柳钢液密封式烧结环冷机余热高效利用实践_刘慧敏.pdf

2023年第1期柳钢液密封式烧结环冷机余热高效利用实践刘慧敏，韦俊东，李东升，向小平，朱梦飞，刘武杨（柳州钢铁股份有限公司，广西 柳州 505001）摘要：主要对柳钢1号360 m2烧结机原环冷系统烟气余热利用状况及影响因素进行深入分析和详细阐述，并有针对性地通过采取环冷机设备节能环保升级改型、深度挖掘环冷系统余热回收潜力、合理调配环冷机各段风量关系等多项措施，进一步优化了1号360 m2烧结机环冷系统热风制度，且有效解决了烧结环冷系统余热资源浪费的问题，极大提高了环冷机烟气热能利用率，产线余热发电量和回热温度分别提高9.59 kWh/t和42，余热利用效率提高34.27%，取得了显著的经济效益。关键词：环冷机；余热利用；风量调配中图分类号：X75文献标识码：A文章编号：2095-5014（2023）01-0055-05Practice of High Efficiency Utilization of Waste Heat ofLiquid-sealed Sintering Ring Cooler in LiugangLIUHuiming，WEIJundong，LI Dongsheng，XIANG Xiaoping，ZHU Meng-fei，LIU Wuyang（Sintering plant of Guangxi Liuzhou Iron and Steel Group Company Limited，Liuzhou 505001，Ghina）ABSTRACT：In this paper，the current situation and influencing factors of flue gas waste heatutilization of ring cooling system of Liugang No.1 360 m2sintering machine are analyzed andelaborated.And targeted by adopting energy-saving and environmental protection upgrading andupgrading of ring cooling equipment，exploring the potential of waste heat recovery of ring coolingsystem，rationally allocating the air volume relationship of each section of ring cooling machine，and so on.The hot air system of the ring cooling system of 1#360 m2sintering machine was optimized，and the heat resource waste issue of the ring cooling system was effectively solved.The heat energyutilization rate of the ring cooling machine was greatly improved，the waste heat generation andreheating temperature of the production line were increased by 9.59 kWh/t and 42 respectively，and the waste heat utilization efficiency was increased by 34.27%，and remarkable economicbenefits were obtained.KEY WORDS：ringcooler；wasteheatutilization；airvolumeallocation收稿日期：2023-01-11第一作者简介：刘慧敏（1998），男，大学本科，助理工程师，主要从事烧结、球团工艺技术方面工作。