牟維良
廣西盛隆冶金有限公司
近年來，能源短缺和環(huán)境污染嚴(yán)重的問題受到社會(huì)各界的高度重視，節(jié)能、減排、降耗已成為一個(gè)全球性的焦點(diǎn)話題。我國的鋼鐵工業(yè)是能耗大戶，約占全國總能耗的15%，而燒結(jié)工序生產(chǎn)過程中能耗約占鋼鐵企業(yè)總能耗的10%～20%，比煉鐵工序略低。在燒結(jié)生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的余熱，由于受工藝和技術(shù)等因素的限制，目前余熱利用率不足30%，浪費(fèi)嚴(yán)重，與這方面做得比較好的發(fā)達(dá)國家相比，還有一定的差距，節(jié)能潛力很大。從節(jié)省能源、降低能耗、保護(hù)環(huán)境、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益出發(fā)，盡可能多的回收和利用燒結(jié)余熱。
一、燒結(jié)余熱的特點(diǎn)
燒結(jié)工序中有兩種能量可以被回收再次使用，分別是燒結(jié)煙氣所蘊(yùn)藏的熱能和燒結(jié)環(huán)冷廢氣所釋放的熱能。燒結(jié)煙氣的最高溫度約為150℃，它所蘊(yùn)含的熱量是總熱能的24%，機(jī)尾煙氣最高溫度可達(dá)450℃（正常溫度范圍一般在260℃到450℃之間），在總熱量中占了更大的比重，這些總熱量具有以下幾種特征：
1.1溫度隨生產(chǎn)波動(dòng)大
燒結(jié)工序中，由于燒結(jié)礦在燒結(jié)機(jī)上的燃燒狀況各有差異，燒結(jié)廢氣和冷卻中釋放的廢氣溫度不一致；燒結(jié)礦燃燒不充分時(shí)，釋放的廢氣溫度過高，燃燒激烈時(shí)，冷卻環(huán)節(jié)釋放的廢氣溫度較低，根據(jù)唐鋼北區(qū)燒結(jié)的數(shù)據(jù)可知，剩余熱量回收環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的廢氣溫度可達(dá)450℃，但最低溫度卻只有150℃。由于溫度波動(dòng)幅度較大，不利于燒結(jié)剩余熱量的回收再利用，同時(shí)這也是燒結(jié)余熱回收環(huán)節(jié)所要重點(diǎn)關(guān)注和解決的難題。
1.2熱源的連續(xù)性難以保證
燒結(jié)余熱能的主要來源途徑是物理顯熱，在煙氣回收時(shí)有持續(xù)跟進(jìn)的燒結(jié)礦，燒結(jié)余熱量才會(huì)持續(xù)不斷的供給。由于影響因素較多，燒結(jié)設(shè)備偶爾會(huì)出現(xiàn)短暫的停歇，熱源的持續(xù)供給也難以100%得到保障，特別是近年來北方京津冀地區(qū)受環(huán)保限產(chǎn)影響很大，燒結(jié)機(jī)啟停頻繁，熱源的連續(xù)性更是受到更多程度的限制。
二、燒結(jié)余熱回收利用
2.1燒結(jié)余熱發(fā)電
燒結(jié)余熱發(fā)電是指燒結(jié)工藝生產(chǎn)過程中，燒結(jié)機(jī)尾落礦風(fēng)箱及燒結(jié)環(huán)冷機(jī)密閉段產(chǎn)生大量的高溫廢氣，由余熱回收設(shè)備收集后，用引風(fēng)機(jī)引入鍋爐并加熱鍋爐內(nèi)的水產(chǎn)生飽和蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的技術(shù)。從能源利用和經(jīng)濟(jì)學(xué)角度看，采用燒結(jié)余熱發(fā)電，符合能級(jí)匹配的原則。目前國內(nèi)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)比較成熟的有4種形式，分為單壓、雙壓、復(fù)合閃蒸和補(bǔ)燃余熱發(fā)電技術(shù)。在相同的條件下，雙壓余熱發(fā)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)了煙氣熱能的梯級(jí)利用，其發(fā)電能力是最高的。