～4/10。而 300 ℃以下的低溫廢氣在廢氣總量中所占的比例甚至達到了 60%。從整體上來說，燒結余熱屬中低品質熱源，并且低品質占有較大的比例。
1.2.2 廢氣溫度波動較大
在燒結生產過程中，由于燒結礦在燒結機中的燒成情況存在一定差異性，導致燒結廢氣和燒結礦在冷卻過程中所產生廢氣的溫度也存在差異。燒結礦的欠燒廢氣溫度較高，而在過燒時冷卻過程中所產生的廢氣溫度較低一些。在燒結過程中，通過測量發現余熱回收段的廢氣溫度最高可達到 520 ℃，廢氣的最低溫度為 280 ℃。大范圍的溫度波動，給燒結余熱回收帶來了一定困難，這也是燒結余熱回收中迫切需要解決的問題。
1.2.3 熱源的連續性難以保證
熱源的連續性在整個余熱回收的過程中占有重要比重，是余熱回收的必備條件。燒結礦的熱源產生條件是基于其所攜帶的物理顯熱，因此，只有保證燒結礦在通過煙氣回收段中具有一定的連續性，才能保證燒結余熱的熱源提供是源源不斷的。一旦煙氣回收段中的燒結礦在不斷循環中出現了停頓或者是中斷現象，那么整個余熱回收系統也會隨之受到影響。由于各種原因，燒結生產過程中出現短時間停機的現象很難避免，經常出現燒結礦，也就是熱源的中斷現象，因此熱源的連續性很難得到保證。
2 燒結余熱回收利用的發展狀況
2.1 國內燒結余熱回收利用發展狀況
我國國內許多燒結工廠在燒結冷卻廢氣余熱回收方面進行了大量工作實踐，并已取得了一定的成效。天鐵的余熱回收經驗不多，僅曾在三號燒結機（已拆除重建）中投入使用過余熱鍋爐系統。因此，天鐵需要汲取其他鋼鐵企業余熱回收的成功經驗，結合天鐵的實際情況，盡快發展自己的余熱回收系統，實現節能降耗和降本增效。
2.1.1 蒸汽
在燒結余熱的利用方面，寶鋼二期做出了重要的表率。該廠在設計、設備引進等方面，與日本相關企業進行合作。在生產過程中，共有兩套蒸汽的相關生產設備與裝置：一套用于回收冷卻機所產生的廢棄；另一套則用于回收主排氣余熱。兩套設備的同時投入對生產發展具有重要意義。寶鋼企業原本使用的 1 號燒結機與 3 號燒結機并沒有配備相應的裝置用于進行余熱回收，這種情況使寶鋼在生產經營的較長一段時間內，排放了較多的粉塵以及廢氣，繼而導致周圍環境的污染以及在能源資源方面出現不必要的耗費。在“十一五”階段，寶鋼集團在實際的生產過程中將二燒余熱鍋爐的相關參數作為了實際工作中的參照標準，同時上述的燒結機也配備了相應的用于回收余熱的裝置設備，后期的生產過程中，廢棄與余熱均得到了較為充分的利用。統計發現，利用燒結機相應裝置回收的余熱進行蒸汽生產，其最終的獲利總值高達 73.2 萬 t，產生了極為可觀的經濟效益。
熱管技術是南京化工學院開發出的一種新型的余熱回收利用技術。其工作原理具體為：首先，通過氣化相變得過程實現熱量的傳遞，促使傳熱效率發生一定程度的提升，該過程具有投資回收快，技術可靠性強的優勢。就實際生產過程來看，為了利用好帶冷余熱，武鋼一燒選擇與具有技術優勢的南京化工學院熱管技術開發中心進行合作，將熱管蒸汽發生系統安置在了武鋼一燒 4 號帶冷機上，進行低壓蒸汽的生產工作。將該系統應用于生產實際中，運行情況安全可靠，并且實現了預期設計能力，產氣量為 4～5 t/h，燒結礦的平均產氣量為 50～60kg/t，蒸汽壓力為 0.4～0.5 MPa。利用熱管技術進行燒結余熱的回收并產生蒸汽的燒結余熱回收利用技術，在馬鋼二燒、武鋼一燒、攀鋼燒結廠等企業的投運，進一步證明了該技術的可靠性。
2.1.2 發電
在我國的燒結工序中，余熱回收系統只在一小部分的燒結工序中進行設置，回收的余熱也沒有用于發電。隨著資源問題和環境問題的日益加劇，燒結余熱回收利用問題得到了日益廣泛的重視，并有針對性地進行了大量的實踐研究，已將飽和蒸汽發電機組進行了投運，但在燒結余熱回收利用進行發電的過程中，仍然存在著一些問題。
馬鋼第一煉鋼總廠于 2004 年進行了國內第一套余熱發電系統的建設工作，并于 2005 年并網發電。在 2006 年，經過統計，該系統累積發電 6100.51萬 kW·h，所產生的經濟效益為 2367 萬元，減少的CO2 和 SO2 的排放量為 8 000 t 和 300 t，在環境保護和經濟效益建設上，都取得了進步。該電站采用的是自然循環廢氣鍋爐，將熱風循環技術、閃蒸余熱發電技術以及汽輪機補汽技術進行了整合，使電站即使是在燒結機的參數數據經常調整的情況下，也能夠長期保持穩定運行的狀態。
