上置式烧结余热锅炉在环冷机余热回收利用实践

崔新房，尤德峰，赵宇龙，刘 涛，钱惠明，徐德坤

（宁波钢铁有限公司，浙江宁波 315807）

前言

宁波钢铁有限公司现有2 台430 m2烧结机，每台烧结机配套1 台470 m2环冷机，对烧结矿进行降温冷却。其中1#烧结机2005 年投产运行，2010 年通过技术改造实现了对1#烧结机环冷机的烟气余热回收利用，取得了显著经济效益和社会效益。2#烧结机2012年投产运行，虽然建设之初预留了余热回收设施空间，但随着国家环保要求的提高，新建的2 台烧结机烟气脱硫脱硝设施已将其空间占据，导致环冷机余热回收利用设备安装空间不足。为解决该难题，2019 年，宁钢采用上置式环冷机余热锅炉系统，成功实现了2#烧结环冷机余热回收利用，并取得了很好的经济效益。

1 余热资源分析

烟气余热是指被考察体系排出的烟气可释放的高于环境温度的热量和低位发热量。在进行烟气余热回收设计时，需要对系统的余热资源进行仔细分析，考虑余热资源的热负荷稳定性、烟气温度和流量、烟气成分及场地等条件［1］。

宁钢2#烧结环冷机的平均烧结矿处理能力为550 t/h，料层厚度约为750 mm，配套鼓风机5 台，单台鼓风机流量为565 000 m3/h，鼓风机全压4 500 Pa，进入环冷机台车的烧结矿平均温度为517～578 ℃。环冷机高温段1～7 轴风箱处烟气平均温度约为250 ℃，最高可达280 ℃，烟气主要成分为空气，环冷机烟气余热热负荷较稳定，具有回收利用价值。但要实现回收利用，系统还存在如下问题：

（1）环冷机密封效果较差，漏风较为严重，需要进行密封改造。

（2）周边场地空间狭小，没有足够的预留场地布置余热回收系统的设备安装位置［2］。

2 工艺方案

2.1 烟气系统

根据有关资料和工程实践经验，在烧结矿温度为700 ℃，料层厚度为1 650 mm，介质初期温度为120 ℃的条件下，进行余热回收利用时，烧结矿最适宜取用烟气量为 700～750 m3/（t 烧结矿），带入冷却机的烧结矿显热的回收率较大［3］。由于本项目的烟气温度较低，按照资料推荐的烟气量取值势必造成烟气量过大，烟气温度下降，不利于对烟气余热的回收利用，故按照推荐烟气量的50 %～70 %取用，选取额定烟气量为280 000 m3/h。

常规烧结环冷机余热锅炉烟气余热回收系统是在环冷机附近新建1 座余热锅炉，增加1 台烟气循环风机。循环风机通过烟气旁通管道将环冷机高温烟气引入余热锅炉，经过余热锅炉换热后再返回环冷机烧结矿料层下的下部风道，对烧结矿进行循环冷却。烟气循环风机、余热锅炉及其附属设备的安装均需新增设备安装场地，但宁钢2 台烧结机附近的空间比较狭小，在新增了2 台烧结机烟气脱硫脱硝工艺系统设备后，已经无法提供余热回收利用系统设备的安装场地，同时，该系统的烟气循环管路需要从环冷机上部烟罩敷设到外置的余热锅炉换热集管箱，再由集管箱烟气出口经过循环风机返回到环冷机的下部风道。烟气循环管路长，系统阻力大，所需循环风机功率大，烟气热量损失高，余热回收利用率低，经济利用价值低［4］。

上置式环冷机余热锅炉系统是将余热锅炉换热集管箱直接布置在环冷机上部烟罩的上部，通过一段DN 3 000 烟气管将环冷机上部烟罩与余热锅炉换热集管箱的烟气入口连接起来，并在这段烟气管中间安装1 台DN 3 000 电动蝶阀，用于控制进入余热锅炉换热集管箱的高温烟气量。经过换热后的烟气从换热器集管箱上部的烟气出口引出，通过循环风机再次返回环冷机的下部风道，对烧结矿进行再循环冷却。该系统烟气管路短，工程投资低、余热损失低，可以明显提高余热的回收利用效率。改造后的烟气系统工艺流程图见图1。

图1 烟气系统工艺流程图

2.2 汽水系统

余热锅炉采用立式自然循环双压锅炉，高温烟气自下而上通过余热锅炉换热器集管箱。为增大换热面积，强化换热效果，受热面全部采用螺旋翘片管结构。为安装方便，余热锅炉换热集管箱采用模块化结构，自下向上分别是中压过热器、中压蒸发器Ⅰ、中压蒸发器Ⅱ、中压省煤器、除氧蒸发器、水预热器6个模块，各模块叠加后安装在框架梁上。中压汽包、低压汽包及除氧器安装在顶部钢结构支撑梁上。余热锅炉结构图见图2。

图2 余热锅炉结构图

由于宁钢3#蒸汽发电机组（即1#烧结环冷机余热回收系统的蒸汽发电机组）的汽轮机没有达到满负荷运行，可以继续新增蒸汽量，且发电机组的凝结水富余量能够满足本系统对锅炉给水的需要，所以，在进行余热锅炉系统设计时，余热锅炉的供水由宁钢3#蒸汽发电机组的凝结水系统供给，不需要新增除盐水的制备系统，产生的蒸汽就近并入1#烧结环冷机余热锅炉的蒸汽管网供3#蒸汽发电机组发电。

