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烧结余热“重生记” ——中冶北方余热利用技术发展纪实

国际节能环保网  来源:中国冶金报  作者:刘相伯  日期:2017-07-10

经济的发展伴随着能源消耗的快速增长,大量化石燃料的使用给生态环境带来了一系列负面影响。尤其钢铁、有色冶金、建材等高耗能行业,在这些行业的生产过程中,不可避免地会产生大量的中低温余热烟气资源。这部分余热如果没有得到充分利用,而是被白白地排放到了环境中,在破坏大气环境的同时更造成了资源的浪费。冶金烧结工艺就是其中典型的一例,在钢铁生产中,烧结工序的能耗仅次于炼铁,占总能耗的10%~20%。研究开发新技术,充分利用现在工业过程中产生的废气、废热,提高余热资源利用效率和品质已经成为一个重要课题。

中冶北方工程技术有限作为钢铁行业铁前领域重要的设计和研发力量,一直致力于烧结节能减排工艺的改革与创新,以打造绿色烧结为己任,开发了包括烧结烟气循环技术、活性焦烟气综合治理技术、多功能高效环冷机等节能减排技术。这些新工艺、新技术都在实际的工程中得到应用,并取得了良好的效果。而这些新技术的研发,为余热利用技术的研发也奠定了坚实的基础。

满足行业需求,迈出烧结余热发电第一步

钢铁工业烧结余热回收主要有两部分:一部分是烧结机尾部废气余热,另一部分是热烧结矿在冷却机前段空冷时产生的废气余热。这两部分废气所含热量约占烧结总能耗的50%,充分利用这部分热量是提高烧结工艺的效率,显著降低烧结工序能耗的途径之一。

目前,国内烧结废气余热回收利用主要有3种方式:一是直接将废烟气经过净化后作为点火炉的助燃空气或用于预热混合料,以降低燃料消耗,这种方式较为简单,但余热利用量有限,一般不超过烟气量的10%;二是将废烟气通过余热锅炉或热管装置产生蒸汽,并入全厂蒸汽管网,替代部分燃煤锅炉;三是将余热锅炉产生的蒸汽用于驱动汽轮机组发电。

从实现能源梯级利用的高效性和经济性角度来看,最为有效的余热利用途径是余热发电,对烧结矿产生的烟气余热回收,平均每吨成品矿可发电16千瓦时~20千瓦时,折合每吨钢综合能耗可降低约8千克标准煤。目前,我国烧结余热发电机组按余热锅炉形式主要分为4种:单压余热发电技术、双压余热发电技术、闪蒸余热发电技术和带补燃余热发电技术。近年来,纯低温余热发电技术已在建材等行业得到了广泛应用,特别是随着双压、闪蒸发电技术和补汽、凝汽式汽轮机技术获得突破,大大提高了余热回收效率,为钢铁企业烧结余热发电技术的推广创造了条件。

在这种新形势下,经过一段时间的考察、研究等知识储备,中冶北方在2008年设计了第一个烧结余热发电项目,并在之后持续改进和提高余热利用技术及利用率,陆续设计、建设了各类烧结余热利用项目20余个,余热利用效果显著,其中不乏像国内装机容量最大的单台烧结余热发电站——日照钢铁(营口)公司600平方米烧结机余热发电工程这样的优势项目。就这样一步一个脚印,中冶北方逐渐在烧结余热利用领域崭露头角。

依托自主优势,形成系列完整的余热利用技术

随着多项烧结余热工程的投产和应用,中冶北方的余热利用技术日臻成熟,依托打造绿色烧结的技术优势,余热利用成为中冶北方开疆拓土的利器,在冶金节能减排市场收取得显赫战功——

多功能高效烧结环冷机成套技术与烧结余热利用技术。中冶北方自主研发的多功能高效烧结环冷机成套技术,具有国际领先水平,运用先进的密封技术,极大地降低了烧结环冷机的漏风率,有效提高了环冷机余热锅炉的取风温度,平均增加吨矿发电量2千瓦时。

