烧结余热利用技术开发及应用

烧结余热利用技术开发及应用

宋进栋

河钢集团唐钢能源科技分公司河北唐山063000

摘要：近年来，能源短缺和环境污染严重的问题受到社会各界的高度重视，节能、减排、降耗已成为一个全球性的焦点话题。我国的钢铁工业是能耗大户，约占全国总能耗的15%，而烧结工序生产过程中能耗约占钢铁企业总能耗的10%～20%，比炼铁工序略低。在烧结生产过程中会产生大量的余热，由于受工艺和技术等因素的限制，目前余热利用率不足30%，浪费严重，与这方面做得比较好的发达国家相比，还有一定的差距，节能潜力很大。从节省能源、降低能耗、保护环境、提高企业经济效益和社会效益出发，尽可能多的回收和利用烧结余热。

关键词：烧结余热；利用；技术开发；应用

1烧结余热的特点

烧结工序中有两种能量可以被回收再次使用，分别是烧结烟气所蕴藏的热能和烧结环冷废气所释放的热能。烧结烟气的最高温度约为150℃，它所蕴含的热量是总热能的24%，机尾烟气最高温度可达450℃（正常温度范围一般在260℃到450℃之间），在总热量中占了更大的比重，这些总热量具有以下几种特征：

1.1温度随生产波动大

烧结工序中，由于烧结矿在烧结机上的燃烧状况各有差异，烧结废气和冷却中释放的废气温度不一致；烧结矿燃烧不充分时，释放的废气温度过高，燃烧激烈时，冷却环节释放的废气温度较低，根据唐钢北区烧结的数据可知，剩余热量回收环节所产生的废气温度可达450℃，但最低温度却只有150℃。由于温度波动幅度较大，不利于烧结剩余热量的回收再利用，同时这也是烧结余热回收环节所要重点关注和解决的难题。

1.2热源的连续性难以保证

烧结余热能的主要来源途径是物理显热，在烟气回收时有持续跟进的烧结矿，烧结余热量才会持续不断的供给。由于影响因素较多，烧结设备偶尔会出现短暂的停歇，热源的持续供给也难以100%得到保障，特别是近年来北方京津冀地区受环保限产影响很大，烧结机启停频繁，热源的连续性更是受到更多程度的限制。

2烧结余热回收利用

2.1烧结余热发电

烧结余热发电是指烧结工艺生产过程中，烧结机尾落矿风箱及烧结环冷机密闭段产生大量的高温废气，由余热回收设备收集后，用引风机引入锅炉并加热锅炉内的水产生饱和蒸汽，推动汽轮机转动，带动发电机发电的技术。从能源利用和经济学角度看，采用烧结余热发电，符合能级匹配的原则。目前国内烧结余热发电技术比较成熟的有4种形式，分为单压、双压、复合闪蒸和补燃余热发电技术。在相同的条件下，双压余热发电技术实现了烟气热能的梯级利用，其发电能力是最高的。其中，马鞍山钢铁股份有限公司是我国最先应用烧结余热发电的，2004年把从日本引进的烧结机余热发电装机进行了大量技术革新，2005年9月正式投产使用，填补了我国利用烧结余热发电的空白。此后，许多大型钢铁公司也相继开始利用烧结余热技术发电，唐钢北区烧结余热发电系统曾在2011年烧结不限产时创下吨矿发电量22度的佳绩。

2.2补燃余热发电

补燃余热发电技术是在烧结余热发电运行过程中，针对烧结余热发电技术存在的问题，提出烧结余热发电系统与高温空气燃烧技术相结合的发电技术，是在原有烧结余热发电技术的基础上，将回收烟气余热、高效燃烧和降低有害气体排放等技术有机结合。利用蓄热式燃烧器在蒸汽过热炉中燃烧来提高汽轮机进口蒸汽的压力和温度，通过补燃少量煤气来提高蒸汽品质，从而提高发电效率和减少对设备的损耗。这样即使在冬春季节也能使余热发电系统正常运行，在满足自用的基础上可并入电网。

2.2其他方面的应用

2.2.1余热锅炉

对于小型烧结机采取余热锅炉方法对高温段余热进行回收。回收的废烟气首先用于烧结工艺本身，以降低工序能耗，其次作为外部供应。烧结余热锅炉的排烟温度，应避开烧结烟气的酸露点，防止对设备腐蚀，保证设备长期稳定，这种余热利于方式普遍存在于北方很多小型钢铁企业中，但余热利用效率较低。

