2017技術(shù)創(chuàng)新---燒結(jié)礦豎式逆流余熱回收系統(tǒng)

1、燒結(jié)礦豎罐式逆流余熱回收系統(tǒng)一、項(xiàng)目簡介 中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司借鑒干熄焦?fàn)t原理、 工藝，參考直接還原鐵、 高爐等原理、 結(jié)構(gòu)，提出了燒結(jié)礦豎式逆流余熱回收系統(tǒng)設(shè)備與工藝。 該系統(tǒng)漏 風(fēng)率幾乎為零， 逆流氣固換熱效率高， 實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)礦顯熱高效回收， 回收余熱品 質(zhì)高，運(yùn)行穩(wěn)定。該系統(tǒng)回收燒結(jié)余熱用于發(fā)電達(dá)到 27-35kWh/t 燒結(jié)礦以上。 該系統(tǒng)的研究與開發(fā)，對(duì)新常態(tài)下冶金行業(yè)擺脫困境、節(jié)能、減排意義重大。二、項(xiàng)目內(nèi)容1、項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn) 創(chuàng)新點(diǎn)一：開發(fā)了一種新型自動(dòng)開閉保溫蓋的斜橋上料小車裝置。 創(chuàng)新點(diǎn)二：采用根據(jù)爐內(nèi)氣流流動(dòng)規(guī)律而設(shè)計(jì)的爐體， 成功地阻止了爐內(nèi)邊 緣氣流、克服了爐內(nèi)固體

2、物料中部漏管。創(chuàng)新點(diǎn)三：特殊設(shè)計(jì)的爐體及均布的多點(diǎn)出料機(jī)構(gòu)， 保證爐內(nèi)物料拄塞流均 勻下料，并可自動(dòng)調(diào)節(jié)料流，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)出料。創(chuàng)新點(diǎn)四： 利用數(shù)值模擬仿真技術(shù)， 采用固定不動(dòng)多管布料設(shè)計(jì)， 完成了爐 頂固體物料的均勻布料， 同時(shí)優(yōu)化了爐內(nèi)氣流的均勻流動(dòng)、 改善了爐內(nèi)固氣均勻 換熱。創(chuàng)新點(diǎn)五： 利用數(shù)值模擬仿真技術(shù)， 合理設(shè)計(jì)的布風(fēng)器， 使鼓入的冷卻風(fēng)與 下降的固體料流合理分布，實(shí)現(xiàn)了均勻換熱。創(chuàng)新點(diǎn)六：利用數(shù)值模擬仿真技術(shù)，將物料下料流動(dòng)場(chǎng)、氣流流動(dòng)場(chǎng)、氣固 熱交換溫度場(chǎng)等多場(chǎng)耦合，用數(shù)值模擬仿真結(jié)果優(yōu)化裝置設(shè)計(jì)。2、項(xiàng)目基本原理 工藝路線見工藝流程和設(shè)備示意如圖 1、2 所示：圖 1 豎罐

3、式逆流換熱系統(tǒng)工藝流程圖圖 2 豎式逆流換熱系統(tǒng)設(shè)備示意圖圖 3 模型示意圖豎式逆流燒結(jié)余熱回收裝置示意圖如圖 3 所示，燒結(jié)礦作為固體向下流動(dòng)， 冷卻氣體向上流動(dòng)； 氣體對(duì)燒結(jié)礦進(jìn)行冷卻， 吸收燒結(jié)礦顯熱； 燒結(jié)礦和冷卻氣 體的流動(dòng)與傳熱存在復(fù)雜的質(zhì)量、 動(dòng)量和能量耦合作用。 以國內(nèi)某鋼廠燒結(jié)礦生 產(chǎn)現(xiàn)狀為依據(jù)，利用 ComsolMultiphysics 軟件進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算。模擬結(jié)果 如圖 4、5 所示。圖 4 空氣溫度分布圖5 燒結(jié)礦溫度分布數(shù)值模擬仿真計(jì)算結(jié)果表明，在入爐況溫度 750，現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)條件下豎 式逆流燒結(jié)余熱回收裝置可以獲得平均溫度為 642.3的熱空氣，若此熱空氣全

