牟維良
廣西盛隆冶金有限公司
近年來，能源短缺和環境污染嚴重的問題受到社會各界的高度重視，節能、減排、降耗已成為一個全球性的焦點話題。我國的鋼鐵工業是能耗大戶，約占全國總能耗的15%，而燒結工序生產過程中能耗約占鋼鐵企業總能耗的10%～20%，比煉鐵工序略低。在燒結生產過程中會產生大量的余熱，由于受工藝和技術等因素的限制，目前余熱利用率不足30%，浪費嚴重，與這方面做得比較好的發達國家相比，還有一定的差距，節能潛力很大。從節省能源、降低能耗、保護環境、提高企業經濟效益和社會效益出發，盡可能多的回收和利用燒結余熱。
一、燒結余熱的特點
燒結工序中有兩種能量可以被回收再次使用，分別是燒結煙氣所蘊藏的熱能和燒結環冷廢氣所釋放的熱能。燒結煙氣的最高溫度約為150℃，它所蘊含的熱量是總熱能的24%，機尾煙氣最高溫度可達450℃（正常溫度范圍一般在260℃到450℃之間），在總熱量中占了更大的比重，這些總熱量具有以下幾種特征：
1.1溫度隨生產波動大
燒結工序中，由于燒結礦在燒結機上的燃燒狀況各有差異，燒結廢氣和冷卻中釋放的廢氣溫度不一致；燒結礦燃燒不充分時，釋放的廢氣溫度過高，燃燒激烈時，冷卻環節釋放的廢氣溫度較低，根據唐鋼北區燒結的數據可知，剩余熱量回收環節所產生的廢氣溫度可達450℃，但最低溫度卻只有150℃。由于溫度波動幅度較大，不利于燒結剩余熱量的回收再利用，同時這也是燒結余熱回收環節所要重點關注和解決的難題。
1.2熱源的連續性難以保證
燒結余熱能的主要來源途徑是物理顯熱，在煙氣回收時有持續跟進的燒結礦，燒結余熱量才會持續不斷的供給。由于影響因素較多，燒結設備偶爾會出現短暫的停歇，熱源的持續供給也難以100%得到保障，特別是近年來北方京津冀地區受環保限產影響很大，燒結機啟停頻繁，熱源的連續性更是受到更多程度的限制。
二、燒結余熱回收利用
2.1燒結余熱發電
燒結余熱發電是指燒結工藝生產過程中，燒結機尾落礦風箱及燒結環冷機密閉段產生大量的高溫廢氣，由余熱回收設備收集后，用引風機引入鍋爐并加熱鍋爐內的水產生飽和蒸汽，推動汽輪機轉動，帶動發電機發電的技術。從能源利用和經濟學角度看，采用燒結余熱發電，符合能級匹配的原則。目前國內燒結余熱發電技術比較成熟的有4種形式，分為單壓、雙壓、復合閃蒸和補燃余熱發電技術。在相同的條件下，雙壓余熱發電技術實現了煙氣熱能的梯級利用，其發電能力是最高的。其中，馬鞍山鋼鐵股份有限公司是我國最先應用燒結余熱發電的，2004年把從日本引進的燒結機余熱發電裝機進行了大量技術革新，2005年9月正式投產使用，填補了我國利用燒結余熱發電的空白。此后，許多大型鋼鐵公司也相繼開始利用燒結余熱技術發電，唐鋼北區燒結余熱發電系統曾在2011年燒結不限產時創下噸礦發電量22度的佳績。
2.2補燃余熱發電
補燃余熱發電技術是在燒結余熱發電運行過程中，針對燒結余熱發電技術存在的問題，提出燒結余熱發電系統與高溫空氣燃燒技術相結合的發電技術，是在原有燒結余熱發電技術的基礎上，將回收煙氣余熱、高效燃燒和降低有害氣體排放等技術有機結合。利用蓄熱式燃燒器在蒸汽過熱爐中燃燒來提高汽輪機進口蒸汽的壓力和溫度，通過補燃少量煤氣來提高蒸汽品質，從而提高發電效率和減少對設備的損耗。這樣即使在冬春季節也能使余熱發電系統正常運行，在滿足自用的基礎上可并入電網。
2.3其他方面的應用
2.3.1余熱鍋爐
