劉文武1 姜 輝2 金 勝3 高 榮4 李寶東1 杜 蒙1
(1.中鋼集團鞍山熱能研究院有限公司；2.中唯煉焦技術國家工程研究中心有限責任公司； 3.華泰永創 (北京) 科技股份有限公司；4.鞍山開炭熱能新材料有限公司)
摘 要 以燒結余熱回收環節為研究對象，總結一套適合國內燒結工序 (包括燒結機、 冷卻機) 的余熱回收工藝。通過某鋼廠 200m2 燒結機余熱發電工程中采用余熱回收技術， 對應用效果進行檢驗。實踐證明燒結機主抽煙道中熱管換熱器、 環冷機熱風回熱雙壓鍋爐能夠在不影響燒結工藝的前提下，將燒結余熱充分地回收。其具有很高的推廣價值，但其本身的結構型式還有不完善之處， 需要不斷地改進。
關鍵詞 燒結余熱回收技術；翅片管；熱管
燒結機主抽煙道余熱采用熱管換熱器進行回收， 煙氣溫度足夠高，同時換熱設備大小受到場地限制，最終確定熱管換熱器產生中壓蒸汽。
根據余熱資源梯級利用和熱量損失最小原理，環冷機采用回熱方式將鍋爐尾部排放的熱廢氣通過回熱循環風機返回燒結冷卻機風箱，提高冷卻風溫，從而將冷卻機第一段風罩出口廢氣提高到 420℃ ，第二段風罩出口廢氣提高到 310℃ 。進一步提高余熱鍋爐蒸汽品質和產量，利于發電。
1 某鋼廠 200m2 燒結機、 環冷機概況
1.1 200m2燒結機大煙道
1 號大煙道風機工況流量 810000m3/ h(150℃ )，壓力為 － 17000Pa， 高溫段流量約占 總流量的1 / 3，高溫段溫度 400 ± 30℃ ?
2 號大煙道風機工況流量 450000m3/ h(150℃ )，壓力為 － 17000Pa，高溫段流量約總流量的 1 / 3，高溫段溫度 350 ± 30℃ ?
1.2 200m2燒結環冷機
環冷機規格為 1 × 280m2 ，燒結礦處理能力470t/ h，給料溫度 700 ~ 800℃ ，排料溫度< 120℃ 。
配套鼓風機4臺，流量為396000m3 / h (單臺風機；常溫)，全壓 3900Pa， 其中環冷 1號排氣煙囪，流量 300000m3 / h，溫度350 ± 30℃ ；環冷2號排氣煙囪流量 3000000m3 / h，溫度 250 ± 30℃ 。
2 工作原理
2.1 熱管換熱器
主煙道余熱回收采用熱管式余熱鍋爐，基本工作原理同翅片管式余熱鍋爐，利用超導技術，將換熱面吸收的熱量傳導到風箱外部的換熱水套，對鍋水進行蒸發。減少換熱面一旦漏水會影響主抽管道。
2.2 雙壓鍋爐
燒結冷卻段余熱鍋爐采用翅片管式雙壓余熱鍋爐，錯排管束直接對鍋水換熱，提高換熱效率。 當鍋爐進入工作狀態時，煙氣水平流向鍋爐頂部的入口轉角煙道，依次流經本體各受熱面，經換熱后的煙氣從鍋爐底部排出。
鍋爐的汽水系統由前述各受熱面管箱、 高壓鍋筒、 低壓鍋筒和過熱器集汽集箱所組成。鍋爐的給水 (凝結水) 經各自的給水操縱臺進入省煤器加熱后，接近飽和溫度的水進入鍋筒。鍋筒內的水經下降管進入蒸發器，在蒸發器內受熱后成為汽水混合物又回到鍋筒 (分離器)。在鍋筒(分離器) 內進行汽水分離，分離下來的水回到鍋筒的水空間，飽和蒸汽則通過飽和蒸汽引出管被送到過熱器，飽和蒸汽在過熱器內被加熱成過熱蒸汽，然后經環冷罩膜式壁加熱，達到規定的蒸汽溫度后，經主汽管送入汽輪機。
2.3 雙壓鍋爐結構形式
鍋爐為雙壓自然循環無補燃型余熱鍋爐，與燒結環冷機相匹配。鍋爐采用多排柱布置形式，鍋筒和受熱面并列布置，即分為主跨和副跨。
主跨———鍋筒及主要輔機部分采用獨立的結構，多層布置，自上而下依次布置中壓鍋筒、 低壓鍋筒及爐水加藥裝置及汽水取樣裝置等。
鍋爐為塔式布置，全支撐管箱結構。它由入 口煙道、 鍋爐本體受熱面管箱、 出口煙道、 鋼架、 平臺扶梯、 高壓鍋筒和低壓鍋筒等組成。其中鍋爐本體受熱面管箱又分為高壓過熱器管箱、 高壓蒸發器管箱、 高壓省煤器管箱、 低壓過熱器管箱、 低壓蒸發器管箱和凝結水加熱器管箱。
主跨主支撐面下方放置循環風機及風機吊架。
副跨———受熱面部分采用管箱式結構，自上 而下布置。
3 工程應用結果及分析
200m2 燒結機余熱回收工程于 2010 年 11月 投入運行? 經過幾個月的緊張調試， 煙道熱管換熱器和環冷機雙壓鍋爐運行穩定，測得大量煙氣及汽水數據參數見表1。