4、 部用來發(fā)電，噸礦發(fā)電量 2835KWh/t，經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時(shí)，燒結(jié)礦在豎式逆 流余熱回收裝置中緩慢冷卻， 其冶金性能高于傳統(tǒng)冷卻機(jī)。 該技術(shù)的全面推廣對(duì) 產(chǎn)能過剩、利潤低、節(jié)能減排壓力大的鋼鐵行業(yè)來說意義重大。3、工藝過程描述： 燒結(jié)礦的流動(dòng)描述燒結(jié)機(jī)落下的熱燒結(jié)礦， 經(jīng)單輥破碎機(jī)破碎后送往連接豎罐式逆流換熱裝置 的保溫快速鏈板機(jī) （熱輸送帶） 送入上料緩沖倉， 或?qū)釤Y(jié)礦直接送入上料緩 沖倉，然后經(jīng)過料斗上料斜橋進(jìn)入豎式逆流換熱裝置頂部受料斗， 在豎式逆流換 熱裝置內(nèi)緩慢下降， 熱燒結(jié)礦與冷卻風(fēng)進(jìn)行逆向熱交換后溫度降低為 150以下， 最后從豎式逆流換熱裝置下部的出料機(jī)構(gòu)排出， 經(jīng)出料

5、皮帶送現(xiàn)有送礦槽皮帶進(jìn) 入篩分裝置，最后進(jìn)入高爐礦槽。 冷卻風(fēng)的換熱流動(dòng)描述在冷卻鼓風(fēng)機(jī)的作用下， 90100左右的冷卻風(fēng)從豎式逆流余熱回收裝置下 部的配風(fēng)裝置進(jìn)入豎式逆流余熱回收裝置， 并與熱燒結(jié)礦進(jìn)行逆流熱交換， 產(chǎn)生 的約 590620左右的頂部熱風(fēng)從豎式逆流余熱回收裝置上部的中心管道集中 排出進(jìn)入熱風(fēng)總管。 熱風(fēng)總管熱風(fēng)一次重力除塵器除塵后進(jìn)入余熱鍋爐換熱。 通 過余熱鍋爐熱交換后變?yōu)?350左右的低溫廢氣， 然后依次經(jīng)過省煤器后變?yōu)榧s 150以下的熱風(fēng)，該溫度的熱風(fēng)一部分循環(huán)補(bǔ)充冷卻風(fēng)，使冷卻風(fēng)溫度控制在 90100，另一部分回送到燒結(jié)機(jī)作熱風(fēng)燒結(jié)或燒結(jié)熱風(fēng)點(diǎn)火器， 或通過煙囪排 空

6、。 余熱鍋爐軟水循環(huán)的工藝描述 余熱鍋爐軟水在循環(huán)水泵的作用下，從軟水站進(jìn)入余熱鍋爐，經(jīng)過與350熱風(fēng)進(jìn)行熱交換被加熱到 150，再進(jìn)入余熱鍋爐中段換熱變?yōu)轱柡驼羝?，然?飽和蒸汽經(jīng)過前段過熱器繼續(xù)與熱風(fēng)進(jìn)行熱交換形成過熱蒸氣。 過熱蒸氣經(jīng)管道 進(jìn)入汽輪發(fā)電機(jī)組膨脹作功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電， 同時(shí)過熱蒸氣變?yōu)槔淠笤俅芜M(jìn) 入軟水站，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。3、項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)和工藝 豎爐內(nèi)邊緣氣流的阻緩及改善機(jī)構(gòu)； 豎爐內(nèi)防止燒結(jié)礦再結(jié)塊的豎爐爐型結(jié)構(gòu)； 豎爐爐頂多管布料及中央集氣技術(shù)； 豎爐內(nèi)部固體物料柱塞流均勻下降的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)， 包括上部、中部、下部調(diào)節(jié)器； 豎爐內(nèi)環(huán)形邊緣布風(fēng)器及中央分級(jí)塔式布風(fēng)器技術(shù)；

7、 豎爐內(nèi)固體物料多點(diǎn)均勻出料技術(shù)；隔震軟密封技術(shù)及裝置； 單風(fēng)機(jī)回路系統(tǒng)控制冷卻氣體不外溢的控制系統(tǒng)。三、技術(shù)水平主要技術(shù)指標(biāo)：熱燒結(jié)礦入爐溫度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)燒結(jié)機(jī)實(shí)際條件為 650750，燒結(jié)礦出爐溫度 150 ；在上述燒結(jié)礦溫度下，入爐冷卻風(fēng)溫度90100，出爐熱風(fēng)溫度達(dá)到540680；回收燒結(jié)余熱產(chǎn)生中溫中壓蒸汽， 用于發(fā)電， 噸礦發(fā)電量根據(jù)燒結(jié)機(jī)的大小 達(dá)到 2735KWh/t ，比現(xiàn)有環(huán)冷機(jī)燒結(jié)余熱回收效率大幅提高（以現(xiàn)有燒結(jié)余熱 回收 918KWh/t 燒結(jié)礦為基礎(chǔ)比較）；豎罐設(shè)備作業(yè)率可達(dá)到 330350 天/年；爐 內(nèi)耐火材料壽命大于 3 年。四、產(chǎn)業(yè)化前景分析1、項(xiàng)目適用條件適用于