對于小型燒結機采取余熱鍋爐方法對高溫段余熱進行回收。回收的廢煙氣首先用于燒結工藝本身，以降低工序能耗，其次作為外部供應。燒結余熱鍋爐的排煙溫度，應避開燒結煙氣的酸露點，防止對設備腐蝕，保證設備長期穩定，這種余熱利于方式普遍存在于北方很多小型鋼鐵企業中，但余熱利用效率較低。
2.3.2熱風點火和熱風燒結
環冷機中段廢氣余熱采用非換熱方式直接利用，將300℃左右的廢氣直接回收用于熱風助燃，不僅能提高100℃燒結點火溫度，還能強化和穩定點火過程，改善點火質量。熱風燒結的適宜溫度是250℃左右，故該段余熱可采用直接利用的方式加以回收，將高含氧量的熱廢氣作為熱風燒結和燒結點火助燃空氣。具體工藝是將環冷機中溫段的熱廢氣抽出，經高溫除塵和保溫后，利用高溫風機將其輸送到點火爐，直接用于點火助燃，或者是將廢氣抽出，經保溫后直接用于熱風燒結。同時，由于助燃空氣溫度的提高，使燒嘴噴出的混合燃氣速度更快，火焰穿透力更強，加快了垂直點火過程。熱風點火和熱風燒結兩熱工過程相互促進，提高了上層料面的保溫蓄熱能力，節能效果十分明顯。
2.3.3混合料預熱技術
燒結過程中，將混合料含水分調配成7%～8%，利用余熱鍋爐回收的蒸汽來提高燒結混合料溫度至65℃以上，避免由于混合料溫度過低，產生的水蒸汽容易冷凝為液態，造成燒結臺車斷面下層混合料水分不斷增加，超過混合料含水標準，導致料層透氣性下降，影響燒結過程。有資料顯示，混合料每提升10℃，燒結機利用系數可提高約5%，燃料消耗減少2kg/t。
三、國外燒結余熱回收利用
世界先進發達國家在對燒結余熱回收再利用方面已走在我國前面。上世紀70年代末，日本住友公司將燒結機冷卻器用廢熱鍋爐回收蒸汽，80年代，余熱回收利用技術在日本各個燒結廠被廣泛利用，其中以冷卻機排氣利用的利用率最高，達到26%左右。
3.1引入余熱預熱燒結點火助燃空氣
將冷卻機廢氣余熱燒結點火助燃空氣技術第一次進行實際應用的歐洲公司是位于德國境內的德國蒂森鋼鐵公司施韋爾根廠。具體的操作措施是于3號燒結機的卸礦地帶和冷卻機排氣裝置上設置三級循環冷卻器，將電除塵與出口連在一起。除塵器的功率達285000m3/h，溫度可達到200℃，粉塵濃度小于30mg/m3。冷卻機釋放的廢氣可借助通風管導入2、3、4號燒結機點火器，可以用作空氣的助燃劑。通過這種技術，一臺燒結機每燒結一噸燒結礦就可以節省約30MJ的熱能。4號燒結機的特點是不僅與點火器相銜接，而且和廢氣脫硫設備相聯通，這樣設置的優點是每燃燒一噸礦節省的熱量達20MJ。
3.2利用燒結廢氣發電
日本國內燒結廠在余熱回收利用方面取得了令其他各國無法比擬的成績。20世紀50年代，日本燒結廠在余熱回收再利用技術得以全面推廣和運用。而最先使用冷卻機廢氣釋放蒸汽從而用來產生電力的就是日本鋼管公司的扇島廠和福山廠，它是利用廢氣釋放蒸汽從而用來發電技術的鼻祖。此系統運轉的原理是在環形燒結礦冷卻的高溫階段導入溫度為100℃的空氣，導入的空氣進入冷卻器后溫度可以上升到350℃，再把350℃的空氣傳送到經過特別設置的鍋爐，就能釋放出蒸汽壓力為14kg/cm2的蒸汽，再把蒸汽轉化為電力。
四、結論
我國燒結余熱技術起步較晚，但近幾年發展比較迅速，在國家宏觀調控下，通過采用多種技術手段，在現有生產條件的基礎上，一定程度地回收利用燒結余熱的可用部分，節約了能源，減少了污染，提高了產品市場競爭力，降低了生產成本，獲得了經濟效益和社會效益。具體采用哪種燒結余熱技術，要以燒結廠自身實際情況為基礎，結合技術、經濟等因素綜合權衡，找出有利于自身發展的燒結余熱技術，確保燒結余熱回收系統的穩定運行。