全密封环冷机成套技术与烧结余热梯级利用技术。传统烧结环冷机,仅一、二段高温段封闭,后续冷却段均为敞开式布置。中冶北方利用全密封环冷机成套技术,可实现烧结环冷机上罩全密封,高温段热风可用于烧结余热发电等利用,中温段热风可用于换热器换热产生热水及低温蒸汽以供采暖等用途,较低温度段热风可以用于烧结矿料的解冻,最大程度梯级利用烧结环冷机余热资源。

烧结机及环冷机一体化余热利用技术。烧结机大烟道余热利用技术是中冶北方的传统优势,而烧结机及环冷机一体化余热利用技术,是将大烟道余热锅炉采用与环冷机余热锅炉一体化设计的方案,将大烟道余热锅炉产生的蒸汽送入环冷机余热锅炉,与环冷机余热锅炉产生的蒸汽共同进入过热器过热,从而产出稳定合格的蒸汽用于汽轮机发电。

落料点取风技术。不同于传统环冷机高参数取风,受料点取风技术是将环冷机高参数取风点前移至环冷机受料点。在取风的同时,切断受料点处的除尘风门。通过对烟道系统的优化设计,实现热风取热和受料点除尘的一体化设计。同时,对环冷机余热锅炉进口烟道做特殊的防护处理,避免增加的粉尘对锅炉过热器受热面的磨损。此技术可避免落料口除尘抢吸热风的情况,减少高品质热能流失,将烧结余热锅炉高参数段进口烟气烟温高于设计参数的时间增加10%,提高锅炉产汽量3%。

主抽风机烧结余热回收三联机系统。此系统是烧结余热能量回收与电动机联合驱动烧结主抽风机的新型能量回收机组,具体由烧结余热汽轮机、变速离合器、烧结主抽风机、同(异)步电动机组成。其将钢铁企业烧结余热回收的能量直接作用在烧结主抽风机轴系上,通过降低电机动电流而达到节能的目的,即通过系统集成提高能量回收效率,节省投资及运行成本。

取风段前移的烧结余热利用系统。在以往余热利用的项目中,当外界温度变化较大时,尤其在北方寒冷地区,在冬季运行时,由于外界温度较低,烧结环冷机余热锅炉的高参数进口烟气温度会有较明显的下降,这是因为环冷机上罩及烟道在冬季散热量远高于夏季,造成烟气温度在冬季明显低于夏季,系统运行参数波动大。在改进的系统中,中冶北方将高、中温取风段隔板前移,虽然取高温段风量相应减小,但由于取风风箱都相对靠近落料口,高温段风温都相应提高;中温段取风位置也相应前移,将原高温段最后一个风箱作为起始取风点,从而使中温段风温较之以前也有一定程度的升高,而总风量仍为原系统的风量;将高温段烟气取风管道做成内保温结构,最大程度地减少散热量,系统运行的冬夏季温差可大幅下降。

竖冷窑余热利用系统。传统的环式冷却工艺漏风率高、显热回收效果差,而竖式冷却窑具有结构简单、设备台套数较少、维护量小、密封效果好等特点。竖式冷却窑可以将烧结矿中的显热回收到70%以上,吨矿冷却风量只有传统冷却工艺所需风量的70%,节省了无效风量的设备投资及运行电耗,同时污染物排放只有传统工艺的70%。另外,竖式冷却窑余热利用技术吨矿发电量在28kWh左右,极大程度提高了发电量。

烧结余热回收利用是钢铁企业开展节能减排、降耗增效的有效措施,也是钢铁企业实现循环经济的必由之路。中冶北方将借此契机,依托自主优势,在保持烧结余热利用领域行业领先地位的前提下,不断研发新技术,稳步发展,以打造绿色烧结为己任, 为钢铁行业的节能环保事业作出更大贡献。

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