金 属 材 料 与 冶 金 工 程Metal Materials And Metallurgy Engineering第51卷第1期2023年2月Vol.51 No.1Feb.2023烧结是当今国内钢铁企业最为常用的铁矿造块方法，承担着为高炉提供炉料的重要任务，作为钢铁生产的“能耗大户”，烧结工序能耗约占整个钢企总能耗的10%1-3。近年来，随着钢金 属 材 料 与 冶 金 工 程第51卷第1期铁产能调控愈加严格，低成本冶炼需求日益提升，降低烧结工序能耗已是钢铁企业降本增效的重要措施。而在烧结工序总能耗中，有近50%的热量被环冷机烟气携带4，5，目前对该部分高温烟气最普遍的回收技术主要用于余热锅炉发电，目前国内大部分钢企烧结机实际吨矿发电量普遍在1015 kWh/t6-9，余热回收利用水平不高，部分高温烟气直接对空排放，不仅造成了能源浪费，还加剧了环境热污染。因此，深挖烧结余热回收潜能，提高余热资源利用率，对于降低烧结生产工序能耗、降低生产成本以及提高产品质量具有重要意义。本文主要针对柳钢1号360 m2烧结环冷机在提高余热回收利用率方面所做的技术改造及优化措施进行阐述，对其应用效果进行分析，以期为同行提供借鉴和参考。1原环冷机余热利用现状及分析柳钢1号360 m2环冷机高温烟气有两种回收利用技术，其中环冷段与段烟气被余热引风机引入余热锅炉产生发电；环冷段烟气经热风管道引至烧结机料面进行热风保温；环冷段热风经循环风机重新鼓入段，以实现热风循环利用，原环冷机余热利用示意图见图1。生产中因多方面因素限制，1号360 m2环冷机余热资源利用水平并不理想。1.1环冷机故障频发且密封性差1号360 m2原环冷机因设备老旧，运行期间故障率较高，而环冷机故障停机后随着蒸汽参数的下降，余热发电系统会被迫停机，最终导致余热回收效率下降；此外，环冷机原采用橡胶密封，密封胶因长期被物料冲刷，磨损严重，造成环冷系统漏风率上升，致使环冷段产生的部分高温烟气尚未得到有效利用，便直接从漏风处外逸，烟气余热回收利用不充分。图2为原环冷机密封结构示意图，台车下部密封主要为动密封和静密封组合，动密封板焊接在台车底部，跟随台车一起做回转运动，橡胶板用螺杆固定在静密封装置上，在鼓风机持续鼓风作用下，橡胶板与动密封板的贴合面始终会存在漏风现象。在高温段（I-III段）保温罩底部安装有鱼鳞片（耐磨耐高温薄钢板），台车栏板顶部仅在鱼鳞片的摩擦作用下进行密封，该处也会存在漏风现象。而低温段（IV-V段）保温罩底部与台车栏板顶部间隙达400 mm，该处为半敞开式结构，漏风较大。1.2余热资源浪费现象1号360 m2原环冷机烟罩、段为半敞开式结构，热烟气会直接从敞口处对空排放，不仅导致热烟气整体温度降低，余热回收效率下降，还加剧了环境热污染；且该环冷机在余热回收设计时未将单辊漏斗除尘管（以下简称环冷“0”段）中高温烟气进行回收利用，存在严重的热能浪费现象。1.3环冷系统风量配置优化空间小1号360 m2原环冷机配置有5台鼓风机，但因环冷系统漏风严重，环冷机冷却能力不足。为保证烧结矿冷却温度，不得以将5台鼓风机全图1 原环冷机余热利用示意图Fig.1 Schematic diagram of waste heat utilizationof the original annular cooler图2 原环冷机密封结构示意图Fig.2 Sealing structure diagram of the originalannular cooler562023年第1期刘慧敏，等：柳钢液密封式烧结环冷机余热高效利用实践部开启以加大冷风鼓入量；但余热段烟气温度会随冷却风量的增加而降低，最终导致余热段烟气热能整体利用率下降。2提高环冷机余热利用率的措施2.1新型环冷机的改造针对现有环冷机的诸多问题，利用产线技改契机将环冷机整体更换为液密封式环冷机，采用链轮（销齿）传动方式，使用上下双层水密封技术，达到环冷机密封性能改善和运行平稳性提高的效果。具体改造方案如下：（1）环冷机传动装置采用链轮（销齿）传动型式，同时采用了两组柔性传动系统，通过摇臂轮组上下运动实现翻转卸矿。（2）环冷机采用高刚性回转框架，使用扇形台车及百叶窗结构篦板，且台车栏板采用外保温形式，整体做成箱体式结构，填充陶瓷纤维棉。