摘要:

鋼鐵企業燒結工序的能耗僅次于煉鐵工序，一般為鋼鐵企業總能耗的10％～20％。我國燒結工序的能耗與先進國家相比有較大差距，每噸燒結礦的平均能耗要高20kgce。在燒結工序總能耗中，有近50％的熱能以燒結機煙氣和冷卻機廢氣的顯熱形式排入大氣，即浪費了熱能又污染了環境。據日本某鋼鐵廠熱平衡測試數據表明，燒結機的熱收入中燒結礦顯熱占28.2%、廢氣顯熱占31.8%。可見，燒結廠余熱回收的重點為燒結廢(煙)氣余熱和燒結礦(產品)顯熱回收。燒結余熱也是目前我國低溫余熱資源應用的重點。

一、燒結余熱利用方式與現狀

燒結余熱主要利用方式有（1）在點火前對燒結料層進行預熱；（2）送到點火器，進行熱風點火；（3）實行熱風燒結，回收燒結過程的熱量和成品礦顯熱，降低燒結能耗；（4）利用余熱鍋爐回收燒結或冷卻熱廢風，所產蒸汽用于預熱燒結混合料或生活取暖等，或者進行蒸汽升值發電。

目前，我國大型燒結廠普遍采用了余熱回收利用裝置，但多數中、小燒結廠的余熱仍未得到有效利用。國內重點大中型企業，鋼鐵協會會員單位在2006年鋼鐵協會調研時，只有不到三分之一的燒結機配備了燒結余熱利用設備，大部分是蒸汽回收并入全廠動力蒸汽管網，很少利用余熱發電的。近年來，隨著低溫煙氣余熱鍋爐技術和低參數補汽式汽輪機技術的發展，使低溫煙氣余熱發電成為可。

二、燒結余熱利用與發電技術

目前我國燒結余熱利用的重點和難點在于：由于存在漏風率高導致廢氣溫度降低，又要保證進入除塵器前廢氣溫度在露點以上等原因，回收利用燒結余熱較困難。因此，如何降低漏風率以提高燒結機煙氣溫度，以及在保證燒結廢氣除塵所需溫度條件下，實現燒結機尾部高溫段廢氣顯熱回收？燒結余熱蒸汽發電核心技術的消化吸收和本土化，是燒結余熱回收的重點。如開發此技術將燒結礦余熱充分利用，則鋼鐵行業年可節約能源約900萬噸標準煤。燒結余熱發電是利用低溫余熱的一個有效途徑，但目前來說應用很少，且存在一些問題，在運行過程中，由于燒結機和環冷機工況發生變化時，余熱回收系統的工作參數也將隨之變動，輸出的蒸汽壓力、溫度、流量也將發生變化，從而影響發電機組的運行效率。所以在燒結機冷卻機廢氣顯熱回收總體方案設計與系統集成技術中，重點是開發余熱發電系統的穩定運行調控技術。帶冷機余熱回收方案見下表：

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名稱	高溫段	中溫段	低溫段
溫度/℃	450-300	300-200	200-150
回收方式	熱交換	直接利用	直接利用
用途	余熱發電	熱風燒結，熱風點火	料礦預熱，原料

從燒結機尾部風箱排出的廢氣,溫度可達300度左右,從燒結機卸下的熱燒結礦溫度一般在600—750度之間,當熱燒結礦在在冷卻機的前段用空氣冷卻時,也可產生300度以上的熱廢氣,這兩部分熱廢氣所含的熱量大約相當于每噸燒結礦0.4—0.5GJ,占整個燒結礦熱能消耗的23--28%,是燒結工藝中一項較大的余熱資源,在日本已經對這部分余熱資源通過安裝粗除塵器和余熱鍋爐發生蒸汽進行了較充分的利用, ,日本有8臺燒結機回收這部分余熱,回收熱量達每噸燒結礦105MJ,相當于3.6公斤標準煤。和歌山等廠回收的蒸汽為每噸燒結礦約20公斤。見下表：日本燒結廢氣余熱回收設備操作指標。

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廠??? 名	?	和歌山NO.5	小倉NO.3	鹿島NO.2
投產年月	?	1981.9	1981.10	1981.12
燒結礦產量	T/D	3648	4916	10013
燒結礦焦耗	KG/T	49.9	42.7	44.7
鍋爐入口廢氣溫度	?	296	328	186
鍋爐出口廢氣溫度	?	207	216	162
回收蒸汽	T/H	3.5	4.2	1.5
回收蒸汽	T/噸	21.4	18.7	3.6

