我国烧结余热利用现状分析
苏亚红
(冶金工业信息标准研究院 北京 100730)
摘要：我国烧结余热回收利用率与日本等先进国家相比有很大差距，为此国家制定烧结余热回收相关标准和给予经济政策支持非常重要。分析了国内烧结余热利用现状及其回收方法，并把余热回收发电作为未来发展的方向。
关键词：烧结余热利用；现状；分析
中图分类号：TF046；TFl2 文献标识码：B 文章编号：1003-0514(2009)04-0039-05
据统计，日本新日铁公司余热回收率已达92％以上，能耗费用占产品成本的14％。我国先进企业，如宝钢余热余能回收率为68％，其能源费用占产品成本的21．3％；邯郸钢铁公司能源费用占成本的26．55％。而大多数钢铁企业余热余能回收率低于50％，能源费用占产品成本30％以上。这说明，我国钢铁工业节能降耗的潜力还很大。
烧结工序能耗约占冶金总能耗的12％，是仅次于炼铁的第二大耗能工序。我国烧结生产的能耗指标和先进国家相比，差距较大，烧结工序余热利用率还不足30％，平均每吨烧结矿能耗要高出20kg标煤。国内先进企业烧结工序的燃气单耗一般为0．065 GJ／t，而先进国家的指标已达0．025～0．03GJ／t。日本20世纪80年代中期烧结厂冷却机废气余热利用普及率就已达57％，而烧结机主烟道烟气余热利用的普及率也达到了26％。
随着我国烧结机的大型化，烧结矿在冷却过程中产生的高温废气越来越多，如马钢每台带式冷却机面积为336 m2，每台带冷机前三个烟罩排烟温度平均可达380℃，总排气量近40万m3／h。回收和利用这些余热是节约能源、加强二次能源回收利用最有效措施，同时减少排往大气的烧结废气量也降低了烧结废气除尘及脱硫等设施的费用。余热回收系统是通过吸收利用烧结矿的废气温度增加蒸汽附加产品，再将蒸汽利用到生产中。蒸汽的毛利率远高于烧结矿的毛利率，至少在50％以上，另外也可以用于发电，从而摊薄烧结矿的成本，提高烧结的利润率。因此，余热回收系统已经成为烧结工艺中不可缺少的重要部分。
1 烧结余热利用标准制定的必要性及国家政策
目前，我国正处在经济持续高速发展时期，今年又是完成“十一五”节能减排任务关键一年，钢铁企业积极实施烧结余热回收不仅可以为其带来经济效益，而且也是社会责任的体现。国家对节能环保也加大了支持力度，对环保达标的企业给予补贴(投资4万亿中包括对环保的支持，如2009年安钢的“烧结余热高效回收发电关键技术开发”项目获得了国家资金补助500万元)，《钢铁产业发展政策》提出：“钢铁企业必须发展余热、余能回收发电”，2009年《钢铁产业调整和振兴规划》中也明确指出了节能减排任务和效果。
虽然许多企业陆续实施了节能环保措施，但目前衡量节能环保优良的指标标准仍不健全，对企业申请节能环保补贴也就无据可循，为此余热回收措施实施是否科学、合理就需要制定相应的标准作为衡量的参考。烧结余热回收是我国重点推行的一项节能措施，为此必须要先制定相应标准，标准可以把烧结余热回收具体化、科学化、规范化，使节能环保落到实处。
另外我国在节能环保方面相对发达国家来说刚刚起步，采取的工艺和设备仍有待时间考证，如2008年4月8日国家环境保护部颁布《清洁生产标准钢铁行业(烧结)》标准，要求2008年8月1日实施，但2008年全国重点钢铁企业烧结生产技术指标，大多数没有达标，达到清洁生产一级的很少，其原因非常复杂，因为节能环保设备和工艺很多，不同的企业选择哪种工艺和配套设备只能在实践的过程中慢慢摸索和确定，而且有些企业以前在设计过程中根本就没有为添加环保设备预留空间，目前改造起来成本较高且难度很大。