（3）环冷机采用上、下双层水密封技术（见图3），分内环上、下水密封，以及外环上、下水密封，其中下部水密封装置固定在环冷机机架上，台车下部安装有不锈钢挡风板，该挡风板跟随台车沿着水槽中间做回转运动，实现下部100%的密封；上部水密封装置安装在台车栏板顶部，跟随台车做回转运动，通过保温罩外侧底部固定的不锈钢挡风板实现上部100%的密封。为避免高温气体冲刷水槽导致其受热变形或胀裂，故在上、下水槽内侧安装有阻热层，以延长上下水槽使用寿命。同时在上、下水槽底部设置排污口，并在水槽液面高度上增设液位高度检测和水温检测及相应的电动加水阀，实现远程自动补加水，以确保密封效果。新型环冷机投产后，密封性有明显改善。通过对比观察，在冷却风量相同的条件下，烧结矿冷却更为均匀，环冷机排矿温度降低 4050；且烟罩内的热废气品质更高，为提高环冷系统余热利用率创造了有利条件。此外，环冷机区域环境温度较之前有明显降低，职工工作环境得到了改善。2.2余热回收潜力的深度挖掘鉴于半敞开式烟罩对环冷系统余热回收的不利影响，新型环冷机、段烟罩基本采用全封闭式结构，有效减少了热量损耗，使环冷段更多优质热源经循环风机重新鼓入段，进一步提高了回热温度；此外，在环冷段烟罩上方引出热风管道与烧结机尾风机除尘风管联通，不仅可以借助机尾除尘风机消化环冷机内部憋风，还可以利用该部分低温烟气（100 左右）有效提高机尾除尘烟气温度，避免烟气水分冷凝后粘附灰尘造成机尾布袋除尘器堵塞，进而影响机尾风机除尘效果。环冷“0”段烟气温度高达500600，具有极高的回收价值，在环冷机改型升级后，为实现节能减排目标，需将该部分烟气余热进行回收利用。对环冷机各段风压大小进行评估考量，尝试通过小规模的热风管道改造将该部分热风回收利用于余热锅炉发电。具体改造方案为：从环冷“0”段除尘管引出烟气管道，并与环冷段通往余热锅炉的热风管相联通，两部分热风混合后引入余热锅炉，经余热锅炉吸收热量后，排出150 左右的热风，再经循环风机增压后通过烟气管道鼓入环冷机下部风道中用于冷却烧结矿，从而实现该部分烟气优质热能的有效回收，示意图见图4。2.3新型环冷机风量关系的合理调配新型环冷机采用水密封技术后，密封性能显著改善，环冷机冷却能力得到大幅提升，为进一步优化环冷系统风量配置创造了有利条件。因此，在新型环冷机投用以来，为提高余热利用水平，通过不断摸索调整，最终确立了最佳的环冷风量、风压配置关系，见表1。环冷段烟气作为余热锅炉发电的主要热图3 新型环冷机密封结构示意图Fig.3 Schematic diagram of sealing structure ofnew ring cooler57金 属 材 料 与 冶 金 工 程第51卷第1期源，为提高余热发电量，通过关闭1号鼓风机、适当开大余热循环风机，将环冷段压力控制在-100 Pa以下，使优质充足的热量源源不断地输送给余热锅炉发电；通过适当关小2号鼓风机频率，将环冷段压力控制在微负压（-1000Pa），以减缓矿料冷却速度，使更多的热量富集在环冷段，从而提高烧结回热温度；3号、4号鼓风机作为冷却主力，风门需维持全开，而5号鼓风机作为补风机，可根据实际冷却效果进行调整。通过以上风量调配措施，极大提高了烧结余热发电量和回热温度，环冷机余热整体利用水平得到大幅提升。图4 新型环冷机余热利用示意图Fig.4 Schematic diagram of waste heatutilization of new annular cooler表1 改造前后风量配置对比Table 1 Comparison of air volume before and after transformation1号2号3号4号5号原新原新原新原新原新风门开度/%0100100100100100鼓风机频率/Hz505035402535风压/Pa200-100200-100300300150250150150风量/（m3h-1）450 0000450 000315 000360 000480 000480 000450 000450 000450 000225 000315 000环冷机3改造成效1 号 360 m2烧结环冷余热回收技术改造在2022年4-7月进行，统计1-3月（改造前）和7-8月（改造后）的余热发电量和回热温度，如表2所示。