8、新建燒結(jié)機(jī)： 取消機(jī)上冷卻機(jī)， 單輥破碎后熱燒結(jié)礦直接進(jìn)入豎罐式 冷卻器冷卻余熱回收；占地面積減少，余熱回收量提高 40-50%以上，總投資變 化不大。適用于已建燒結(jié)機(jī)改造： 原環(huán)形冷卻機(jī)作備用增加了生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性， 正 常生產(chǎn)用豎式冷卻器替代，余熱回收量提高 40-50%以上。平燒改造： 用豎式冷卻器冷卻， 可使機(jī)上冷卻改造為機(jī)上燒結(jié)段， 提高燒結(jié) 礦產(chǎn)量，余熱回收量提高 40-50%以上，2、項(xiàng)目效益分析（1）經(jīng)濟(jì)效益以年產(chǎn) 380萬噸燒結(jié)礦的燒結(jié)廠為例， 投資一套豎式逆流換熱系統(tǒng)及發(fā)電系 統(tǒng)約需要 8500 萬元，通過該系統(tǒng)回收燒結(jié)余熱發(fā)電量達(dá)到 28KWh/t 以上，按每 度電 0.

9、6元計(jì)算，每年發(fā)電收入約 6400 萬元以上，假設(shè)去除運(yùn)行成本、折舊、 自耗等，一般 1.5-2 年就可以收回投資，之后就為余熱直接轉(zhuǎn)化為利潤。（2）環(huán)境效益本項(xiàng)目不僅可以使燒結(jié)余熱徹底回收， 避免熱能排放至大氣中， 而且冷卻風(fēng) 回用豎罐冷卻及熱風(fēng)燒結(jié)不外排， 杜絕了過去環(huán)冷除塵氣體排放， 使燒結(jié)冷卻排 放降低到接近零。使燒結(jié)大氣污染的問題得到大大緩解。（3）技術(shù)成果的延伸效益該項(xiàng)目使燒結(jié)礦的余熱得到幾乎全部回收， 杜絕了燒結(jié)礦冷卻煙塵排放， 提 高了燒結(jié)礦強(qiáng)度， 降低了設(shè)備故障率； 并且可以根據(jù)不同冷卻物料的特點(diǎn)作相應(yīng) 的修改，解決特殊的實(shí)際問題：可應(yīng)用到塊狀鋼渣余熱回收、紅熱鐵合金鑄塊、

10、渣量很大的鎳鐵冶煉渣等領(lǐng)域的高效余熱回收，有較強(qiáng)的通用性。3、推廣前景分析2015年我國燒結(jié)礦產(chǎn)量約 8.99 億噸，有燒結(jié)機(jī) 1200多臺(tái)，重點(diǎn)企業(yè)有 474 臺(tái)，總面積 84913m2，其中大于 130m2的燒結(jié)機(jī)有 232 臺(tái)，90-130m2的燒結(jié)機(jī)有 105 臺(tái)，中小型燒結(jié)機(jī)占燒結(jié)總面積仍達(dá)到 34%以上?？梢?，對(duì)于采用豎罐冷卻 余熱回收發(fā)電來說，市場(chǎng)潛力巨大。我國仍然存在著占燒結(jié)總面積 34%以上的中小型燒結(jié)機(jī)， 未采用環(huán)冷機(jī)技術(shù)， 對(duì)于這部分燒結(jié)機(jī)來說， 新建豎罐燒結(jié)余熱回收發(fā)電項(xiàng)目， 對(duì)平燒燒結(jié)機(jī)可使其 大幅度提高產(chǎn)量，省卻了拆建費(fèi)用，一次性投資相對(duì)較低，經(jīng)濟(jì)效益更大。五、項(xiàng)目應(yīng)用案例及效果我院與北京化工大學(xué)合作進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真計(jì)算， 建立了多場(chǎng)耦合計(jì)算機(jī) 仿真模型，以獲得豎罐