2 烧结余热可利用情况
烧结生产过程可被回收利用的是烧结烟气显热和冷却废气显热，两者之和占烧结工序能耗总热量高达50％。据统计烧结机的热收入中烧结矿显热占28．2％、废气显热占31．8％。由于各厂配料不同，采用的工艺不同，烧结机建设水平不同，烟气和废气的具体参数差别较大。由于技术问题，目前我国余热利用主要是冷却废气显热这部分，而烧结烟气直接排入大气。
2．1烧结烟气
一般烧结厂烧结烟气平均温度≤150℃，所含显热约占烧结工序能耗总热量的13％～23％，机尾烟气温度达300～400℃，这部分热源回收是将烧结机主烟道尾部几个温度较高的风箱的烟气抽出，经除尘器后布置的蒸发器受热面换热，再将换热后的烟气送回主烟道或用于热风烧结。
其技术难点在于烧结机烟气含硫量、含尘量较高，需要解决受热面腐蚀问题和受热面积灰问题，还要保证混合烟气的温度高于露点。一般烧结机烟气余热是否回收要视主烟道设计及运行具体情况考虑。
2．2冷却机废气
冷却机废气温度在100～400℃之间，其显热约占烧结工序能耗总热量的19％～35％，但烧结余热热源品质低，低温部分所占比例大，回收效率有时不尽人意，而且烧结矿冷却过程中，带冷机烟囱排出的废气温度逐渐降低，烟气温度从450℃逐渐降低到150℃以下，高温部分温度在300～450℃之间，根据测量，这部分废气占整个废气量的30％～40％，低于300℃的废气量占所有冷却废气量的60％以上。
日本住友和歌山4号烧结机对烧结烟气和冷却机热废气进行余热回收利用，回收循环利用热量达30％。它采用机上冷却的方式，面积为189 m2，在机上冷却段分两段布置两台余热锅炉产生中压过热蒸汽，供给自备发电站用于发电，并且从一级省煤器后抽出热水作为自备电站锅炉预热供水。
3 烧结余热回收方法及用途
目前我国烧结余热利用有两种方法，一类是烟气和汽水自然循环，通过直接或间接换热方式把水加热成蒸汽，该方式投资少，见效快，但废热利用率不高。另一类是烟气、汽水系统强制闭路循环，同时考虑环保，系统比较复杂，自动化程度高，部分可直接发电，该方式废热利用率高，但投资大，建设周期长，同时核心技术由国外掌握。一般来讲，同样的冷却机，采用第2类方法在蒸汽品质提高1倍的情况下，蒸汽的产量是第l类方法的3倍左右，并可发电。但投资是第1种方法的15倍到20倍。在国内，第1种方法应用得非常广泛。但随着环保要求、国家节能政策实施和节能标准的出台，第2类方法应用前景会越来越广泛。
烧结余热回收热量可用于预热点火煤气、热风点火、热风烧结、生产蒸汽或余热发电等。因方法不同及技术差异，一般可生产蒸汽量30～90 kg／t烧结矿，降低工序能耗3～10kg标准煤／t烧结矿。据统计邯钢对90 m2烧结机烧结矿显热回收，年产蒸汽8×1 04 t，折合标准煤9 000 t以上；唐钢炼铁北区2号烧结机环冷余热回收装置产生蒸汽，用于预热混合料，工序能耗降低1．5 Kgce／t。烧结尾矿余热回收尾矿在600～800℃时，可通过热风回收炉作为蒸汽予以回收，可实现节能9 kgce／t矿。宝钢烧结余热锅炉蒸汽回收降低工序能耗约2．5 kgce／t。对于50 m2以下的烧结机回收余热在经济效益上是不合算的。
3．1烧结余热利用工艺及发展方向