3.1 煙道熱管換熱器
大、 小煙道熱管換熱器都是串聯在主抽煙道中，無法通過儀表準確測量煙氣流量， 只能通過主抽風機風量和熱管換熱器前配置的吸風管道數量來粗略估算。通過實際溫度采樣數據可知，大、 小煙道的入口溫度高時均可達到 360 ~ 400℃ ，排煙溫度則都降到 200℃ 左右，計算熱管換熱器的回收效率已經接近50％，完全達到或超過了設計要求。該煙道熱管換熱器在不影響燒結機正常運轉、 不額外增加能源消耗的情況下實現了高產、 穩產。
3.2 環冷機雙壓鍋爐
200m2 燒結機環冷機雙壓鍋爐經過幾個月的運行效果良好。 循環風機采用液力耦合器調速，鍋爐高、 低溫煙氣入口分別設有調節閥。這樣既可以調節總的熱風流量，也可以分別調節高、 低溫煙氣流量。 環冷機高低溫煙罩內部保持微負壓，既保證余熱充分回收，又不至于大量吸入冷風。鍋爐下部設置了除氧預熱器，可以控制鍋爐排煙溫度始終在 150℃ 以下，鍋爐的余熱回收率可以穩定在60％ 。
3.3 經濟效益分析
(1) 項目工程經濟分析和評價的基礎數據 與參數選擇:
200m2 燒結余熱發電工程總投資 4800 萬元；
余熱循環風機用電功率 2600KW 取代環冷機 1、 2 號鼓風機用電功率 680KW；
設計 9000KW 的電站，按每小時輸出功率7000KW 計算 (扣除自身用電損失)；
年發電 7500h，電價0.55元/ KWh；
鍋爐及電站年運行管理費，按計劃 24 人， 每人每年4萬元計，共 108 萬元；
工業凈循環水按 2元/ t，每年需補充新水52500t，合計費用 12萬元；
除鹽水按15 元/ t 計算， 每小時需補充10m3，每年需產生費用 112萬元。
(2) 項目工程年收益及投資回收期 年收益 ＝ (7000 － 2600 ＋680 × 2) × 7500× 0.55－ 1080000 － 126000 － 1125000 ＝ 2143 (萬元) 初期投資回收期: 投資回收期 2 年 3個月。
4 改進措施
(1) 提高燒結系統生產的穩定性和設備運行的可靠性，降低工藝參數波動及非正常停機對煙氣品質的影響，保證燒結礦熱源的穩定性。
(2) 在保證燒結礦質量的前提下，適當降低燒結終點溫度，提高燒結環冷低溫煙氣溫度，使余熱發電量有所增加。
(3) 摸索余熱回收系統最佳運行方式，通過上移環冷機拉筋，增加環冷機的料層厚度， 同時對環冷機的速比進行對比分析， 目前基本控制在 1.65—1.75之間。 為了能夠將環冷機內的熱量充分帶出， 將環冷機的1號回風管風門基本全開。 同時，根據煙溫來確定環冷 2號煙罩煙氣的配比。余熱鍋爐的操作要領: 在鍋爐啟動階段，其升溫曲線靠逐步開啟鍋爐進口擋板和風機風門來保證； 鍋爐的甩爐操作靠關閉鍋爐進口擋板和風機風門來實現； 正常生產時靠引風機風門開度的大小來調節煙氣流量以平衡煙氣溫度。 燒結余熱發電系統受燒結機工況影響較大，在煙溫不高的情況下，需調節煙氣流量來確保煙氣溫度以滿足發電需要 (煙氣溫度較低時關小風門降低鍋爐負荷，避免甩爐； 煙氣溫度較高時全開風門提高發電量)。
(4) 改進煙氣回收輸送系統，采用隔絕除塵器，對兩臺燒結機 1 號環冷風機上部煙帽進行全密封焊接，以減少熱量損失。增加隔板，減少低溫煙氣進入余熱發電系統，調整鼓風冷卻機風門開度等措施，使發電量提高約 5萬 KWh /d。
(5) 改善煙氣系統的保溫性。 對煙罩、 風管、 鍋爐、 蒸汽管路等加強保溫措施。
(6) 采取措施減少燒結機、 環冷機上的漏風。對燒結機進行了漏風率測定。并在生產中加大對漏風部位的點檢力度； 在燒結機定修前對漏風檢修項目進行匯總。以確保各漏風部位的檢修到位。發現環冷機密封板異常時立即更換。采取上述措施后。燒結機、 環冷機的漏風現象大為改善。
(7) 強化設備維護，對設備存在的問題及時整改，使設備性能不斷完善， 減少了非計劃檢修時間，提升設備作業率。
(8) 進一步改善環冷機臺車的密封，降低漏風率，采用以彈簧鋼為材料的薄板密封裝置，代替橡膠為材料的密封裝置，克服高溫老化對密封性能的影響。