李 樂(lè)

（天津華能熱力設(shè)備集團(tuán)有限公司  天津 薊州區(qū)301901）

摘要：鋼鐵冶金企業(yè)是國(guó)家支柱產(chǎn)業(yè)，在現(xiàn)代化建設(shè)中起著重要作用，同時(shí)這些企業(yè)也是耗能大戶，能耗占產(chǎn)品成本比例較大，因此企業(yè)的節(jié)能降耗顯得尤其重要。本文深入探討了燒結(jié)機(jī)廢氣余熱回收的解決方案，重點(diǎn)介紹了環(huán)冷機(jī)雙壓余熱鍋爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)該技術(shù)的實(shí)踐與長(zhǎng)期應(yīng)用效果跟蹤，驗(yàn)證了其在燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱回收方面的顯著成效，展現(xiàn)了余熱利用的廣闊應(yīng)用前景，為鋼鐵行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型與能效優(yōu)化提供了新思路。

關(guān)鍵詞：環(huán)冷機(jī)余熱利用；雙壓余熱鍋爐；一體化熱力除氧器（低壓鍋筒）；氣爆式吹灰系統(tǒng)

0  引言

環(huán)冷機(jī)工藝裝置特點(diǎn)和環(huán)冷機(jī)各段排氣溫度，可以供余熱鍋爐利用的廢氣為環(huán)冷機(jī)第一、第二冷卻段的高溫廢氣熱量。煙風(fēng)循環(huán)的設(shè)計(jì)流程為：自環(huán)冷機(jī)來(lái)的第一、二段廢氣分別進(jìn)入余熱鍋爐：其中，第一冷卻段的高溫廢氣經(jīng)過(guò)除塵器除塵后從余熱鍋爐的頂部進(jìn)入，第二冷卻段的廢氣直接進(jìn)入余熱鍋爐，廢氣最后由鍋爐引風(fēng)機(jī)引出并送回環(huán)冷機(jī)循環(huán)使用。余熱鍋爐是回收燒結(jié)環(huán)冷機(jī)的余熱，環(huán)冷機(jī)冷卻面積為415m²，環(huán)冷機(jī)配置4臺(tái)相同的風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)工況、常溫下的設(shè)計(jì)風(fēng)量為34萬(wàn)Nm³/h，上述各鼓風(fēng)機(jī)的送風(fēng)經(jīng)環(huán)冷機(jī)各段后，和高溫?zé)Y(jié)礦料換熱后，在余熱鍋爐建設(shè)前分別向大氣排放150～400℃左右的“廢氣”，其中還含有一定數(shù)量的礦物粉塵。第一冷卻段廢氣溫度約380 ~ 430℃、第二冷卻段廢氣溫度約300～330℃，余熱鍋爐產(chǎn)生的中壓蒸汽1.6MPa（表壓），過(guò)熱蒸汽溫度350±10℃與外部蒸汽管網(wǎng)并網(wǎng)。系統(tǒng)自帶一體化熱力除氧器，所用蒸汽利用尾部低溫?zé)煔鉄崃孔援a(chǎn)解決。

1  技術(shù)難點(diǎn)的解決

1.1工藝設(shè)計(jì)中的技術(shù)難點(diǎn)：

（1）粉塵細(xì)、密度小，需要解決各部位受熱面外表面的積灰問(wèn)題；

（2）高、低溫雙煙道，需要解決兩煙道熱量平衡及煙氣扁流問(wèn)題；

（3）鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)在正壓下運(yùn)行，需要解決設(shè)備密封等問(wèn)題；

（4）煙氣循環(huán)利用，回風(fēng)送至環(huán)冷機(jī)底部風(fēng)箱，需要解決各風(fēng)箱風(fēng)量及風(fēng)壓平衡等問(wèn)題；

（5）鍋爐排煙溫度較低，需要解決低溫硫腐蝕問(wèn)題。

1.2綜合利用多方技術(shù)解決上述技術(shù)難點(diǎn)：

（1）控制設(shè)備內(nèi)煙風(fēng)流動(dòng)速度在7 ~ 9m/s，提高鍋爐內(nèi)部自吹灰能力，將大部分粉塵靠風(fēng)速帶走，減少受熱面外表面積灰問(wèn)題，同時(shí)在煙氣進(jìn)口側(cè)增設(shè)防沖刷護(hù)板或防磨假管，減少對(duì)受熱面的沖刷損壞；

（2）鍋爐在第一段高溫區(qū)布置蒸汽過(guò)熱器，目的一是降低煙氣溫度以便更好的與第二段中溫?zé)煔饣旌希悄艿玫捷^高品質(zhì)的過(guò)熱蒸汽，保證后續(xù)生產(chǎn)需求，因環(huán)冷機(jī)出口一、二段出口煙氣的走向不同，管道阻力存在差異，為了平衡兩段的壓力差，在二段余熱鍋爐入口增加調(diào)節(jié)擋板門(mén)，作為煙氣入口壓力平衡控制；