烧结余热回收大致分为四大类：A)冷却机余热回收系统；B)冷却机+烧结烟气回收系统；c)冷却机+烧结机气体循环余热回收系统；D)新型机冷式烧结机余热回收系统。其中A类只能回收冷却机排出气体的49％；烧结机余热回收系统是从烧结机尾部的高温废气中回收热量，通过余热锅炉出口的蒸汽温度大约为200℃；烧结气体循环余热回收系统是将烧结段和烧结矿冷却后的高温废气引入锅炉，余热锅炉所排出的气体再送入烧结料层，由于循环气体送入烧结，大约可回收输入总热量的23％，从而降低了焦粉消耗。以上三种系统的联合体为新型的机冷式烧结工艺。
未来烧结余热利用将不仅局限在冷却机余热利用，将逐步扩展到大烟道、烧结机等所有存在余热的地方。并且余热利用设施将向大型化联合设备方向发展，不仅能与生产有机结合，同时余热利用最终产品也将多样化，不仅局限于蒸汽，更多转换为便于利用的电或其他产品，并能逐步实现规模化，最终形成比较完善产业。
3．2梯级取热进行烧结余热回收
根据实践，余热回收可采用梯级取热方式，即将带冷机余热不同的温区分为高、中、低三个回收段，根据不同温区余热品质和热工特性，分别采取不同的技术手段加以分区回收，回收方案如表1。
对于带冷机后部最后剩余的150℃左右的废气，可用作解冻库的热源对原料进行解冻，由此替代原来所用的高品质燃气，可节约大量能源。采用梯级取热方法能将70％以上的余热废气量和近80％的可用余能加以有效地回收利用，可大量节约能源消耗，提高产品质量和降低生产成本。
3．3热管式余热回收技术
热管作为一种高效的传热元件与传统换热器相比，有传热效率高、阻力损失小、结构简单等优点。烧结生产中余热属中、低品位余热，利用热管式余热回收装置可以使回收效率大大提高，它是中温(300℃左右)气-气热交换最理想的换热装置。例如，在环冷烧结机上热管换热器大多用于回收300℃左右的中温余热；在机冷烧结机上因烟气流量较大，温度低，含尘高，使余热回收利用困难。首钢采用气-汽热管换热器回收机冷烧结机上烟气余热用以产生蒸汽，供给二次混料机预热烧结混合料，(要求过热蒸汽温度达到180℃左右)实现了烧结系统生产用汽自给有余。
3．4．余热发电
我国与先进国家相比，利用烧结低温余热发电技术才刚刚起步，成功的有马钢2台300 m2带式烧结机低温余热利用发电、唐钢低温余热蒸汽发电项目、武钢435 m2烧结环冷机低温烟气余热发电项目、济钢320 m2烧结机余热发电、安钢360 m2和400 m2烧结机和承钢360 m2烧结机余热利用技术改造等。通过余热回收系统，在得到蒸汽的同时，还可以获得电能，一举两得。最重要的是电能要比蒸汽创造的价值更大，对降低烧结矿成本的贡献率更高。甚至可能成为主导产品，利润高于烧结矿本身。其次电能比蒸汽的利用率更高，商品化的程度更强。电能可以储存，蒸汽却无法实现。
纯低温余热发电技术以充分利用工业余热，统计数据表明，一个年产钢铁．500万t的企业仅烧结及饱和蒸汽两项余热发电，即可全年发电约2．8亿度，可为企业增收1亿多元。
1)马钢。
马钢2004年从日本川崎引进一整套利用烧结冷却机余热发电系统，包括：废气锅炉、汽轮发电机组、汽轮发电机控制系统以及部分阀门等，采取两座废气余热锅炉配一台17．5 MW发电机组，在第二炼铁总厂2台300 m2烧结机上实施，年产烧结矿约700万t。该系统于2005年9月并网发电，年发电0．7亿kW／h，经济效益在4 000万元以上，节约能源3万tce。这意味着每年减少CO2排放约8万t，减少SO2排放约300 t。它是我国第一套余热发电系统，开辟了中、低温余热资源热回收利用的新途径。
2)济钢。
