防城港钢铁基地烧结环冷机余热回收系统优化设计
邓友生、吴丹伟、谭其兵
摘要：据统计，冶金行业总能耗的10%~12%来自烧结过程。 总能源消耗的近一半是排放的废热。 越来越多的公司开始注意到这一点。 烧结排出的低温烟气余热的高效回收利用。 生产烧结矿时，特别是用风环冷却器冷却烧结矿时，会排放温度约为250℃～380℃的低温烟气。 在烧结矿的热消耗中，其热能占30%。 对烧结矿冷却过程中产生的大量低温烟气进行余热回收，必然会大大提高烧结矿生产过程的能源利用率，显着降低工艺能耗，在控制排放的同时实现经济效益最大化企业的。 烟气高温多尘，尽量避免破坏大气环境。 本文从防城港钢铁基地500m2烧结环冷机余热资源特点和项目实际供汽需求出发，对比了双机环冷机余热锅炉的额定蒸发量。烟气进口单压系统和单烟气进口单压系统。 和热效率，为本项目选择了环冷机余热锅炉的最佳热力系统。 同时对余热锅炉烟风系统设计过程中的进回风方式、烟道保温形式等进行了探讨，并提出了建议。 相关建议。
关键词：烧结余热回收； 环冷器余热锅炉； 烧结余热烟风系统
烧结工序的能耗约占整个钢铁企业总能耗的9%~12%。 烧结生产过程中，约50%的热能以烧结烟气显热和冷却器废气的形式排放到大气中。 据相关统计数据，目前我国烧结工艺余热回收利用率不足30%。 此外，我国重点钢铁企业烧结工序平均能耗为64./t。 与国外先进水平相比，能耗高出7.2%。 有一个差距。 挺大。
因此，在防城港钢铁基地一期规划建设两台500m2烧结机的同时，为了节能降耗，拟对环冷机、大型烧结机等烧结工序的余热进行回收利用。烟道，采用两台烧结机大烟道余热锅炉+2台环冷器余热锅炉建设模式。 其中，环冷余热锅炉产生的蒸汽优先减压或直接用于烧结机及烧结烟气净化工程蒸汽利用设施，剩余蒸汽送厂蒸汽管网。
传统烧结余热回收项目，环冷锅炉一般采用双进双压系统，并配备补汽凝汽式汽轮发电机组。 但根据本项目的实际需要，只有环冷锅炉只需要连续产生一个参数。 过热蒸汽供应管网，此外还需考虑外部间歇蒸汽的设计。 本项目500m2环冷机为大型环冷机，采用水封方式。 因此，烟气温度和烟气量略高于一般烧结环冷却生产线。 环冷器第一、二级设计烟气温度可达550℃、450℃。 针对上述总体方案，如何合理设计环冷余热锅炉热力系统，使余热锅炉及其附属设施安全高效运行，并能适应烧结主线的波动产量和蒸汽外网负荷，是决定余热项目成功与否的重要因素。 。
1 烧结余热回收系统分析方法
如今，节能减排工作已大规模开展。 如果仍然采用基于热力学第一定律的焓分析方法来评价能源利用率，必然不能满足人们的要求。 该方法只能立足于能源数量层面给出能源使用指导，而无法体现能源的质变。 在这种情况下，火用分析法就出现了。
半个世纪以来，火用分析的发展一直是世界各地的热门话题，其原因与人们日益增长的能源短缺和节能意识有很大关系。 1956年，兰特用“”一词来描述火用参数，得到了大多数人的认可。 一年后，火用的概念正式传入我国。 夏彦儒、王守泰教授以“火用”命名，得到学术界同仁的一致认可。 现阶段，火用分析方法在各种问题的研究中的应用也很普遍。
陈力对某410t/h电站锅炉进行了火用分析，发现排气火用损失和机械不完全燃烧火用损失是电站锅炉最大的外部火用损失。 在此基础上，她开发了一种计算电站锅炉热功率的方法。 和火用分析软件。 王建宁采用两种方法（能量平衡分析和火用分析）来评估柴油机的能量使用情况，了解内燃机的热量分布，同时也掌握火用分布随负载的变化。
通过结合LUENT数值模拟软件和火用相关理论，王前充分了解了燃煤锅炉炉膛内烟气火用的分布特征。
张向辉借助火用分析方法研究了纯低温闪蒸余热发电系统。 在评价系统热经济性时，以火用回收率作为主要指标，重点对闪蒸余热发电系统的几个热工参数进行了优化设计。
诺姆·利奥尔等人。 针对一定条件下大气温度、压力和相对湿度的变化对气体燃料和气体化学火用的影响进行了深入研究。 研究结果表明，当气候较冷时，空气中的气体会分离。 它效率更高，适合在温暖的气候条件下电离水和制氢，并且在寒冷的条件下通常具有更高的效率。