（3）鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)在正壓下運(yùn)行，不僅要加強(qiáng)設(shè)備煙箱封板，同時(shí)還要考慮換熱管兩端與管板之間的連接，利用套管分別與管板和換熱管焊接，形成密閉煙氣通道，避免煙氣在正壓作用下串漏到不受熱的彎管和集箱側(cè)，遇冷結(jié)露出現(xiàn)腐蝕的情況；

（4）余熱鍋爐出口的低溫?zé)煔馑突貭t底風(fēng)箱，各風(fēng)箱之間增加閥門(mén)，用于調(diào)節(jié)風(fēng)壓平衡；

（5）鍋爐排煙溫度140度左右，易出現(xiàn)硫腐蝕現(xiàn)象，鍋爐尾部的水加熱器材質(zhì)不低于ND鋼（09CrCuSb），管子壁厚不小于4.0mm，凝結(jié)水在進(jìn)入水加熱器前還須經(jīng)過(guò)海綿除氧器除氧，以延長(zhǎng)鍋爐使用壽命。

2  燒結(jié)環(huán)冷機(jī)煙氣余熱利用工藝流程

來(lái)自燒結(jié)環(huán)冷機(jī)的煙氣，第一段進(jìn)入余熱鍋爐的溫度為430℃，第二段進(jìn)入余熱鍋爐的溫度為330℃，煙氣從余熱鍋爐器上部進(jìn)，先后經(jīng)過(guò)熱器、中壓蒸發(fā)器、省煤器、低壓蒸發(fā)器將溫度降到140℃左右，進(jìn)入循環(huán)風(fēng)機(jī)，經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)鼓入環(huán)冷機(jī)風(fēng)管，實(shí)現(xiàn)煙氣循環(huán)利用。

2.1  煙風(fēng)工藝流程（如下圖所示）

2.2汽水系統(tǒng)流程（如下圖所示）

1）中壓流程

158℃除氧水由高壓水泵補(bǔ)入省煤器，加熱到190℃左右進(jìn)入中壓鍋筒，然后通過(guò)下降管進(jìn)入中壓蒸發(fā)器，吸收煙氣中的熱量后形成汽水混合物通過(guò)上升管進(jìn)入中壓鍋筒；在鍋筒內(nèi)蒸汽與水分離產(chǎn)生1.6MPa飽和蒸汽，經(jīng)蒸汽過(guò)熱器加熱到350±10℃外輸，過(guò)熱蒸汽出口管道設(shè)置1套噴水減溫器調(diào)節(jié)外送蒸汽溫度。

2）低壓流程

40℃凝結(jié)水經(jīng)海綿鐵除氧器后，經(jīng)凝結(jié)水泵送至水加熱器加熱到110℃左右后進(jìn)入一體化除氧器，即低壓鍋筒，然后通過(guò)下降管進(jìn)入低壓蒸發(fā)器，吸收煙氣中的熱量后形成汽水混合物通過(guò)上升管進(jìn)入低壓鍋筒；在鍋筒內(nèi)產(chǎn)生0.5MPa飽和水供給省煤器。

3  余熱鍋爐參數(shù)（設(shè)計(jì)工況）

4  燒結(jié)環(huán)冷機(jī)煙氣特點(diǎn)

燒結(jié)環(huán)冷機(jī)大量的細(xì)小顆粒物來(lái)自于燒結(jié)機(jī)在燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的，煙氣溫度最高可達(dá)430℃左右，現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)多采用余熱鍋爐，回收利用煙氣中的熱能，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，并且通過(guò)對(duì)環(huán)冷機(jī)頂部煙氣罩進(jìn)行水密封技術(shù)改造，可以減少煙氣的泄漏和對(duì)周?chē)h(huán)境的污染，同時(shí)提高能源利用效率，‌還減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。

5  余熱鍋爐的技術(shù)介紹

為滿足進(jìn)口煙道的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，第一段煙道設(shè)計(jì)溫度取值500℃，二段煙道的設(shè)計(jì)溫度取值400℃；循環(huán)風(fēng)道的設(shè)計(jì)溫度取值400℃。煙道管內(nèi)流速＜18m/s計(jì)算，且在鍋爐進(jìn)口之前煙道彎頭采用耐磨彎頭。一、二段煙道在鍋爐的入口處設(shè)置柔性補(bǔ)償器，煙風(fēng)管道中間設(shè)置補(bǔ)償器。

該系統(tǒng)由過(guò)熱器、蒸發(fā)器、省煤器、除氧蒸發(fā)器、水加熱器、中壓汽包、一體化除氧器（低壓汽包）、上升管、下降管、外連管路和控制儀表等組成。

5.1  余熱鍋爐結(jié)構(gòu)及工作原理：

5.1.1蒸汽過(guò)熱器

蒸汽過(guò)熱器采用U形翅片管結(jié)構(gòu)，換熱管叉排布置，進(jìn)出口集箱布置在一側(cè)，方便連接蒸汽管道。換熱管材質(zhì)20，執(zhí)行GB/T3087《低中壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)，翅片材質(zhì)08AL，執(zhí)行GB/T13237《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼冷軋薄鋼板和鋼帶》標(biāo)準(zhǔn)，鍋爐受熱面用螺旋翅片管的制作執(zhí)行NB/T47030《鍋爐用高頻電阻焊螺旋翅片管技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)。