其中，馬鞍山鋼鐵股份有限公司是我國最先應(yīng)用燒結(jié)余熱發(fā)電的，2004年把從日本引進(jìn)的燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電裝機(jī)進(jìn)行了大量技術(shù)革新，2005年9月正式投產(chǎn)使用，填補(bǔ)了我國利用燒結(jié)余熱發(fā)電的空白。此后，許多大型鋼鐵公司也相繼開始利用燒結(jié)余熱技術(shù)發(fā)電，唐鋼北區(qū)燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)曾在2011年燒結(jié)不限產(chǎn)時(shí)創(chuàng)下噸礦發(fā)電量22度的佳績(jī)。
2.2補(bǔ)燃余熱發(fā)電
補(bǔ)燃余熱發(fā)電技術(shù)是在燒結(jié)余熱發(fā)電運(yùn)行過程中，針對(duì)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)存在的問題，提出燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)與高溫空氣燃燒技術(shù)相結(jié)合的發(fā)電技術(shù)，是在原有燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)的基礎(chǔ)上，將回收煙氣余熱、高效燃燒和降低有害氣體排放等技術(shù)有機(jī)結(jié)合。利用蓄熱式燃燒器在蒸汽過熱爐中燃燒來提高汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽的壓力和溫度，通過補(bǔ)燃少量煤氣來提高蒸汽品質(zhì)，從而提高發(fā)電效率和減少對(duì)設(shè)備的損耗。這樣即使在冬春季節(jié)也能使余熱發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行，在滿足自用的基礎(chǔ)上可并入電網(wǎng)。
2.3其他方面的應(yīng)用
2.3.1余熱鍋爐
對(duì)于小型燒結(jié)機(jī)采取余熱鍋爐方法對(duì)高溫段余熱進(jìn)行回收。回收的廢煙氣首先用于燒結(jié)工藝本身，以降低工序能耗，其次作為外部供應(yīng)。燒結(jié)余熱鍋爐的排煙溫度，應(yīng)避開燒結(jié)煙氣的酸露點(diǎn)，防止對(duì)設(shè)備腐蝕，保證設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定，這種余熱利于方式普遍存在于北方很多小型鋼鐵企業(yè)中，但余熱利用效率較低。
2.3.2熱風(fēng)點(diǎn)火和熱風(fēng)燒結(jié)
環(huán)冷機(jī)中段廢氣余熱采用非換熱方式直接利用，將300℃左右的廢氣直接回收用于熱風(fēng)助燃，不僅能提高100℃燒結(jié)點(diǎn)火溫度，還能強(qiáng)化和穩(wěn)定點(diǎn)火過程，改善點(diǎn)火質(zhì)量。熱風(fēng)燒結(jié)的適宜溫度是250℃左右，故該段余熱可采用直接利用的方式加以回收，將高含氧量的熱廢氣作為熱風(fēng)燒結(jié)和燒結(jié)點(diǎn)火助燃空氣。具體工藝是將環(huán)冷機(jī)中溫段的熱廢氣抽出，經(jīng)高溫除塵和保溫后，利用高溫風(fēng)機(jī)將其輸送到點(diǎn)火爐，直接用于點(diǎn)火助燃，或者是將廢氣抽出，經(jīng)保溫后直接用于熱風(fēng)燒結(jié)。同時(shí)，由于助燃空氣溫度的提高，使燒嘴噴出的混合燃?xì)馑俣雀?，火焰穿透力更?qiáng)，加快了垂直點(diǎn)火過程。熱風(fēng)點(diǎn)火和熱風(fēng)燒結(jié)兩熱工過程相互促進(jìn)，提高了上層料面的保溫蓄熱能力，節(jié)能效果十分明顯。
2.3.3混合料預(yù)熱技術(shù)