等人。 进一步分析了燃烧过程中热量损失和火用损失的原因，发现粘性耗散、热传导、质量扩散和化学反应是燃烧过程中不可逆损失的主要原因，而化学反应的责任更大用于触发预热损失。 混合火焰中火用损失的“罪魁祸首”是热传导，这是扩散火焰中火用损失的主要原因。
A.DATTA分析了燃烧器内粉末燃烧的不可逆性，得出结论：通过提高入口预热空气的温度和压力，可以显着提高火用效率。
此外，许多专家学者利用火用分析方法研究各种能源问题，取得的经济效益非常好。
2 流程介绍
烧结余热回收系统主要由两部分组成，即烟气回收系统和余热锅炉系统。 其原理是环冷器排出的高温烟气混合后，利用配置的高效余热蒸发器进行换热。 会出现At/h饱和蒸汽和Bt/h低压蒸汽。 借助能量转换，降低烧结矿排出烟气的平均温度，即从350℃降至150℃，然后利用引风机将余热烟气回收将锅炉排至烟囱以将其排空。
烟气余热回收主要回收第一、二段环冷。 安装密闭罩，内部上方安装内保温罩，分为高温烟气段和低温烟气段两段。 两段均须设烟囱，烟囱上需安装三通管，并装有电动切换蝶阀。 正常工作时，切换阀将烟气引入锅炉烟道。 当余热锅炉停止时，烟气进入余热锅炉的通道关闭，利用机上的烟囱将环冷器烟气排入大气（如图1）。
3 设计方案对比与优化
3.1 锅炉热力系统
根据抗钢基地一期工程总体规划，要求环冷锅炉向厂区管网输出1.3MPa、300℃过热蒸汽，作为全厂工业蒸汽； 另外，环冷锅炉还需要考虑输出1.3MPa、350℃。 ℃的过热蒸汽作为烧结氨法脱硫工程的吹扫蒸汽。 这种蒸汽是间歇性使用的。 平均8小时吹扫一次，每次吹扫时间约40分钟。
对于常规烧结环冷机余热锅炉，为了达到能量梯级利用的目的，一般采用双压双进系统，即根据烟气的不同设置两套不同的压力环冷器第一级和第二级的温度。 受热面分别产生中压蒸汽和低压蒸汽，送至补汽凝汽式汽轮发电机做功。 这样做的目的是因为环冷器的余热烟气是中低温余热资源，烟气量较大但烟气温度较低。 为了充分回收烧结烟气的显热，有效降低排烟温度，余热锅炉热系统设计时，增加锅炉后部的换热面钢材的回收利用率，最大限度地提高烧结烟气的热回收效率。锅炉。 但本项目对低压蒸汽没有需求，有两种热力系统可供选择：①将烟气在进入锅炉前在第一、二级环冷器中混合后送入锅炉； ②仍采用双压系统，但低压段没有过热器，低压蒸发器仅作为环冷器锅炉自除氧锅筒的热源。 根据本项目烧结设计固体燃料消耗量和密封型式，确定烟气参数如下表1所示。
进入环冷器锅炉的烟气成分视为含尘空气，含尘量为2g/Nm3。 经计算分析，当余热锅炉高压段蒸发器窄点温度和省煤器接近点温度均为15℃时，单进单压设计产汽量锅炉额定产汽量85.1t/h，排烟温度152.1℃，双进单压锅炉额定产汽量87.9t/h，排烟温度145.3℃。 详细信息请参见表 2。
可以看出，对于该只产生一种参数蒸汽的项目，双进风系统在锅炉产汽量和锅炉热效率方面均优于单进风系统。 根据热力学第二定律，能量在利用过程中被消耗。 将会贬值并且其能量水平将会降低。 因此，本项目余热回收热力系统选择时应遵循两个原则：能源消耗与能源梯级利用相匹配，最大限度地减少用户和能源供应商的能源水平下降。 提前混合烟气的方法本身就降低了能量质量和火用值。 另一方面，第一级和第二级烟气混合后，烟道温度也会平均。 对于锅炉受热面来说，热交换随着温度和压力的降低，为了达到相同的热交换功率，必须增加热交换面积，导致锅炉投资增加。
对于本项目锅炉低压段热力系统，由于其设计不产生蒸汽，当烧结主线因产量波动导致烟气量增大或烟温降低时，热量会转向锅炉后受热面，低压蒸发器仅作为除氧器汽包的热源，设计时必须考虑除氧器排风门的排放能力和调节能力。
本项目还需要考虑脱烧生产和脱硫系统中硫酸铵结晶蒸汽的设计。 考虑到其间歇使用特点，为其单独设置一套过热器显然是不合理的。 因此，考虑在锅炉主蒸汽出口处设置蒸汽供应。 蒸汽旁路，减温系统与主蒸汽减温水系统独立，避免蒸汽温度调节时相互干扰。 可以精确控制两股蒸汽的蒸汽温度。 这不仅有利于烧结混合料预热的工艺调整，而且对于今后可能新建的烧结汽轮发电机组也是必要的。
3.2 烟道系统设计要点