通过实施新型环冷机改造、深度挖掘余热回收潜力以及合理调配新型环冷机风量关系等多项措施，烧结余热发电量由改造前的 11.56kWh/t提高至21.15 kWh/t，涨幅为82.96%，节能工作取得显著成效；回热温度由改造前的186 升高至 228，涨幅为 22.58%，对于降低烧结固体燃耗、提高成品率起到了积极作用。分析改造前后环冷系统的热平衡，对废气余热利用率进行计算，结果见表3。改造后出矿表2 改造前后指标对比Table 2 Index comparison before and after transformation余热发电/（kWht-1）回热温度/1月9.511832月11.191853月13.99189均值11.561869月20.1321010月20.8222511月22.5250均值21.152289.5942指标均值对比改造前改造后582023年第1期温度下降50，吨矿发电量提高9.59 kWh/t，回热温度上升42，废气总热提高3.1107kJ，用于发电消耗总热提高16.1107kJ，回热消耗总热提高0.9107kJ，余热利用效率提高34.27%，节能效益可观。4结论（1）通过液密封式环冷机改造，采用链轮（销齿）传动、高刚性回转框架以及水密封技术，提高环冷机运行平稳性，显著提高环冷机密封性能。（2）通过深度挖掘余热回收潜力，实现了环冷“0”段和段烟气热能回收利用，有效提高余热发电水平，减少余热资源外排损耗。（3）通过技术改造，较好地解决 1 号 360m2烧结环冷机余热资源浪费的问题，在节能减排方面取得显著成效，产线余热发电量和回热温度分别提高 9.59 kWh/t和 42，余热利用率提升34.27%。参考文献：1 彭仁忠，阳习端，郭亮，等.烧结环冷机余热高效利用生产实践 J.矿冶，2021，30（6）：134-138.2 刘雯，郝建海.提高烧结余热回收的生产实践 J.河南冶金，2016，24（6）：30-32.3 刘林刚，郑呈祥，刘涛.阳春新钢铁烧结余热发电量影响因素研究 J.南方金属，2019（5）：50-534 田万一，张家元，戴传德，等.基于环冷机集热罩的烧结矿余热回收优化 J.东北大学学报（自然科学版），2015，36（8）：1130-11355 伏启让，石国庆.烧结环冷机余热回收工程实践 J.烧结球团，2019，44（4）：74-78.6 李宗平，范晓惠，孙英，等.烧结环冷机余热发电的风量优化配置 J.烧结球团，2016，41（1）：52-56.7 钱惠明.宁钢20烧结环冷余热回收利用实践 J.冶金动力，2020（2）：50-55，55.8 刘蓓，杨东伟，郁鸿凌，等.环冷机烧结矿余热回收性能分析与优化 J.能源工程，2017（6）：76-80.9 李圭文，雷建伏，可开智，等.韶钢烧结环冷余热回收效率提升实践 J.烧结球团，2017，42（4）：58-61.表3 改造前后热能利用率对比Table 3 Comparison of heat energy utilization rate before and after transformation改造前改造后对比卸矿温度/8008000出矿温度/12070-50余热发电量/（kWht-1）11.5621.159.59回热温度/18622842废气总热量/kJ41.510744.61073.1107发电消耗/kJ19.510735.610716.1107回热消耗/kJ3.51074.41070.9107余热利用效率/%55.4289.6934.27指标单位刘慧敏，等：柳钢液密封式烧结环冷机余热高效利用实践参考文献：1 陈 伟，高丙寅，杨玉兵，等.镜铁矿烧结性能试验研究 J.河南冶金，2012，20（3）：6-8，21.2 周永宁，张义明，闫宝忠，等.高品位镜铁矿烧结性能试验研究 J.南方金属，2014（2）：22-26.3 朱德庆，李晓波，潘建，等.镜铁矿粉在铁矿烧结混合料中的制粒行为 J.钢铁，2015，50（7）：8-14.4 李孟土，李晓波.典型镜铁矿的烧结性能比较 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