2.3 余热锅炉主要技术参数

余热锅炉的主要技术参数见表1。

表1 余热锅炉主要技术参数

由于低压蒸汽品质相对较低，由烧结送至3#机组发电的效率及经济性较差，所以，原则上2#环冷机余热锅炉的低压汽包只负责余热锅炉给水系统的自用除氧功能，在正常生产情况下，无需考虑低压蒸汽外送。为了提高蒸汽发电量，设备运行中应尽可能提高中压蒸汽量，减少热效率低的低压蒸汽量。

2.4 设备改造

2.4.1 烟气系统设备改造

为节约空间，余热锅炉换热器安装在环冷机高温段烟罩的上部。在环冷机高温段上部烟罩顶部开孔引出烟气管道，并在引出的管道上安装DN 3 000电动蝶阀用于控制烟气流量。在环冷机高温段与低温段之间安装一块隔热挡板，用于防止高温烟气窜入低温段，造成高温烟气损失，提高高温烟气余热回收量。

取消原环冷机的1#空气鼓风机（电动机额定功率1 000 kW），在原鼓风机基础上安装系统所需的烟气循环风机（电动机额定功率1 120 kW）。风机改造后，电动机的额定功率虽增加了120 kW，但对比宁钢1#烧结环冷机烟气余热回收系统的3 800 kW 烟气循环风机电动机额定功率，本系统所需电动机的实际功率明显降低。

在环冷机下部风道对应上部烟罩高、低温段分界处安装一道双扇隔绝门，用于隔绝烟气循环风机与环冷机2#空气鼓风机的风量，保证本系统的烟气闭环运行。当环冷机检修时，可以打开隔绝门用于清理下部风道内的积灰。

改造后的烟气系统，烟气由DN 3 000 电动蝶阀进入换热器集管箱，再从集管箱上部烟气管道出口进入到循环风机，经循环风机返回到环冷机下部风道，继续对烧结矿进行循环冷却。

2.4.2 密封改造

为了降低环冷机的漏风量，提高高温烟气余热的回收利用率，需对环冷机进行密封改造。密封改造的范围为环冷机底部风箱与台车下栏板之间的滑道密封、三角梁体与台车下栏板三角梁口之间的密封、环冷机台车上栏板与门型罩之间的密封［5］。

（1）密封橡胶技术参数

密封橡胶材质采用耐高温阻燃硅橡胶和三元乙丙橡胶。其中，硅橡胶用于三角梁密封及余热回收段滑道密封，三元乙丙橡胶用于非余热回收段滑道密封。橡胶性能需满足表2 所列的技术参数要求。

表2 密封橡胶的技术参数

（2）环冷机台车栏板与门型罩之间的密封改造

密封罩与台车栏板之间的密封采用镀锌板外加橡胶板密封。台车栏板上增加密封面，门型罩上焊接楔铁座，将镀锌板及密封橡胶板安装后再安装压板，最后用楔铁固定，楔铁用焊接铰链固定在门型罩上。镀锌板的厚度为1 mm，橡胶板采用硅橡胶材质，硅橡胶的厚度为15 mm，耐热250 ℃。为方便安装维护，密封板固定在门型罩下沿，给矿漏斗端部设置圆弧板，有效过渡，避免出现撕裂损坏。

（3）滑道密封

台车下侧密封采用动密封加静密封结构，密封板采用硅橡胶材质，硅橡胶的厚度为15 mm，耐热250 ℃。动、静密封板固定均采用压板，其中静密封固定楔铁座需全部拆除，按照每块静密封板具有互换性，重新焊接静密封固定楔铁座。

现有台车栏板更换内、外圈各10 块，台车密封板内、外圈全部加固焊接保证同轴度。在滑道侧板处固定异形橡胶摩擦板，异形橡胶的形式参照原有滑道密封形式。

（4）三角梁密封

密封板采用硅橡胶材质，硅橡胶厚度15 mm，胶板用螺栓固定在小栏板的角钢框上，每组密封胶板具有互换性。

3 该系统的主要性能特点

（1）由于余热锅炉换热器集管箱直接安装于环冷机的上部，烟气循环管路短、系统阻力小，循环风机所需要选用的电动机额定功率小，节省耗电量。该系统管路的阻力小于1 000 Pa，选用的循环风机电动机的额定功率为1 120 kW，而1#烧结环冷机余热锅炉换热器集管箱的烟气侧管阻为2 500 Pa 左右，所选用的循环风机电动机额定功率为3 800 kW，循环风机电动机的额定功率降低了2 680 kW。

（2）烟气循环管路短，减少了高温烟气的热量损失，提高了余热的回收利用率。

（3）该项目由于采用了上置式余热锅炉和利用原环冷机鼓风机的基础安装烟气循环风机，不需要在环冷机周围新增设备安装的地面空间，解决了烧结机区域狭小、改造设备安装困难的问题，并降低了项目的投资和系统所需要的总动力负荷。

4 实施效果

该项目自2019 年8 月正式投产以来，整体运行稳定，效益显著。2020年、2021年、2022年系统产生蒸汽总量见表3。

表3 年产蒸汽总量

扣除检修停产等情况，2020年到2022年该系统平均小时产汽量见表4。

表4 平均小时产汽量

由表4可知，中压蒸汽量远大于设计值，低压蒸汽量满足了给水自除氧的需求，少量富余的低压蒸汽并入蒸汽管网发电，系统运行达到了设计要求。

5 结论

通过上置式环冷机余热锅炉系统的应用，实现了宁钢2#烧结环冷机余热的回收利用，通过对环冷机的密封改造，减少了漏风量，提高了余热的回收率，该系统结构简单、投资低、效益显著，对一些因空间狭小而设备布置困难的钢铁企业进行环冷机烟气余热回收利用改造，具有参考意义。