环冷余热锅炉的热力系统选定后，需要对烟道进行专门设计。 由于500m2烧结环冷机为大型环冷机，环冷机中心直径为58m，台车宽度为3.5m。 第1、2段的进、回风方式是否合理，将直接影响进入锅炉烟气的显热能的数量和质量。
考虑含尘烟气磨损、管道积尘因素及烟气风阻的影响，以及台车罩宽度有限，考虑设计1、2段主烟道流量内径是 和 . 另外，设计时为了保证运行工况下进入锅炉的烟气量，每段烟罩选取3段烟管进行排烟。 流道的内径为。 对于烧结环冷余热锅炉的产蒸汽量，对于相同的烟气热函，烟气温度的影响因素远大于烟气量。 因此，为了尽可能实现高温排烟，原有的烧结除尘管道和热风点火不受影响。 在管道布置的前提下，各段烟点尽量靠前，选择环冷段1的烟点分别开在3#、4#（第1段烟囱口） 5#烟点正对着风箱上部。 烟罩处，2级环冷却排烟口开在3#、4#（两级烟囱）、5#风箱上部正对面的烟罩处，也设置在4#轴上， 9#轴、14#轴。 通风柜隔板清晰区分第一、二段不同口味的烟气热源。
对于锅炉回风系统，烟气再循环系统可使锅炉进口热废气温度提高50℃左右。 风机采用变频调节。 同时充分考虑风机叶轮和机壳的耐磨性，选用厚度10mm以上的碳化铬。 堆焊层为耐磨板，壳体内部衬有耐磨陶瓷； 采用4级回风方式，每段回风管道上均安装电动调节阀，保证第一段环冷系统能够获得充足的热风。 再循环可以尽可能提高实际运行过程第一阶段的烟气温度，从而产生更多的蒸汽，同时防止除氧加热蒸汽低压段被迫逸出。 回风主管还需配备烟气排至大气的系统。 当环冷器输灰装置发生故障时，锅炉排烟会及时排入大气。 为考虑布局紧凑、节省投资，本段排风烟道与排风管道相连。 环冷段烟囱排风电动阀后。锅炉1、2段烟气主管上安装重力除尘器，减少对锅炉及循环风机设备的磨损。 同时，各段主管上均安装冷风道，防止烟道过热。
环冷锅炉烟气系统详细情况如图2所示。
3.3 烟道保温方式的选择
由于本工程一、二标段设计烟温分别为450℃、350℃，峰值温度分别可达550℃、450℃，已超过常用低温烟气的极限耐受温度。合金结构钢Q345，为了解决这个问题有两种解决方案：①采用更高规格的钢材（耐温等级以上），②选择内部保温方式； 由于锅炉烟道直径较大，烟道风路较长，如果采用高规格钢材作为烟道材料，将导致投资大幅增加钢材的回收利用率，成本巨大。 因此，采用烟道内部保温的方法，在管道内侧铺设150mm厚的莫来石耐磨浇注料，并用Y型、V型锚固沟固定。 同时，硅酸铝制品用于管道外壁的保温。 考虑到烧结粉尘和烟气的酸性腐蚀以及海边潮湿多盐的特点，烟道外保温板采用304不锈钢板，以延长烟道外保温的使用寿命。 长的。 烟道隔热类型的详细信息如下图3所示。
4 其他优化方向
本项目500m2大型烧结生产线采用5级环冷机工艺。 除采用常规的一级、二级环冷废气用于余热锅炉产蒸汽或发电外，还可采用中心温度的三级环冷废气。 烟气用于热风烧结、点火和助燃等工艺。 在此基础上，烟道温度200℃～250℃的环冷4级废烟气直接余热回收价值不大，可作为溴化锂制冷的补充能源，实现小型化。规模热、电、冷联产技术； 也可利用环冷器第4级的废气热量作为有机朗肯循环的补充能源。 新建小型ORC发电机组，补充烧结余热电站输出功率，共同供给烧结生产。
5 结论
（1）针对本项目单参数蒸汽的规划要求，本着“温度匹配、按质用能”的原则，经过比较计算，选择双进单压热力系统本项目实现烧结余热回收端与利用段“量”与“质”的匹配，最大限度地回收环冷机余热。
(2)为保证给定的热系统在实际运行中能够达到预期的回收效果，采用热风循环系统，适当选择回风口和罩隔板的位置，并考虑除尘措施并结合主烧结线进行调整。 等问题，对烟道工程设计中的诸多关键点进行了针对性和优化。
（3）采用内保温加外保温的方式，解决了本项目大型烧结机生产线常用钢烟道可能出现的壁温过高和管壁磨损问题。 采用更高规格的304外保温防护板，可以提高烟道、锅炉系统保温使用寿命，减少热量损失和保温工程维护工作量。
(4)本文还提出了大型环冷机第3、4级低品位烟气显热的可行余热回收技术路线，对余热综合回收工艺具有一定的推广意义大型烧结环冷机资源。
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