燒結(jié)過程中，將混合料含水分調(diào)配成7%～8%，利用余熱鍋爐回收的蒸汽來提高燒結(jié)混合料溫度至65℃以上，避免由于混合料溫度過低，產(chǎn)生的水蒸汽容易冷凝為液態(tài)，造成燒結(jié)臺(tái)車斷面下層混合料水分不斷增加，超過混合料含水標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致料層透氣性下降，影響燒結(jié)過程。有資料顯示，混合料每提升10℃，燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)可提高約5%，燃料消耗減少2kg/t。
三、國外燒結(jié)余熱回收利用
世界先進(jìn)發(fā)達(dá)國家在對(duì)燒結(jié)余熱回收再利用方面已走在我國前面。上世紀(jì)70年代末，日本住友公司將燒結(jié)機(jī)冷卻器用廢熱鍋爐回收蒸汽，80年代，余熱回收利用技術(shù)在日本各個(gè)燒結(jié)廠被廣泛利用，其中以冷卻機(jī)排氣利用的利用率最高，達(dá)到26%左右。
3.1引入余熱預(yù)熱燒結(jié)點(diǎn)火助燃空氣
將冷卻機(jī)廢氣余熱燒結(jié)點(diǎn)火助燃空氣技術(shù)第一次進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的歐洲公司是位于德國境內(nèi)的德國蒂森鋼鐵公司施韋爾根廠。具體的操作措施是于3號(hào)燒結(jié)機(jī)的卸礦地帶和冷卻機(jī)排氣裝置上設(shè)置三級(jí)循環(huán)冷卻器，將電除塵與出口連在一起。除塵器的功率達(dá)285000m3/h，溫度可達(dá)到200℃，粉塵濃度小于30mg/m3。冷卻機(jī)釋放的廢氣可借助通風(fēng)管導(dǎo)入2、3、4號(hào)燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火器，可以用作空氣的助燃劑。通過這種技術(shù)，一臺(tái)燒結(jié)機(jī)每燒結(jié)一噸燒結(jié)礦就可以節(jié)省約30MJ的熱能。4號(hào)燒結(jié)機(jī)的特點(diǎn)是不僅與點(diǎn)火器相銜接，而且和廢氣脫硫設(shè)備相聯(lián)通，這樣設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)是每燃燒一噸礦節(jié)省的熱量達(dá)20MJ。
3.2利用燒結(jié)廢氣發(fā)電
日本國內(nèi)燒結(jié)廠在余熱回收利用方面取得了令其他各國無法比擬的成績(jī)。20世紀(jì)50年代，日本燒結(jié)廠在余熱回收再利用技術(shù)得以全面推廣和運(yùn)用。而最先使用冷卻機(jī)廢氣釋放蒸汽從而用來產(chǎn)生電力的就是日本鋼管公司的扇島廠和福山廠，它是利用廢氣釋放蒸汽從而用來發(fā)電技術(shù)的鼻祖。此系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的原理是在環(huán)形燒結(jié)礦冷卻的高溫階段導(dǎo)入溫度為100℃的空氣，導(dǎo)入的空氣進(jìn)入冷卻器后溫度可以上升到350℃，再把350℃的空氣傳送到經(jīng)過特別設(shè)置的鍋爐，就能釋放出蒸汽壓力為14kg/cm2的蒸汽，再把蒸汽轉(zhuǎn)化為電力。
四、結(jié)論
我國燒結(jié)余熱技術(shù)起步較晚，但近幾年發(fā)展比較迅速，在國家宏觀調(diào)控下，通過采用多種技術(shù)手段，在現(xiàn)有生產(chǎn)條件的基礎(chǔ)上，一定程度地回收利用燒結(jié)余熱的可用部分，節(jié)約了能源，減少了污染，提高了產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，降低了生產(chǎn)成本，獲得了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。具體采用哪種燒結(jié)余熱技術(shù)，要以燒結(jié)廠自身實(shí)際情況為基礎(chǔ)，結(jié)合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素綜合權(quán)衡，找出有利于自身發(fā)展的燒結(jié)余熱技術(shù)，確保燒結(jié)余熱回收系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。