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烧结炉余热利用技术在EPC项目中大有作为

日期: 2017-11-22
来源:
作者: 李 锐 霍飞龙 尹 梁 徐赛东 李万江 林海滨;
浏览次数: 115

概述:本文通过武钢三号1×360m2烧结环冷机烟气余热回收利用在EPC模式下的研究探讨,对实际工艺流程的优化、相关设备的密封改造,以及竣工后运行操做过程中节能效果的测试验证等方面的详细阐述。


一、用心挖掘节能减排潜力

    冶金行业专家们悉知,据统计:炼铁工序的能耗约占钢铁生产总能耗的55-60%之多,其中烧结工序的能耗约占钢铁生产总能耗的10%-12%左右,是仅次于炼铁工序的第二大高能耗单位。在烧结工序总能耗中,烧结机烟气和环冷机排放的烟气又占约近50%的热能。据统计我国烧结工序的废气余热回收利用率尚不到30%,约一半以上的烧结炉尚未采取回收利用措施。而德国和日本的有效回收利用率确高居98%左右。烧结工序的能耗现状与国际先进水平,尚存存在较大的距离,每吨烧结矿的平均能耗要多出近20 kg标煤。因此节能潜力也颇大。全球人均钢铁占有量约为190kg/P;而我国人均钢铁占有量约在690kg/P,是世界人均占有量的3.6倍。我国钢铁总产能高居全球之首,多达八、九亿吨,能耗量之巨大,必定是全国节能减排的重点行业莫属。我们节能减排者一定要在这一领域有所作为。

    冶金中烧结炉余热利用技术是一项传统的成熟技术,并非全新的技术工艺。烧结工艺余热回收主要分为两大部分,其一、是烧结矿的显热占烧结过程总带入热量的44.5%,环冷机烟气温度在100~420℃之间变化,高温段的烟气温度可达350~420 ℃;其二、是烧结机烟气显热占烧结过程总带入热量的约23.6%,随着物理及化学反应的不断间断进行,烧结末端烟气温度明显上升,机尾风箱高温段排出的废气温度达300~380 ℃之高。以前这些显热由于认知或技术,还有能源价格的原因未加以利用直接排放。不仅热能白白浪费,还对环境造成很大负面影响。

通过烧结炉烟气低温余热锅炉回收烟气的低品位余热能源产生过热蒸汽,并入工厂蒸汽管网,供给全厂的蒸汽用户计量计价使用。还有少量的低压饱和蒸汽满足厂内生产生活需要。

二、缜密研判寻求适用技术设备

    余热利用的关键工艺流程,即是将环冷机收集罩进行密封和保温改造。密封改造还可分为不同方式,如磁性密封、液体密封以及其他方式密封。根据矿料冷却温度不同,分为一段、二段收集罩;同时对环冷机原有烟囱密封处理,只保留一、二段每段各一个烟囱,既可以对空放散,又可以取用烟气通入余热锅炉。再经循环风机将利用过的低温烟气鼓回环冷机下风箱,从而组成一个烟气密闭循环的系统,提升烧结炉燃烧温度,并可同时替代原有环冷鼓风机,降低环冷机电能消耗量。


《烧结炉余热利用技术在EPC项目中大有作为》

1-余热锅炉;2-循环风机;3-一段取风阀;4-二段取风阀;5-一段放空阀;6-二段放空阀;7-回风放空阀;8-一号回风阀;9-二号回风阀;10-三号回风阀;11-补冷风阀。

图1 余热回收工艺流


    本项目所用余热锅炉及辅机体积比较庞大,在原有烧结炉环冷机周围,并未预留合理足够的地方和空间,这对我们改造施工造成很大难题和挑战,只有采用混凝土框架支撑的方法,将余热锅炉及辅属设备竖向布置在环冷机余热收集段的正上方,虽说这样增加投资和施工的难度与风险。然而,将原有收集罩烟囱进行改造,增加阀门及保温,并引出取风管送至余热锅炉进风口。经余热锅炉利用后的烟气通过循环风机再回到环冷机下风箱内,形成烟气密闭循环。这样布置,缩短的烟风管道的路程,最大限度的降低阻力损失,使循环更加紧凑,充分利用了烟气余热,同时也很大程度上减少了烟风管道材料的用量,减少了不少的材料费用支出,节约部分投入。施工过程对烧结炉生产的影响也会降低到最小限度。这样一来,缺乏空间、场地的关键难题就迎刃而解啦。