5.1.2蒸發(fā)器

蒸發(fā)器采用U形翅片管結(jié)構(gòu)，換熱管叉排布置，進(jìn)出口集箱布置在一側(cè)，方便連接上升、下降管道。換熱管材質(zhì)20，執(zhí)行GB/T3087《低中壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)，翅片材質(zhì)08AL，執(zhí)行GB/T13237《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼冷軋薄鋼板和鋼帶》標(biāo)準(zhǔn)，鍋爐受熱面用螺旋翅片管的制作執(zhí)行NB/T47030《鍋爐用高頻電阻焊螺旋翅片管技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)。

5.1.3省煤器

省煤器采用蛇形翅片管結(jié)構(gòu)，換熱管叉排布置，進(jìn)出口集箱布置在雙側(cè)，方便連接進(jìn)出水管道。換熱管材質(zhì)20，執(zhí)行GB/T3087《低中壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)，翅片材質(zhì)08AL，執(zhí)行GB/T13237《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼冷軋薄鋼板和鋼帶》標(biāo)準(zhǔn)，鍋爐受熱面用螺旋翅片管的制作執(zhí)行NB/T47030《鍋爐用高頻電阻焊螺旋翅片管技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)。

5.1.4水加熱器

水加熱器采用蛇形翅片管結(jié)構(gòu)，換熱管叉排布置，進(jìn)出口集箱布置在雙側(cè)，方便連接進(jìn)出水管道。換熱管材質(zhì)20，執(zhí)行GB/T3087《低中壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)，翅片材質(zhì)08AL，執(zhí)行GB/T13237《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼冷軋薄鋼板和鋼帶》標(biāo)準(zhǔn)，鍋爐受熱面用螺旋翅片管的制作執(zhí)行NB/T47030《鍋爐用高頻電阻焊螺旋翅片管技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)。

5.2   產(chǎn)品特點(diǎn)

（1）設(shè)計(jì)正壓工作的余熱鍋爐時(shí)須額外考慮煙氣通道的密封問(wèn)題，防止煙氣串漏至兩側(cè)彎管和集箱處遇冷后出現(xiàn)硫腐蝕現(xiàn)象；

（2）熱效率高，采用立式布置，占地面積小；

（3）每組受熱面預(yù)留檢修空間，便于后期的鍋爐維護(hù)保養(yǎng)；

（4）在煙氣進(jìn)口的換熱管上部加裝兩層防麿假管，減緩粉塵對(duì)換熱管的沖刷損壞；

6、余熱鍋爐的整體布置及形式（如下圖所示）

余熱鍋爐露天立式布置在415m²燒結(jié)環(huán)冷機(jī)的旁邊。循環(huán)風(fēng)機(jī)和水箱就近布置。余熱鍋爐底層設(shè)高壓給水泵、凝結(jié)水泵、加藥裝置、取樣裝置等設(shè)備。余熱鍋爐上部設(shè)中壓鍋筒、一體化除氧器（低壓鍋筒）和蒸汽集汽集箱等，鍋爐頂部布置有雨棚，用于鍋爐頂部防雨，鍋爐設(shè)置必要的檢查孔及相應(yīng)平臺(tái)扶梯（滿足檢修要求）

煙氣上進(jìn)下側(cè)出，從高溫?zé)煔膺M(jìn)口依次布置過(guò)熱器、蒸發(fā)器、省煤器、除氧蒸發(fā)器和水加熱器，鍋爐底部設(shè)置灰斗及下引式倉(cāng)泵除灰系統(tǒng)，將收集的粉塵送至除塵系統(tǒng)統(tǒng)一處理。

循環(huán)風(fēng)機(jī)將由環(huán)冷機(jī)中抽出熱煙氣經(jīng)余熱鍋爐降溫后鼓入環(huán)冷機(jī)底部風(fēng)箱，提高熱能利用效率，減少粉塵排放。

7  氣爆式吹灰系統(tǒng)

余熱鍋爐吹灰系統(tǒng)單套共設(shè)計(jì)22個(gè)吹灰點(diǎn)，隨設(shè)備本體布置4層，在每層受熱面出入口設(shè)計(jì)2-3個(gè)吹灰點(diǎn)，共計(jì)22臺(tái)。使用壓空或氮?dú)鉃闅庠矗瑲庠磯毫?.8-1.0Mpa。

8  結(jié)論

(1) 本項(xiàng)目于2022年3月建成至今，將燒結(jié)環(huán)冷機(jī)生產(chǎn)線產(chǎn)生的煙氣位余熱實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”，投產(chǎn)后每年工作約330天，年節(jié)約折標(biāo)準(zhǔn)煤約49896噸，年減少折CO₂排放量約132723噸。

(2) 依靠技術(shù)進(jìn)一步降低能源消耗、減少環(huán)境污染是推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的必然要求。鋼鐵行業(yè)建設(shè)余熱鍋爐，能充分利用燒結(jié)環(huán)冷機(jī)煙氣余熱，符合我國(guó)資源綜合利用和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的能源政策，是一項(xiàng)能源綜合利用工程。