張中中
( 柳州鋼鐵股份有限公司燒結(jié)廠)
摘要：燒結(jié)機(jī)尾風(fēng)箱煙氣溫度可達(dá)300 ～ 420℃，有較高的回收利用價(jià)值。為提高燒結(jié)煙氣余熱回收效率，柳鋼于2013 － 2017 年先后在3 號(hào)、1 號(hào)和2 號(hào)360m2 燒結(jié)機(jī)上應(yīng)用大煙道內(nèi)置式翅片熱管鍋爐余熱回收技術(shù)，并通過優(yōu)化配礦、專家系統(tǒng)、漏風(fēng)治理、鍋爐汽包、聯(lián)箱等多項(xiàng)工藝、設(shè)備技改優(yōu)化，取得了很好的應(yīng)用效果，合計(jì)每年可有效回收余熱162000GJ，發(fā)電4500 萬kWh。有效地利用了柳鋼1 號(hào)、2 號(hào)余熱發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量，全面地回收利用了燒結(jié)煙氣余熱，年可創(chuàng)造效益2700 萬元。
關(guān)鍵詞：燒結(jié)；大煙道；余熱；翅片熱管
在燒結(jié)生產(chǎn)中，燒結(jié)機(jī)尾燒結(jié)終點(diǎn)處的風(fēng)箱煙氣溫度一般可達(dá)300 ～ 420℃，具備較高的回收利用價(jià)值。為進(jìn)一步提高燒結(jié)煙氣余熱回收效率，降低工序能耗及生產(chǎn)成本，柳鋼燒結(jié)在原有環(huán)冷余熱回收發(fā)電的基礎(chǔ)上，在3 臺(tái)360m2 燒結(jié)機(jī)大煙道內(nèi)設(shè)置了內(nèi)置式翅片熱管鍋爐余熱回收系統(tǒng)。并分別與1 號(hào)、2 號(hào)發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電成功，不但很好地回收了燒結(jié)機(jī)大煙道煙氣余熱，有效地利用了燒結(jié)兩套余熱發(fā)電機(jī)組發(fā)電能力的余量，而且適當(dāng)?shù)亟档土藷Y(jié)機(jī)大煙道廢氣溫度，保護(hù)了風(fēng)機(jī)除塵設(shè)備。
1 燒結(jié)機(jī)及余熱發(fā)電機(jī)組概況
柳鋼1 號(hào)、2 號(hào)和3 號(hào)360m2 燒結(jié)機(jī)設(shè)計(jì)產(chǎn)量為400 萬t /a，有效燒結(jié)面積360m2，各配置兩臺(tái)主抽風(fēng)機(jī)，與燒結(jié)機(jī)南北大煙道進(jìn)行連接。應(yīng)用大煙道余熱回收前，大煙道煙氣溫度為160～ 180℃，在高FeO 生產(chǎn)時(shí)，煙氣溫度甚至達(dá)180 ～ 200℃，不利于風(fēng)機(jī)除塵設(shè)備的運(yùn)行保護(hù)，且熱量損失巨大。其中大煙道18 ～ 22 號(hào)風(fēng)箱風(fēng)溫最高，廢氣溫度300 ～ 420℃，具有較高的回收利用價(jià)值。
柳鋼1 號(hào)、2 號(hào)燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組為雙壓補(bǔ)汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，設(shè)計(jì)裝機(jī)容量分別為22MW、20MW， 可利用的最低煙氣溫度為300℃，燒結(jié)礦理想發(fā)電量達(dá)22 ～ 23kWh /t。原設(shè)計(jì)僅對(duì)環(huán)冷機(jī)煙氣余熱進(jìn)行回收發(fā)電，汽輪機(jī)裝機(jī)容量存在一定的富余。
針對(duì)上述情況，為提高燒結(jié)煙氣余熱的利用率，柳鋼于2013 年開始在3 號(hào)360m2 燒結(jié)機(jī)上應(yīng)用大煙道余熱回收利用技術(shù)。在燒結(jié)機(jī)尾18～ 22 號(hào)風(fēng)箱大煙道內(nèi)設(shè)置內(nèi)置式翅片熱管鍋爐余熱回收系統(tǒng)，對(duì)大煙道余熱進(jìn)行回收，產(chǎn)生的蒸汽送至余熱發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，成功后又陸續(xù)應(yīng)用于1 號(hào)、2 號(hào)360m2 燒結(jié)機(jī)。該技術(shù)投用后燒結(jié)余熱發(fā)電量可增加3. 5 ～ 4. 2kWh /t，同時(shí)大煙道廢氣溫度降至130 ～ 140℃，很好地保護(hù)風(fēng)機(jī)除塵等設(shè)備。
2 燒結(jié)機(jī)大煙道內(nèi)置式翅片熱管鍋爐余熱回收技術(shù)的應(yīng)用
2. 1 技術(shù)特點(diǎn)
對(duì)燒結(jié)機(jī)大煙道煙氣余熱進(jìn)行回收的內(nèi)置式翅片熱管鍋爐的結(jié)構(gòu)主要包括煙風(fēng)系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)及其它配套輔助設(shè)備，該熱管鍋爐具有占地小、投資少、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)大煙道內(nèi)部無需閥門設(shè)備調(diào)控，可以減少執(zhí)行機(jī)構(gòu)、清灰、輸灰系統(tǒng)的設(shè)置，保證余熱鍋爐不受上述因素影響檢修甚至停爐。鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)備故障時(shí)，不會(huì)影響燒結(jié)工藝的正常生產(chǎn)。
