燒結機降塵煙道余熱的回收

2019-06-19 08:45:29

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一、概述

根據2011年6月10日，國家鋼鐵網統計數據，全國鋼鐵業燒結機臺數在1200臺以上，其中，已裝脫硫裝置的燒結機比例僅占15%。在鋼鐵生產過程中，燒結工序的能耗約占總能耗的10%，僅次于煉鐵工序。在燒結工序總能耗中，有近50%的熱能以燒結機煙氣和冷卻機廢氣的顯熱形式排入大氣，既浪費了熱能又污染了環境。燒結不僅數量大，而且可供回收的熱量也大，但由于廢氣溫度均低于400℃，所以如何回收其中的低溫余熱，進一步降低燒結生產能耗是我國燒結礦生產企業面臨的節能技術課題（摘引自冀留慶等“燒結機廢氣余熱利用”一文）。

二、燒結機煙道余熱回收設備布置方式

?燒結機外置式余熱回收裝置

現有鋼鐵生產設備中，燒結機的帶冷機或環冷機的廢氣余熱，已普遍回收利用以產生過熱蒸汽，用以發電或作它用。但燒結機本身的廢氣余熱尚未普遍回收利用，只有少數鋼鐵企業采用了外置式余熱回收裝置（余熱鍋爐、翅片管式蒸汽發生器、熱管式蒸汽發生器等）。眾所周知，燒結機在點火后，隨著燒結臺車由機頭往機尾移動，利用煙道上的引風機抽吸助燃空氣進行反燒，其燃燒后的廢氣經由十幾對風管通入煙道排向煙囪。經由單煙道或者雙煙道排向除塵器及脫硫裝置。

燒結機外置式余熱回收裝置如圖1所示：

圖1.燒結機外置式余熱回收裝置示意圖

燒結機外置式余熱回收裝置存在的缺點是：

（1）外置式布置增加了占地面積；

（2）增加了6個煙道閥門，增加了設備投資；

（3）對于未被引出的其它一些風管的具有余熱回收價值的廢氣，不能累加利用，即不能做到能源梯級利用。

?燒結機內置式余熱回收裝置

對于蒸發器和過熱器直接安裝在煙道上,稱之為內置式余熱回收裝置，它不允許管道內漏水,否則會腐蝕管道。

一種內置于燒結機煙道上的熱管余熱鍋爐系統，包括燒結機的煙道、蒸汽過熱器、煙道蒸發器、汽包、熱力除氧器、水處理及給水系統，其特征在于：所述蒸汽過熱器和煙道蒸發器連接在煙道上,在煙道之間還連接預熱器；所述水處理及給水系統的出水端連接一級水預熱器的進水端，一級水預熱器的出水端連接熱力除氧器的進水端，熱力除氧器的出水端連接二級水預熱器的進水端，二級水預熱器的出水端連接汽包的進水端，汽包的出水端分別連接煙道蒸發器的進水端,煙道蒸發器的出水端連接所述汽包，汽包的出氣端連接蒸汽過熱器的進氣端，蒸汽過熱器的出氣端連接減溫器。

內置于燒結機大小煙道上的熱管余熱鍋爐如圖2、圖3所示：

圖2.燒結機內置式余熱回收裝置示意圖

三、燒結機煙道余熱回收熱管式鍋爐與翅片管鍋爐的對比

熱管式余熱鍋爐

熱管式余熱鍋爐主要由熱管式蒸汽發生器、鍋筒、外部連接管路、過熱器、水處理系統及自控系統等組成。它與翅片管式余熱鍋爐不同之處蒸汽發生器的結構不同。前者是熱管式蒸汽發生器，后者是翅片管式蒸汽發生器。其它如鍋筒、外部連接管路、過熱器、水處理系統及自控系統等兩種方案完全相同。熱管式余熱鍋爐本體結構如圖3所示

圖3.熱管式余熱鍋爐本體結構圖

圖4.熱管式蒸發器工作原理圖

翅片管式余熱鍋爐

翅片管式余熱鍋爐與熱管式余熱鍋爐不同之處僅在于蒸發器機構是由翅片管組成，其余部分，兩種方法完全一樣。翅片管式余熱鍋爐本體結構如圖5所示。

圖5.翅片管式余熱鍋爐本體結構圖

翅片管式蒸發器工作原理：

翅片管式蒸發器的工作原理如圖6所示。它主要由翅片管式蒸汽發生器、鍋筒、外部連接管路、過熱器、水處理系統及自控系統等組成，其主要工作原理為：帶式冷卻機高溫熱廢氣對蒸汽發生器換熱管束不斷提供加熱熱源，換熱管束內的除氧軟化水吸熱汽化由蒸汽上升管引入汽包進行汽水分離，分離后的飽和水經液體回流管流入蒸汽發生器的換熱管束,重新進行加熱汽化，形成連續的產汽及汽水分離循環系統。而熱力除氧軟化水則直接補給到汽包中。