济钢320 m2烧结机余热发电工程2006年5月开工，2007年3月投产，年发电为65 600 MWh，相当年节约标准煤20 947 t，年创经济效益1 450余万元。能负担烧结厂35％～40％，的用电量。
另外，安钢400 m2烧结配置独立的环冷机热废气余热发电系统，2008年9月并网成功。沙钢新建6号、7号360 m2烧结机，回收环冷机热废气，用余热锅炉生产蒸汽，送余热电厂集中发电。武钢烧结厂现有4个烧结车间，共有7台烧结机，有效烧结总面积l 530 m2。其中，一烧车间设有4台75 m2烧结机；二烧和四烧车间各设有1台435 m2烧结机；三烧车间设有1台360 m2烧结机，共配备3台余热锅炉，2009年1月并网发电。昆钢三烧“5MW低温余热电站”(第一个全部采用国产设备、拥有独立自主知识产权的余热发电工程，发电量5 340 kW／h)、昆钢集团玉溪新兴钢铁厂烧结余热电站2008年1月投入了运行，发电机组装机7．5 MW，每年能减排二氧化碳5787 t，解决新兴钢铁公司烧结作业区45％的用电量，国内还有多个烧结余热电站正在建设中。
4 提高回收余热能力的技术措施
4．1 稳定烧结生产，控制烧结终点
提高进入冷却机的烧结矿温度是提高热回收量的重要途径。从热回收的角度看，烧结终点控制在靠近排矿端是有利的。据日本研究，在保证烧结矿质量、成品率并同时满足余热回收的烧结终点位置控制在最后一个风箱的前半部最合适。冷却机第一段废气温度可达400～450℃。
4．2提高冷却介质初始温度
提高冷却介质初始温度是提高热回收率的有效方法，是控制并稳定热回收量变化的可靠措施。有关研究表明：当冷却介质初始温度为50℃时，热交换后的介质终温比常温时高15℃；当介质初始温度为120℃时，介质终温比常温时高45℃。为提高冷却介质初始温度，应采用热风循环方式，设置热废气循环风机，将经热交换后的冷却介质经冷却机强制循环，同时减少粉尘排放量。日本和歌山厂生产实践，采用热废气循环系统，使热回收率提高40％，热废气回热温度140～160℃。
4．3提高冷却机料层温度
料层是影响烧结矿冷却速度和冷却介质终温的主要因素。据统计冷却机料层厚度每提高0．1 m，废气温度提高10℃。而且料层越厚，冷却越趋均匀，温度波动越小。
4．4加强密封和保温
改善冷却机台车与风箱之间、台车与烟罩之间密封，降低漏风率，对烟罩、风管、锅炉及蒸汽管道等加强保温措施。
总之，烟气余热和冷却机废气余热，烟气(废气)实现闭路循环，粉尘通过余热利用集灰系统收集，减少粉尘排放量，改善生产环境，并可回收含铁粉尘，提高循环利用率，节约资源。以马钢2台300m2烧结机为例，可回收含铁粉尘10 t／月。
5 结 论
1)我国目前许多烧结余热回收率不太理想，与国外有一定差距，许多能源没有得到合理利用，为了节能环保必须根据烧结余热的特点采用合理的回收工艺和方式。
2)烧结余热回收标准化的推进是工业化进程的一大进步，其标准制定工作是一个系统工程，但建议制定的标准不宜太复杂、数量不宜太多。
3)我国烧结余热回收取得了初步成功，回收方式各异，其中马钢、济钢、武钢、太钢利用余热发电实践效果较好。
4)烧结余热利用指标标准的出台将是评估烧结工序节能好坏的标尺。
参考文献
[1] 李晋东．烧结余热利用现状及发展[J]．冶金设备管理与维修，2008,1：35(3)：42．
[2] 闰为群．烧结余热回收利用途径探讨叭河南冶金，2007，15(3)：37．
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