雖然熱管式吸熱方式較水管式在成本方面有所上升，但對(duì)低溫余熱的吸收效率高。針對(duì)大煙道尾部煙氣溫度波動(dòng)大、平均溫度低的運(yùn)行環(huán)境，熱管有利于提高余熱回收效率，且運(yùn)行安全性好，熱管受熱面被腐蝕及磨損時(shí)，不會(huì)影響燒結(jié)機(jī)的正常運(yùn)行。
煙氣中含有S 等腐蝕性成分，且粉塵含量高，設(shè)置于煙道內(nèi)鍋爐受熱面會(huì)受到較大的腐蝕及磨損，翅片式熱管結(jié)構(gòu)形式傳熱面積大，耐磨性能好，有利于提高設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，降低故障率。
2. 2 系統(tǒng)布置
燒結(jié)南北兩個(gè)大煙道，各布置一套組合內(nèi)置式鍋爐模塊，兩套鍋爐模塊共用一個(gè)汽包，一套除氧設(shè)備及給水設(shè)備( 見圖1) 。南側(cè)煙道分段設(shè)計(jì)安裝鍋爐模塊有: 蒸汽過熱器、蒸汽發(fā)生、二級(jí)水預(yù)熱器、一級(jí)水預(yù)熱器; 北側(cè)煙道分段設(shè)計(jì)安裝蒸汽過熱器、一段蒸汽發(fā)生器，二段蒸汽發(fā)生器、二級(jí)水預(yù)熱器。燒結(jié)大煙道內(nèi)置式翅片熱管鍋爐參數(shù)為: 蒸汽正常工作壓力1. 1MPa，蒸汽產(chǎn)量12t /h，蒸汽過熱溫度310℃。
2. 3 優(yōu)化措施
( 1) 燒結(jié)終點(diǎn)的穩(wěn)定控制
內(nèi)置式翅片熱管鍋爐設(shè)置于燒結(jié)機(jī)大煙道尾部的18 ～ 22 號(hào)風(fēng)箱段，為保證余熱回收效率，生產(chǎn)上必須將燒結(jié)終點(diǎn)穩(wěn)定控制在20 ～ 21 號(hào)風(fēng)箱，才能確保熱管鍋爐區(qū)處于燒結(jié)機(jī)大煙道煙氣最高溫區(qū)，實(shí)現(xiàn)高效回收。針對(duì)這一問題，一是研發(fā)應(yīng)用基于原料燒結(jié)基礎(chǔ)性能( 同化性溫度、液相流動(dòng)性、粘結(jié)相強(qiáng)度) 的優(yōu)化配礦模型，優(yōu)化和穩(wěn)定燒結(jié)原料準(zhǔn)備; 二是開發(fā)應(yīng)用燒結(jié)專家系統(tǒng)，優(yōu)化工藝參數(shù)，穩(wěn)定燒結(jié)過程、終點(diǎn)控制，并率先在3 號(hào)360m2 燒結(jié)機(jī)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)過程的自動(dòng)化控制。
( 2) 降低燒結(jié)漏風(fēng)率
燒結(jié)漏風(fēng)會(huì)使系統(tǒng)電耗上升，大煙道煙氣溫度下降，最終導(dǎo)致余熱回收效率變差。為降低燒結(jié)漏風(fēng)率，對(duì)燒結(jié)機(jī)各部件密封進(jìn)行了多項(xiàng)技術(shù)改造，對(duì)燒結(jié)機(jī)應(yīng)用雙螺桿帶密封槽式密封，頭尾應(yīng)用水冷式磁性密封，同時(shí)臺(tái)車組件改用耐高溫耐磨損的新合金構(gòu)件，有效地降低了燒結(jié)漏風(fēng)率。
（3）優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)、消除故障隱患
鍋爐初期運(yùn)行時(shí)，鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理使鍋爐低壓汽包水汽隔板壽命低、過熱器聯(lián)箱疏水管道頻繁被拉裂，嚴(yán)重影響鍋爐、燒結(jié)主線設(shè)備正常運(yùn)行。為此結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，通過改造水汽隔板整體結(jié)構(gòu)、延長(zhǎng)過熱器聯(lián)箱至鍋爐本體外部、重新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等一系列措施徹底根除故障隱患、優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，設(shè)備作業(yè)率大幅提高。
3 結(jié)語(yǔ)
柳鋼2013 年10 月利用年修在3 號(hào)360m2 燒結(jié)機(jī)安裝大煙道內(nèi)置式鍋爐，11 月投用，經(jīng)多年的應(yīng)用優(yōu)化，證明該系統(tǒng)高效穩(wěn)定，發(fā)電量1500萬kWh /a，噸礦發(fā)電量提高3. 5 ～ 4. 2kWh /t。
并分別于2014 年、2017 年推廣應(yīng)用到1 號(hào)、2號(hào)360m2 燒結(jié)機(jī)，合計(jì)每年可有效回收余熱162000GJ，發(fā)電4500 萬kWh，有效地利用了柳鋼1 號(hào)、2 號(hào)余熱發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量，全面地回收利用了燒結(jié)煙氣余熱，年創(chuàng)造效益2700 萬元。
通過燒結(jié)大煙道余熱回收發(fā)電技術(shù)在柳鋼1號(hào)、2 號(hào)和3 號(hào)360m2 燒結(jié)機(jī)的應(yīng)用，有效降低了燒結(jié)工序能耗，利用了1 號(hào)、2 號(hào)余熱發(fā)電機(jī)組現(xiàn)有的裝機(jī)容量，確保了機(jī)組的滿負(fù)荷運(yùn)行，降低了熱排放，控制了燒結(jié)機(jī)大煙道煙氣溫度，優(yōu)化了生產(chǎn)工藝，保護(hù)了設(shè)備安全運(yùn)行，降低了成本，改善了環(huán)境，進(jìn)而達(dá)到了節(jié)能減排、降本增效的預(yù)期效果。