球团竖炉烧结余热回收节能方案

球团厂焙烧炉节能减排

技术方案

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北京科技大学热能工程系北京碧瑞能科技发展有限公司

2011年8月

目录第一部分：设计目标

第二部分：设计原则及措施

第三部分：设计内容

第四部分：系统的经济性分析

第一部分设计目标

球团矿是炼铁主要含铁原料之一，是将精矿粉加入粘结剂混均后进行造球，再将生球加入焙烧炉中焙烧后获得的。球团厂有两座球团焙烧竖炉，产量分别为1000吨/天和1500吨/天，在现有的生产流程中，焙烧后的球团矿出炉温度达到800℃~900℃的高温，含有大量的热量没有被充分利用，热量白白散失到大气中去。

高温球团矿从竖炉底部排出后直接落到链条输送机上，经过输送机输送到具有一定高度的料仓里，达到一定量后经由汽车运走。在输送过程中球团矿自身还有大量余热没有回收利用，造成能量的损失浪费。

竖炉中燃烧后的废烟气混合其它集尘风管中的热风经过除尘后温度仍在80℃左右，烟气排放量在2*105m3/h，现有生产流程中废烟气直接排放到大气中，此部分余热也可以回收利用。现在生产流程如图1.1所示。

图1.1 焙烧系统流程示意图

冬季来临，天寒地冻，精矿粉料库很容易结冻，影响生产。需要在精矿粉料库通入暖风，保持一定室温，防止精矿粉结冻。为了解决铁精矿粉料库取暖问题，需在现有生产流程中增加一套余热回收系统，回收的余热作为暖风通入精矿粉料库。这样不仅解决了料库的供暖问题，又能减少冬季取暖费用，大大降低了企业运行成本。现在生产过程没有高温球团的余热回收系统，球团自然风冷，球团矿中含有的大量余热被浪费。

为了降低企业生产成本，减少烟气排放，可以对现有设备进行改造，有效利用被浪费掉的大量余热，以期达到节能减排的效果，但由于两座焙烧炉均已建成投产，大幅度的改造会增加工程量和设备成本，增加企业的运营成本。因此，整个改造设计将在尽量不改变原生产系统的前提下设计技术方案，达到预期效果。

第二部分设计原则及措施

该项目设计遵循“实用、高效、经济”的原则，并采用如下相关措施：

（1）实用性原则与措施：整个改造设计在不改变原来生产系统的前提下进行，充分利用之前被浪费掉的大量余热，节约能源，降低了企业的生产成本。

（2）高效性原则与措施：整个系统设计在保证了实用原则的基础上，又能提高竖炉的生产效率，现在生产中炉内通入的是常温空气，改造后通入约500℃的高温空气，入口温度升高，使得炉内反应加速，从而炉内物料的下落速度增加，增加竖炉的日处理量。

（3）经济性原则与措施：竖炉出口下部改造后竖炉中通入的常温空气更换为500℃的高温空气，节省了使空气从常温（假设30℃）升到500℃所需要的煤气。精矿粉料库通过利用余热通入暖风后无需再建锅炉外供暖气，达到充分利用余热的目的。

本次改造设计确保系统具有高效的热回收利用性能以及连续换热的特性，满足较高的安全性能。要求系统具有换热充分，回收热效率高，节约能源，使用寿命长，检修方便等特点。

总之，所设计出的余热回收系统应该达到实用、高效、经济的要求。

第三部分设计内容

遵循上述设计原则，根据现在的生产流程，首先在竖炉出口处对从出口到振动筛排出的球团（800℃~900℃）进行换热处理，换热后的热风送往竖炉内部助燃。受炉出口与输送带垂直距离与水平偏心距的限制，换热器的大小受空间体积限制，要在有限的空间内增加一台换热器，还要尽量提高其换热效率。

第二，在炉出口下部装设换热器，利用高温球团余热来预热助燃空气，球团温度降低到500℃左右，此时仍然有大量的余热可供回收，因此需要对现有输送线路进行保温密封，使空气与球团进行换热，换热后的热空气通入精矿粉料库，在冬季提供暖风。

第三，采用自除尘器处理后的热废烟气（80℃）换热，换热后的热空气通入精矿粉料库，在冬季提供暖风。

其中为精矿粉料库提供暖风的方案二选其一。

3.1利用链板机和球团余热来预热精矿粉料库空气的系统设计

根据实际测量数据，在竖炉出口下部装设换热器后就可以把助燃空气预热到500℃左右，此时落到链板机上的球团温度仍有500℃（见第3.3节）左右，因为精矿粉料库冬季有四个月的时间需要暖风供暖，所以利用链板机和链板机上的热球团矿的余热来加热空气，被加热后的空气再通入精矿粉料库中，冷空气量50000m3/h。将输送带用保温罩包裹后，在保温罩内设有一定厚度的高导热、高比表面积的金属蜂巢，系统简化为管道内的气体热交换，只是管壁的壁温不均匀。保温罩按长度36米计算，为了较好的克服气流阻力，引风机设置于从下往上24m 处，并假设两端的进风量相等，各25000m3/h，链板机上余热回收系统工作示意图如图3.1。

