【技术】大型烧结设备余热整体利用方案

北极星节能环保网讯:摘要：根据烧结余热特点和余热品质分析,提出了将余热进行分段回收、有效利用、优化用能的技术方案,即同时采用余热发电和热风点火、热风烧结以及料矿加热等多种有效的回收形式对烧结余热加以综合利用的整体解决方法,可将大型烧结设备产生的余热最大限度地加以回收利用。

关键词:烧结余热 分区回收 有效利用 优化用能

1前言

随着冶金生产规模化的不断扩大,烧结设备也不断向大型化发展,该流程所伴有的工艺余热量也将大量产生。在带冷工艺过程中,成矿显热所带走的热量可占全部烧结机热平衡的40%左右,这部分热量在烧结矿冷却过程中大部分转变为热废气而排入大气。以300m2级的烧结机为例,温度为200～450℃的工艺冷却风量在1.26×106m3/h以上,余热排放量可达5.0×105MJ/h之多,这部分余热资源数量极大,仅采用以往单一的余热回收利用方式已远远不能适应当今烧结设备大型化生产的节能需要。因此,研究其整体利用技术并加以综合回收利用,对冶金生产的节能降耗具有重要的现实意义。

传统的烧结带冷废气余热利用,国内大都是采用余热锅炉产生蒸汽的方法来加以回收。由于蒸汽品质等各种原因,真正并网使用的不多,大部分是就地自用。而对于烧结工序来说,工艺本身蒸汽需要量并不大,因此,除冬季采暖使用以外,蒸汽的季节性饱和问题十分突出,以致造成蒸汽资源和软水的二次浪费,实际节能效果并不太好。

2烧结余热整体利用方案

对于大型烧结机数量庞大的余热资源来说,仅靠以往单一的余热回收利用方式是根本无法满足当今烧结设备大型化生产的节能需要。因此,必须根据烧结余热资源特性和工艺过程,采取多种技术方法加以整体解决,以将大型烧结设备产生的余热最大限度加以回收利用。根据已应用的项目实践和余热利用方式的现有技术水平,在此提出如下的大型烧结设备余热整体利用解决方案。具体做法是:将带冷机余热不同的温区分为高、中、低三个回收段,根据不同温区余热品质和热工特性,分别采取不同的技术手段加以分区回收,回收方案如表1,从而达到能源的有效利用和优化用能的目的。

(1)利用高温段废气换热效率较高的热工特性,通过余热锅炉产生温度375℃、压力2.06MPa的过热蒸汽,带动蒸汽轮机发电;

(2)利用中温段废气经保温和高温除尘后直接用于烧结机热风点火助燃和料层的热风烧结与保温;

(3)利用低温段品质较低的余热废气进行工艺温度要求相对较低的料矿预热和原料解冻。

2.1高温段余热发电

在高温段,因余热废气换热效率相对较高,故以动力回收形式即将热废气转换成能级较高的电能的回收方式应该为首选。通过蒸汽轮机和发电机组,可将该段余热有效地转化为电力自用或并入企业电网。作为国内首座全国产化的烧结余热发电机组(表2),济钢二烧320m2烧结机的回收装置于2006年开始实施,计划2007年上半年投入生产运行,总装机容量10MW,预计年发电量为7085万kWh。由此可将近三分之一的烧结带冷余热回收利用。

2.2中温段热风点火和热风烧结

由于带冷废气余热是沿带冷机长度方向自机头处由高向低梯级分布的,对于300℃以上高温区的热量可用换热法加以回收,而带冷机中后部的低于300℃的中低温余热再采用锅炉回收就不一定合适了。因为随着该区内废气温度的降低,锅炉的换热效率也普遍降低,要获得较好的换热效果,就必须加大换热面积,由此会使回收装置重量大幅增加,不仅增大了成本而且给设备安装也带来了很多实际困难,所以,在中温段采取非换热的直接利用方式加以回收利用更为合理。应用表明,将300℃左右的带冷废气用于热风助燃可将烧结点火温度提高100℃;而热风烧结适宜的温度也是在250℃左右〔1〕,故该段余热采用将高含氧量的热废气作为烧结点火助燃空气和热风烧结等直接利用的方式加以回收。