    设计中,为提升余热锅炉效率,使其达到高、低温段兼顾利用。特研究采用双压复合循环(立式双进气),并运用模块化设计原理。从高温段到低温段依次由五部分换热模块组成,模块下部设置灰斗及卸灰阀。锅炉换热管为螺旋翅片管形式,换热面积增大,单位体积的换热面积可高达150平米/立方米左右,从而换热效率得到大幅度提升。锅炉本体烟气阻力不高于1150Pa。


    烟气流通过程为:将取自收集罩一段的高温烟气通入高参数过热器,之后与取自收集罩二段的烟气汇合并依次通入之后的各个换热模块。高参数汽包汽水循环产生参数为1.8MPa、不少于32T/h的过热蒸汽,并通过高参数过热器过热到360℃;低参数汽包(兼除氧器)汽水循环产生参数约为0.7MPa、不少于8T/h的饱和蒸汽;产生的两种不同规格的蒸汽均并入厂区供汽管网使用。上述烟气余热采用分级回收与梯级利用技术,最大限度地实现了烧结环冷机烟气余热的高效回收利用,即所说的“紥干吃净”式的梯级高效利用。


《烧结炉余热利用技术在EPC项目中大有作为》

图2 余热回收布置图

 


    在环冷机改造过程中,如若对环冷机的收集罩、台车及下风箱之间的密封组件安装配置不到位或存在质量问题。不仅会大幅度减小烟气的再循环利用率,降低循环烟气温度,而且还会大幅增加循环风机的负荷。同时,对这些缺陷的再处置将会非常的困难,必须等待烧结工序较长时间的停产冷却后,才能进行局部处置整改。不光是余热利用不能开展,连烧结工序的正常生产也受到很大干扰。

    在余热回收改造之前调研中,原有环冷机台车及收集罩漏风明显,在原有1#、2#鼓风机全开的情况下,余热收集段下风箱风压也只有约1.5KPa左右,这种密封缺陷导致环冷机收集罩、台车及下风箱之间的漏风率达到30%~40%,甚至更严重些,经过实地考察对比,最终上密封采用复合材质挂帘:将收集罩与台车间的刚性缝隙,通过柔性挂帘来弥补,不仅漏风明显减少,使收集罩形成一定程度微负压状态;而且,柔性挂帘外观简洁、大气,美观,不易积尘。下密封采用复合材质动静密封组:在环冷机台车内部制作动密封,与台车一同沿环冷机轨道运动,弥补台车与下风箱间的内部缝隙;在环冷机台车外部制作静密封,固定在下风箱外侧,弥补台车与下风箱间的外部缝隙。动静有机相结合,从而达到密封良好的效果。与此同时,对余热回收段收集罩进行改造封堵,消除死角,使收集罩内压力均等,对各个收集段间及收集段与非收集段间都进行有效隔断,并对收集罩增加外保温,有效降低热辐射损失。

《烧结炉余热利用技术在EPC项目中大有作为》

图3 环冷机下密封动、静密封组示意图  

    经过上述密封改造后,余热锅炉运行时,在关停环冷2#鼓风机的情况下,环冷余热收集段下风箱的风压从改造前1.5KPa提高到2.0KPa以上。同时,环冷机收集罩内风压也在-100pa~0pa之间,形成了一定程度的微负压状态。

    本项目改造非但没有增加大气污染物的排放,反而将原来直接向空排放的高温废气回收后进行利用,废气尘粒主要成份为矿料,经余热回收装置收集后加以回收利用,大幅度减少了环冷机的烟尘排放,环冷机余热回收段烟气每小时排放量约60万标立方米,烟气含尘量大,增设余热锅炉前,此部分含尘烟气对空直接排放,造成周围的粉尘污染。参照中电联的排放标准,经计算,增加余热回收锅炉后,年可减少对外烟尘排放两万多吨,对大气环境保护具有非常积极重要的意义。


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