图3.1 链板机余热回收系统工作示意图

现在生产中使用的链板宽度为670mm，设计保温罩宽度取680mm，保温罩安装示意图如图3.2所示。经计算得保温罩高度为1000mm，空气的加热温度可达到40~50℃左右。因此，链板输送机上的球团余热回收后可以提供足够的热量供给精矿粉料库采暖用。

图3.2 链板机保温罩安装示意图

具体设计是：首先采用保温材料将链板输送机输矿槽上分支封闭起来，一方面防止热量损失；另一方面，引风机的进口风从包裹后的链条输送段中部引入，这样可使输送带上球团的热量充分预热冷空气。其次在保温材料内装设我们自行设计开发的高效强化换热插件—高导热、高比表面积的金属蜂巢，如图3.3所示。这种插件具有高的表面积，能使换热面积扩展十倍以上，同时具有高导热率，能够快速传热的特性，大大强化传热效率。

图3.3 高效强化换热插件示意图

保温罩采用上下搭接、侧面支架固定形式，，保温罩外形如图3.4所示，这种连接方式施工难度不大，在生产过程中即可安装，并且检修、维护方便。

图3.4 保温罩外形示意图

3.2竖炉下部球团余热回收系统设计

受现场空间限制，设备不能做较大改动，经过研究分析，在竖炉每个出口处各增加一套固、气换热器，该换热器可以在有限的空间内将助燃空气的入炉温度升高到500℃左右，达到使用要求。在炉出口换热还可以减少热损失，且改造工程量最小，设备停产改造时间最短，基本上不影响正常的生产要求。

根据实地现场测量，炉出口为方形口大小为1900mm*1900mm，排料收缩口为方形口大小为480mm*480mm，上下方形口中心偏差550mm，高度差为2100mm。

具体设计是：竖炉出口的位置和大小均不改变，换热器上部采用法兰连接对接竖炉出口，约900℃的球团从炉出口出来后直接进入换热器，球团走壳程，空气走管程，球团在下落的过程中与空气间接接触换热将空气加热，同时给球团自身降温。该换热器外形如图3.7所示。

为在有限的空间内增大换热面积，提高传热效率，该换热管内同样嵌入高导热、高比表面积的金属蜂巢。经计算得，经过该换热器后空气可加热至500℃左右，球团自换热器出来时温度降低到500℃左右。

图3.7 竖炉出口换热器外形图

第四部分系统的经济性分析

4.1 系统改造所需成本分析

本次改造所发生的费用详见附表：

由表4.1、表4.2分析可得对于精矿粉料库中通入暖风的改造方案：表4.1所

需要的安装费用和材料费用更低，并且安装方便，在正常生产过程中即可完成安

装；烟气利用方案必须在停产的时候再安装换热器，并且为安装、检修方便，必

须要安装操作平台，无形中又会增加一部分成本。

4.2 改造完成后的经济性分析

改造完成后系统的经济性分析如下表所示：

表4.4：精矿粉料库中暖风供暖方案经济性分析

回收热量kJ/h 5850000

1300 相当于节约煤气 Nm3/h

相当于节约煤 t/h

0.435

煤价格元/t 1500

节约燃料成本万元/年 187.2

表4.5：焙烧炉下部球团余热回收系统方案经济性分析（单台炉）

9165000

回收热量 kJ/h

相当于节约煤气Nm3/h 1800

相当于节约煤t/h 0.6 煤价格元/t 1500

节约燃料成本万元/年643.5 对于精矿粉料库中通暖风的改造，不管采用哪种方案，改造完成后所创造的

收益较改造费用提高很多，并且能对余热充分回收利用，显著的节能环保，加之

冬天即将来临，所以利用回收余热来为精矿粉料库通暖风是急需进行的。

对于竖炉下部装设换热器的改造，改造完成后为公司创造的直接收益就达一

千八百多万元，并且由此还会带来人工费、材料费、水费、电费、环保费等其他

费用的降低，所以不管是从节能环保，还是从降低生产成本角度分析，在竖炉下

部装设换热器来为精矿粉料库预热助燃空气的改造是势在必行的。

通过以上分析可以看出，系统改造完成后增加的收益非常显著，具有很好的

应用前景。