日本采用鼓風環冷方式冷卻燒結礦,冷卻機料層厚度800--1600MM,環冷機出來的廢氣溫度為250--450度,各大鋼鐵公司都有燒結礦余熱利用技術:

(1)新日鐵,1979年在入幡廠建成世界上第一臺燒結礦低溫余熱透平,發電能力5700千瓦該裝置是利用鼓風環冷機的300--400度的廢氣(35萬標立米/時)獲得250度的熱水(約140噸/時),用它驅動透平發電。排出的蒸汽經汽水分離后,蒸汽(壓力0.596MPA,25.6噸/時)進入閃蒸透平的第一級,熱水經逐段閃蒸(降壓蒸發)后,順序進入透平的后三段,透平共有6級。

熱水透平的效率雖然比蒸汽透平低，但是熱水的回收率高，回此這種熱水發電方式對大量的中低溫余熱源來說，還是很有前途的。另外，該系統是用水作工質，其成本比有機工質便宜得多，為了進一步提高效率，可采用蒸汽－－熱水混合噴射透平，也可考慮與熱水供應系統結合，組成復合系統。

(2)新日鐵君津廠1981年在3號燒結機的冷卻機上,建成一套利用低沸點有機工質F--85循環的余熱發電裝置,簡稱ORCS,功率為12500千瓦,設備費25億日元,三年收回投資。

燒結礦冷卻機廢氣(69萬標立米/時,溫度345度)送入鍋爐,廢氣余熱使低沸點介質變為蒸汽,帶動蒸汽透平發電。

使用后的低沸點介質在冷凝器內冷凝后返回鍋爐循環使用。由于這種媒體的沸點比水低,蒸發潛熱小,加之其比容僅為水的五分之一,所以發電效率高,在同一條件下,其發電效率比蒸汽高10--15%,且不自燃,無毒,無腐蝕性,是理想的工質,缺點是價格較高。

(3)日本住友金屬工業公司和歌山廠,采用二道冷卻方式回收燒結礦的顯熱,該廠冷卻 機的料層厚度較薄(700)MM,所以,排氣溫度只有200度?；厥者@種低溫余熱,在技術上有一定困難,經濟合理性較差。為了提高余熱回收效率,該公司研究成功二道冷卻方式余熱回收技術,并于1979年3月在和哥山廠建成一臺這種裝置,運轉情況一直很好,取得了顯著的節能效果,并在5號燒結機上建成一臺。

冷卻機排熱回收方法中,一般采用直接交流方式,又稱為一道冷卻方式,為了提高排氣溫度,將冷卻機罩分段,使低溫段的冷卻空氣空氣通過高溫段以后再排出,日本人把這種方式稱作二道冷卻方式,二道方式雖比一道方式的設備復雜一些,但對于同同樣的傳熱容積,其氣體流速為一道方式的二倍,回收的熱量比一道方式增加40--50%,即使在在冷卻料層比較薄的情況下,也可以得到高溫廢氣,大大提高了余熱回收率及回收效果。和哥山廠采用這種技術后,回收每噸燒結礦的顯熱可以產生6.37MPA蒸汽,換算為熱量,相當于16.75*10000KJ/噸礦,也就是說,采用這種方式回收的余熱,相當于生產一噸燒結礦所消耗熱量的10%。 該廠實踐證明,二道冷卻方式對燒結礦的質量沒有什么不良影響。

而在我國才剛剛起步，寶鋼、鞍鋼等單位均安裝了冷卻機熱廢氣余熱鍋爐。梅山在燒結機尾至環冷機前段安裝了利用燒結礦輻射熱的余熱鍋爐，每小時可產生蒸汽1.1—2.1噸,鞍鋼東燒廠將熱返礦槽上的串水橫梁的冷卻水,通過串聯提高熱水溫度,用于生活。如果使用生石灰的燒結廠,也可將熱水用消化生石灰,可取得節約蒸汽并改善生石灰消化條件的雙重效果。

寶鋼燒結余熱鍋爐投運以來，年發生蒸汽31萬噸，每年還可以從廢氣中回收鐵礦粉末約1萬噸返回燒結利用。見下表：寶鋼燒結余熱回收參數。

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項目	回收率	回收總量	折合標煤	降低噸鋼綜合能耗 kgce/t-s
燒結余熱鍋爐	68.20kg/t	31.22萬噸	3.5	2.95