梅钢4#烧结环冷低温余热利用及废气排放治理实践

王东 上海梅山钢铁股份有限公司

1 背景介绍

梅钢4#烧结是2007年依据宝钢总体规划新建的一台450m2烧结机。对环冷机一段、二段的烟气余热设置了余热锅炉，进行余热回收利用，产生的过热蒸汽供入厂区管网，同时余热锅炉采用烟气再循环模式，通过用循环风机送回到环冷机下部风箱内冷却矿料。4#烧结环冷机于2021年1月进行了改造，环冷机密封改造为水密封，同时对2#、3#、4#机下鼓风机进行了改造，改造后的鼓风机参数为 250kW、3.1kPa、20.5万 Nm3/h（原5#鼓风机备用）。目前，环冷机三段机其后部的烟气由于温度较低，未进行余热利用，矿料冷却后的废气直接排入大气，在烧结系统开停机时排放口有明显扬尘出现，连续生产时目视有大量热废气涌排，造成能源浪费。

2 烧结环冷低温余热利用及废气排放治理

2.1 低温余热资源情况

2.1.1 现场测量参数

为了更好的对4#烧结环冷机低温余热部分的烟气热量进行分析，并有效开展环冷余热回收系统改造，组织技术人员对环冷机三段及以后的烟气流量、温度进行了实地测试，根据现场实测参数，环冷机三段及以后的低温烟气流量约60万Nm3/h。

2.1.2 余热资源分析

参考目前国内已运行的同类烧结机运行情况，环冷机进口的给矿温度平均在700～800℃之间，烧结矿冷却过程中，烧结矿所携带的热量被转换成废气显热，废气温度从前到后逐步降低，矿料温度最终冷却至约120℃后进皮带输送机输送至后续工序。

此处假定，环冷机的落矿温度为700℃（t1），比热为0.94kJ/kg·℃；冷却至二段尾部矿料温度为380℃（t2），比热为0.74kJ/kg·℃；冷却至环冷机尾部的矿料温度为120℃（t3），比热为0.5kj/kg·℃；环冷机烧结矿冷却的鼓风温度为150℃（t4）（即现有一段、二段高温烟气配套环冷机余热锅炉出口烟气温度），比热为1.035kJ/kg·℃；环冷机的产量约603t/h（按照1.35的烧结利用系数）。

通过核算环冷机一、二段烧结矿的放热量：

一二段环冷机冷却风的吸热量为Qc1=Qh1=55792.6kW。

假定一二段鼓风冷却生成的高温烟气平均温度为420℃（t5），其比热为1.096kJ/kg·℃。

经过计算，鼓风冷却风量：

经计算，一段、二段环冷鼓风冷却风量基本与现场高温段余热锅炉循环风机匹配，一段、二段假设成立。

通过核算环冷机三段及其之后（将烧结矿冷却至120℃）烧结矿的放热量：

三段及以后环冷机冷却风的吸热量为Qc2=Qh2=33345.9kW。

假定三段及以后鼓风冷却的烟气平均温度为240℃（t6）（热风烧结烟气温度、环冷机三段烟气温度及环冷机四段烟气温度平均值），烟气比热为1.056kJ/kg·℃，烟气循环回风温度90℃，烟气比热为1.023kJ/kg·℃。

经过计算，鼓风冷却风量：

经计算三段及以后矿料冷却所需冷风量约57.7万Nm3/h即可满足矿料的冷却要求。现场实际2#、3#、4#总冷却风量约62万Nm3/h，因此在环冷机冷却风进口温度提升至90℃时，改造后的低温余热回收系统依然能满足矿料的冷却要求。

2.1.3 余热回收系统参数

综合现场测量的数据及理论计算数据，考虑后续实际矿料产量、矿料温度都有提高的可能，环冷机三段及以后的烟气总流量放10%裕量，取62万Nm3/h。其中，热风烧结取烟4万Nm3/h、三段及四段前部低温余热锅炉取烟48万Nm3/h、四段后部热水加热器取烟10万Nm3/h。正常运行时，环冷机正常运转时，2#鼓风机停运，3#鼓风机更换为循环风机，4#鼓风机根据矿料的冷却情况变频运行，5#鼓风机停运。

2.2 改造内容

环冷机三段前部热风烧结保持不动，其余三段及四段前部的热烟气设置一套机上布置的低温低压余热锅炉，配套螺杆发电机组。环冷机四段后部低温热烟气设置一套热水加热器，用于烧结工段拌料使用，一方面节省饱和蒸汽，另一方面提高混合料料温，降低烧结固燃消耗，同时还可以降低环境污染。采用烟气全循环技术，既保证了烧结矿的冷却效果，又实现全环冷废气零排放。

2.3 改造后系统的主要技术参数

低温锅炉技术参数见表1，螺杆发电机组技术参数见表2，热水加热器技术参数见表3。

表1 低温余热锅炉性能参数

表2 螺杆发电机组性能参数

表3 热水加热器技术参数

3 效益

3.1 改造后增加的工程效益

烧结环冷机低温余热回收发电功率2100kW，同时产生45t/h的热水供烧结生产物料加水用。

3.2 经济效益

全环冷低温余热系统改造完成后，低温余热回收后，每套烧结环冷机每小时增加约1950kWh的发电量；考虑峰、谷电费，平均电费按0.52元/kWh计算，每年发电收益为851.76万元；系统所有用电设备的厂用电总负荷为1010kW，扣除原2#、3#鼓风机负荷400kW。

厂用电计算负荷为610kW；考虑峰、谷电费，平均电费按0.52元/kWh计算，每年电费为266.44万元；除盐水为1t/h×10.71×8400h=8.996万元；工业水为39.82万元。每台烧结机生产热水45t/h、温升80℃，回收热量约15120MJ/h,按照20元/t单价计算为756万元。

改造后增加的年利润（余热产出）：1292.51万元。

3.3 环境价值

余热回收系统改造之后，做到了全环冷废气零排放，解决了烟气无序排放的问题，净化厂区的环境，实现了清洁生产。

3.4 社会间接效益

低温余热回收系统改造后，单套每小时回收30t/h的低压饱和蒸汽，每小时净发电1340kWh，同时产生45t/h的热水。节约标准煤7000kcal/kg～（1275.6+3311）t/a，同比至少可减排18373.58t的CO2。

4 结语

梅钢4#烧结环冷机三、四段分级余热回收、热废气循环利用改造项目，既解决环保排放问题，又回收了余热能源，是高质量、可持续并实现双赢的环保。