圖6.翅片管式蒸發器工作原理圖

熱管式余熱鍋爐與翅片管式余熱鍋爐的對比

熱管式余熱鍋爐與翅片管式余熱鍋爐都能達到技術要求,即都能產生相同壓力為、相同過熱溫度、產量相同的過熱蒸汽。但這兩種結構余熱鍋爐各有優缺點，特分析比較如下：

（1）由于熱管比較適于低溫差傳熱以及熱管沿管長的等溫性能較好，因此熱管式蒸發器換熱效率要略高于翅片管式蒸發器；

（2）如果單根熱管的加熱段損壞（而冷凝汽化段不易損壞），對該熱管所在的那排管組的換熱工作影響不大，更不會影響整臺熱管式蒸發器的正常工作，但是對于翅片管式蒸發器而言，如果有一根翅片管損壞，則該管所在的那一排管組就會漏水、漏汽，這排管組就不能正常工作。因此熱管式蒸發器的使用壽命要高于翅片管式蒸發器；

（3）如果單根熱管的加熱段以及冷凝汽化段同時損壞，則和翅片管式蒸發器一樣，使整排管組失去正常工作。這時，這兩種方案都一樣,要把所損壞的那排管組拆卸吊下進行維修；

（4）翅片管式蒸發器不受工作溫度的限制，也即當熱廢氣溫度過高時，翅片管式蒸發器仍能正常安全工作，而熱管式蒸發器則受熱管工作溫度的限制，即當熱廢氣溫度超過420℃時，就會有爆管的危險，影響熱管的正常工作；

（5）由圖看出，熱管式蒸發器與翅片管式蒸發器相比，多了冷凝汽化段（熱管冷凝段及汽化套管），因此其整臺蒸發器的重量比翅片管式蒸發器的重量大得多，根據計算，熱管式余熱鍋爐的投資比翅片管式余熱鍋爐大了約20%。

四、燒結機煙道內置式熱管余熱鍋爐

1、余熱鍋爐各受熱面（省煤器、蒸發器、過熱器）采用直接內插入燒結機主抽除塵煙道技術，系統阻力損失小，一般阻力小于500Pa，對燒結工藝無不良影響；

2、采用模塊化設計理念，很好地解決了燒結機主抽除塵煙道場地空間狹小的限制，依據燒結機主抽除塵煙道的各單元間的實際空間，熱管余熱鍋爐分若干模塊直接內插入燒結機除塵煙道，在符合工藝要求的前提下，實現了大限度的能量階梯回收，同時系統布置靈活，不會占用燒結機其他部件布置空間，更無需占用額外的場地；

3、鍋爐受熱面采用熱管技術，實現鍋爐受熱面（高溫廢氣加熱側）與給水產汽側（鍋水吸熱產汽側）完全分離，這樣，長時間運行后，即使主抽除塵煙道內粉塵對熱管鍋爐受熱面沖刷而造成受熱面磨損及由于低溫酸腐蝕致使鍋受熱面損壞，也不會產生鍋水泄漏至燒結機主抽除塵煙道內的事故，更不會發生整個裝置緊急停車現象，保證了系統運行無安全隱患；

4、由于鍋爐傳熱元件“熱管” 傳熱效率高及各段受熱面采用內直插式模塊化布置方式，較其他鍋爐結構及外置式布置方式而言，由于該系統高安全性能，無需增設旁通管路、無需增設收塵灰斗系統及閥門等，故本項目產品金屬耗量小，投資少；

5、由于余熱鍋爐其傳熱元件熱管皆為垂直布置在主抽除塵煙道下部的收塵灰斗上，設備內換熱面降塵空間與收塵灰斗相通，熱廢氣側箱體及鍋爐受熱面熱管管束不會發生積灰灰堵現象；

采用本項目產品，對燒結機進行余熱回收后，主抽除塵煙道內廢氣溫度降低，流速減慢，利于粉塵沉降，減輕了粉塵對除塵煙道的沖刷磨損，提高了機頭除塵器的除塵效率，延長了主抽風機葉輪的使用壽命；同時，降塵管上冷風吸入閥燒結機正常運行時作為備用閥而無需開啟，降低了風機能耗，減少了粉塵在大氣中的排放，經濟效益及環保效能極為顯著；

7、本專利產品可根據不同的工況及需要，制定系統的控制要求，實現智能化控制。