2.1.3 熱風燒結
余熱的利用和節能的另一種表現形式就是熱風燒結。從工藝需要的角度來說，許多燒結廠將一部分燒結廢氣用于預熱混合料方面，并將廢氣作為助燃空氣供給到燒結點火器和保溫爐中。國內學者為了對熱風燒結工藝進行研究，以梅山燒結料作為熱風燒結的實驗原料，以燒結礦的冷卻廢氣作為熱源，開展了分析研究。通過實驗可知，燒結礦在冷卻廢氣的過程中所產生的物理熱，可以用燃料燃燒熱進行替代，改變燒結料的原氧位，使其提高，并將熱風溫度保持在 280～350 ℃，延長時間，從而大量形成粗使鐵酸鈣。這一工藝使燒結余熱得到了有效利用，并將燃料的使用量降低了 1/10，極具實驗價值。2.1.4 熱水20 世紀 80 年代，已經出現將熱交換管直接安裝在降塵管內，以達到余熱回收的目的。降塵管在這種情況下在履行本身“降塵”的職能外，還具備了“余熱鍋爐”的作用。這一余熱回收的方法具有投資少、簡單易行、見效快等特點，特別適用于財力、物力較差的小型燒結廠。通過進行現場測算后得到的數據表明，這一余熱回收裝置的性能指標達到了預期設計的程度，水溫在這一裝置的作用下提高了 70℃，熱水的生產量為 6.34 t/h，每年可節約的標煤質量達到 6 299 t，年經濟效益創收達到 26 萬元。天鐵燒結已拆除的三號燒結機就曾經投入余熱鍋爐，效益可觀。
2.2 國外燒結余熱回收利用發展狀況
自 20 世紀六七十年代開始，國外的一些國家就已經開展了對燒結余熱的回收與利用工作。
2.2.1 余熱預熱燒結點火助燃空氣
利用余熱預熱燒結點火助燃空氣，是德國某鋼鐵公司進行的燒結余熱回收利用研究。具體的做法是將三級循環冷卻器安置在 3 號燒結機的卸礦處，以及冷卻機的排氣罩上，再將電除塵與冷卻機的出口相連。除塵器的參數設置為：氣流量 285 000 m3 /h，平均溫度 200 ℃，粉塵濃度＜30 mg/m3 。風管將冷卻機產生的廢氣導入到 3 個燒結機點火器中，用作助燃空氣。通過這一過程，每臺燒結機的每噸燒結礦都節約了 30 MJ 的熱量。在 4 號燒結機連接點火器的同時，連接脫硫裝置，則每噸燒結礦的熱量消耗又降低了 20 MJ，該系統每噸燒結礦的回收的總熱量為 40 GJ，占 3 號燒結機輸入的總熱量的 6%。
2.2.2 蒸汽
20 世紀 70 年代末期，日本的住友金屬工業公司將完全循環的雙通道方式作為燒結機冷卻器回收裝置的設計形式。燒結礦層受到循環風機和風管的二次循環，循環氣的溫度因此被提高至 370 ℃，利用廢熱鍋爐回收蒸汽。在利用余熱進行蒸汽生產的企業中，日本的小倉廠的余熱回收量最高，燒結礦每噸的蒸汽回收量達到了 104.3 kg，壓力為0.883～1.275 MPa，溫度為 273 ℃。燒結機廢氣余熱回收情況最好的是新日鐵公司的大分二號機，燒結礦每噸的蒸汽回收量為 32.8 kg，壓力為 0.98 MPa，溫度為 213 ℃。
2.2.3 發電
日本對節能方面十分重視，其燒結廠的余熱回收利用在國際上處于領先水平。20 世紀 80 年代中期，余熱回收與利用就已經在日本的各個燒結廠中得到了廣泛普及。原日本鋼管公司的扇島廠和福山廠就是最早將冷卻機廢氣產生蒸汽用于發電的系統，這也是世界上首個將余熱回收系統投運到發電工作中的案例。該系統的工作原理是將 100 ℃的循環空氣鼓入環型燒結礦冷卻器的高溫部分，在通過冷卻器后，這部分循環空氣的溫度將會達到 350℃，之后將這些空氣送入到特制的鍋爐中，進行蒸汽的生產，蒸汽產量大約為 14 kg/cm 2 ，全部用于發電。
3 結束語
鋼鐵產業是天鐵集團的支柱性產業，同時又是極具污染性的產業，燒結余熱的回收利用將成為天鐵節能減排的重要方式，其在環境保護、資源節約方面都具有重要意義，在天鐵降本增效的工作中發揮重要作用。
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