2.2.2热风点火和热风烧结

环冷机中段废气余热采用非换热方式直接利用，将300℃左右的废气直接回收用于热风助燃，不仅能提高100℃烧结点火温度，还能强化和稳定点火过程，改善点火质量。热风烧结的适宜温度是250℃左右，故该段余热可采用直接利用的方式加以回收，将高含氧量的热废气作为热风烧结和烧结点火助燃空气。具体工艺是将环冷机中温段的热废气抽出，经高温除尘和保温后，利用高温风机将其输送到点火炉，直接用于点火助燃，或者是将废气抽出，经保温后直接用于热风烧结。同时，由于助燃空气温度的提高，使烧嘴喷出的混合燃气速度更快，火焰穿透力更强，加快了垂直点火过程。热风点火和热风烧结两热工过程相互促进，提高了上层料面的保温蓄热能力，节能效果十分明显。

2.2.3混合料预热技术

烧结过程中，将混合料含水分调配成7%～8%，利用余热锅炉回收的蒸汽来提高烧结混合料温度至65℃以上，避免由于混合料温度过低，产生的水蒸汽容易冷凝为液态，造成烧结台车断面下层混合料水分不断增加，超过混合料含水标准，导致料层透气性下降，影响烧结过程。有资料显示，混合料每提升10℃，烧结机利用系数可提高约5%，燃料消耗减少2kg/t。

3国外烧结余热回收利用

世界先进发达国家在对烧结余热回收再利用方面已走在我国前面。上世纪70年代末，日本住友公司将烧结机冷却器用废热锅炉回收蒸汽，80年代，余热回收利用技术在日本各个烧结厂被广泛利用，其中以冷却机排气利用的利用率最高，达到26%左右。

3.1引入余热预热烧结点火助燃空气

将冷却机废气余热烧结点火助燃空气技术第一次进行实际应用的欧洲公司是位于德国境内的德国蒂森钢铁公司施韦尔根厂。具体的操作措施是于3号烧结机的卸矿地带和冷却机排气装置上设置三级循环冷却器，将电除尘与出口连在一起。除尘器的功率达285000m3/h，温度可达到200℃，粉尘浓度小于30mg/m3。冷却机释放的废气可借助通风管导入2、3、4号烧结机点火器，可以用作空气的助燃剂。通过这种技术，一台烧结机每烧结一吨烧结矿就可以节省约30MJ的热能。4号烧结机的特点是不仅与点火器相衔接，而且和废气脱硫设备相联通，这样设置的优点是每燃烧一吨矿节省的热量达20MJ。

3.2利用烧结废气发电

日本国内烧结厂在余热回收利用方面取得了令其他各国无法比拟的成绩。20世纪50年代，日本烧结厂在余热回收再利用技术得以全面推广和运用。而最先使用冷却机废气释放蒸汽从而用来产生电力的就是日本钢管公司的扇岛厂和福山厂，它是利用废气释放蒸汽从而用来发电技术的鼻祖。此系统运转的原理是在环形烧结矿冷却的高温阶段导入温度为100℃的空气，导入的空气进入冷却器后温度可以上升到350℃，再把350℃的空气传送到经过特别设置的锅炉，就能释放出蒸汽压力为14kg/cm2的蒸汽，再把蒸汽转化为电力。

4结论

我国烧结余热技术起步较晚，但近几年发展比较迅速，在国家宏观调控下，通过采用多种技术手段，在现有生产条件的基础上，一定程度地回收利用烧结余热的可用部分，节约了能源，减少了污染，提高了产品市场竞争力，降低了生产成本，获得了经济效益和社会效益。具体采用哪种烧结余热技术，要以烧结厂自身实际情况为基础，结合技术、经济等因素综合权衡，找出有利于自身发展的烧结余热技术，确保烧结余热回收系统的稳定运行。

参考文献：

[1]孙用军，董辉，冯军胜，张琦，王爱华，李磊.烧结-冷却-余热回收系统热力学分析[J].钢铁研究学报.2015（01）

[2]杨肇博，刘冠男，单中闯，刘鸿雁.高炉煤气补燃装置在烧结余热发电中的应用[J].矿业工程.2014（01）