具体工艺是将带冷机中温段的热废气用分流集气罩抽出,经保温和高温除尘后用热风机输送到点火炉直接供点火助燃,或废气抽出后经保温直接用于点火后的热风烧结。实践证明,直接利用余热废气点火助燃是提高点火温度和改善点火质量的最为有效的方法。助燃空气温度的提高,不仅因带入部分物理热而使燃烧温度得以提高,节约了能源,还可使点火过程中空煤气混合后的点火浓度极限范围变宽,从而改善了燃烧,强化和稳定了点火过程。这对于使用高炉煤气等低热值燃气点火的烧结机显得尤为重要。同时,由于助燃空气温度的提高,提高了烧嘴的混合喷出速度,增加了火焰的出口动能,增强了烧嘴火焰的穿透能力,使高温区更加贴近或侵入点火料面,加快了垂直点火过程,提高了上层料面保温蓄热能力,而后序的热风烧结又保持和延续了前期热风点火的料层保温和蓄热条件,正是由于烧结料层的点火和保温是紧密联系的两个热工过程,所以,“热风点火”和“热风烧结”两项技术同时应用,则由于前后两热工过程的相互促进和温度叠加,其综合效果会更加显著,这对于促进铁酸钙的生成和厚料层操作是十分有利的,节能效果十分明显。济钢生产应用表明,烧结余热直接利用技术由于没有中间换热过程,是一种比传统热交换方式更高效的余热回收利用方法。统计表明,该技术的应用,年节省煤气价值即可达457.6万元,提高成品率的年效益1674.4万元,由此可取得年经济效益2000多万元的显著效果〔2〕。

2.3低温段预热料矿等

在烧结过程中,适宜的混合料水分含量为7%～8%左右,当混合料温度低于露点时(55～65℃)时,抽风烧结过程中所产生的水蒸气从气态变为液态,使烧结断面的下层混合料水分增加,含水增加所形成的过湿带使混合料料层的透气性变坏,恶化烧结过程,因而提高混合料温度至65℃以上,可以减轻烧结过程中的冷凝作用,消除过湿层,有利于烧结过程,加快垂直烧结速度,提高烧结机利用系数,从而提高烧结矿产量。另外,混合料整体温度的降低,将造成烧结过程中固体燃料的消耗增加。因而提高烧结混合料温度,既有利于烧结过程又可以降低固体燃料的消耗,大幅度降低生产成本。济钢烧结厂在2004年实施的预热混合料项目,明显提高了混合料温度,提高了烧结矿产量,优化了经济技术指标,降低了固体燃料单耗,取得了显著的经济效益。

对于中温段后部低于200℃的热废气,由于其温度低,无法采用换热法回收或用于助燃,可采用热废气代替蒸汽预热烧结料的方法回收利用。方法是将热废气引至二次混合机和机头布料前混合料矿槽,对烧结前的混合料进行预热,使其达到65℃的露点以上,以提高混合料温度,可显著减少料层过湿现象,改善透气性,为料层内热交换创造有利条件,还可节约大量的蒸汽。研究表明,料矿温度提高每10℃,烧结机利用系数可提高5%左右,烧结固体燃料消耗减少2～3kg/t〔3〕。

对于带冷机后部最后剩余的150℃左右的废气,可用作解冻库的热源对原料进行解冻,由此替代原来所用的高品质燃气,可节约大量能源,效果十分显著,年经济效益近300万元〔4〕。

3综合分析

综上所述,本文结合生产实际和现有成功技术,根据烧结余热特点和余热品质应用分析,所提出的对带冷余热进行分区回收、有效利用、优化用能的整体方案,能将70%以上的余热废气量和近80%的可用余能加以有效地回收利用,可大量节约能源消耗,提高产品质量和降低生产成本,具有较高的推广实用价值。其中的烧结余热直接利用技术由于没有中间的换热过程,可将废气热量全部直接用于工艺本身,热转化效率高,节能效果尤为显著。