关于对烧结余热技术中热风烧结的概述及应用

关于对烧结余热技术中热风烧结的概述及应用

摘要：为完善烧结工艺，充分利用烧结余热达到优质、高产、低耗的目的，本文概述了我国烧结余热回收利用的发展状况，提出热风烧结所应具备的条件和工艺要求，制定一系列实践措施，旨在为创新循环工艺技术和节能减排奠定基础。

目前，我国大中型钢铁企业生产1 t烧结矿产生1.44 GJ的余热资源量，回收利用率（即回收利用的余热占余热总量的百分比）为35%～45%。以2012年计，我国尚没有得到回收利用的余热资源约有8.0亿GJ。因此，烧结过程余热资源的高效回收与利用是目前降低烧结工序能耗乃至炼铁工序能耗的重要方向与途径之一。“十一五”期间，我国大中型钢铁企业在产业政策和经济杠杆的驱动下开始相继使用烧结余热发电系统。进入“十二五”中期，在我国钢铁工业受到了全球经济格局的困扰的情况下，烧结余热发电整体发展放慢了脚步。然而，我国烧结余热回收利用技术还相对滞后，尚缺少标杆性的示范工程，亟待发展。本文总结我国烧结余热回收各项技术的分析，目前我国烧结余热回收利用存在的制约环节；提出了烧结余热回收与利用技术发展的种途径，为我国烧结余热回收的良性发展奠定基础。

我国烧结余热资源的回收利用起步较晚。1987年，宝钢首次从日本新日铁引进余热回收的全套技术和装备，并在1台450m2烧结机上建成我国第1台大型现代化的烧结余热回收装置。2004年，马钢再次引进日本川崎技术及设备，在2台328 m2烧结机上建成了国内第一套烧结余热发电系统。而后，2007年，济钢在消化吸收国外

先进技术的基础上，依靠国产化设备，在1台300 m2烧结机上建成了国内第2套烧结余热发电系统。2009年12月，国家工信部推出《钢铁企业烧结余热发电技术推广实施方案》，在此计划推动下，国内各大钢铁企业纷纷签订烧结发电合同，烧结发电发展势头强劲。截至2012年，我国钢铁行业有烧结机1200余台，总烧结面积约12.6万m2，余热回收设备配备比例约30%～40%，余热回收利用率为20%～30%，吨矿发电量为10～13 kW·h。目前我国烧结余热回收利用的对象几乎都为温度较高的烧结矿显热冷却废气，且主要用于发电，即动力回收；鞍钢等少数企业将余热用于热风烧结与点火助燃等直接热回收；只有少数用于烧结混合料干燥。动力回收（烧结余热发电）动力回收是将烧结余热资源转换为蒸汽后发电的一种余热回收方式。来自带冷机/环冷机高温段的冷却废气通入锅炉进行热交换，将作为热载体的锅炉循环水转换为蒸汽，再通过蒸汽推动汽轮机带动发电机实现发电。余热发电技术按余热锅炉形式划分可分为单压余热发电技术、双压余热发电技术、闪蒸余热发电技术和补燃余热发电技术。据不完全统计，截至2013年10月份，我国已有45家钢铁企业建成54套烧结余热发电项目，共涉及109台烧结机，烧结机面积共27830 m3，发电机组总装机容量为905.5 MW，烧结余热发电技术推广比例达22%（按烧结机面积计算），形成了年节能192.3万t煤的能力。

根据余热的回收方式可分为动力回收和直接热回收利用技术两种。其中动力回收用于发电，国内技术以趋于成熟。不少烧结厂对冷却机的中温废气进行了余热利用，而烧结机中温废气的余热利用则

属个别，余热利用的侧重点是产生蒸汽；而冷却机的中温废气有的厂又用作热风烧结和预热点火前烧结机上的混合料。，它是一种清洁，节能技术，适合推广，热风烧结将200～300 ℃的环冷机冷却废气引入到烧结机热风烧结保温罩，作为热风烧结的空气源，以热风的物理热代替部分固体燃料的燃烧热，可节省固体燃料, 使烧结料层上、下部热量和温度的分布趋向均匀, 克服了表层热量不足的缺点，同时提高了烧结矿的强度, 改善了烧结矿的还原性。鞍钢等我国部分大中型钢铁企业实施了热风烧结，具体实施方法是：将环冷机二段尾部的小部分环冷废气通过管道未经任何加压装置直接引入到烧结机台面进行热风烧结，热风烧结面积约为10～20 m2。国外热风烧结技术中，可采用SO2含量较低且温度较高的那部分烧结烟气返回到烧结机的前半区，热风烧结的热源。

为了使这种循环利用技术得以实现，就应该有工艺和设备上技术改造和要求。

1.热风烧结的可行性

（1）烧结机系统具有安装热风烧结设施所需的空间；

（2）环冷机上部排出大量高温废气，可以作为热风烧结稳定、连续的热源；

（3）通过冷却鼓风机产生的正压和烧结抽风机形成的负压之间的自然压差，可以满足输送管道阻力损失，使烧结矿冷却时产生的炽热废气与空气的混合气体能顺利流向烧结热风罩内；

（4）工艺流程简单，结构紧凑，不污染环境，投资省，见效快，

使用周期长；

（5）热风烧结具有提高烧结矿的转鼓强度、成品率、降低固体燃耗和煤气消耗、改善烧结矿冶金性能和粒度组成等优点。

2.技术措施

2.1稳定热风温度

热风温度过高，将会降低垂直烧结速度；过低，热风效能发挥较差。因此，热风温度应稳定在一定的范围内，一般控制在200～300℃之间。

（1）环冷机上安装平料器和密封改造。由于热矿流槽向环冷机上卸料不均匀，环冷机上布料高低不平，呈“W”形状，造成供给热风管道的热风风量和风温不稳定，严重影响热风烧结的热工制度和效果。为此，在环冷机上安装平料器，同时改进环冷机密封方式，合理调整环冷机机速，尽可能使环冷机上烧结矿分布均匀和透气性良好，确保热风温度和风量连续、均匀、稳定、

（2）加强环冷机和烧结机机速的匹配，烧结机机速调整必须与环冷机机速调整同步。

（3）加强看火操作，合理控制烧结终点温度，严格控制机尾红火层厚度在100～150mm之间，杜绝烧不透和过烧现象，稳定烧结矿热焓，防止环冷机上烧结矿过热和过冷，造成热风温度的波动

2.2改善料层透气性

由于热风烧结的废气温度较高，显著提高表层烧结料料温和烧结温度，燃烧带变厚，烧结料层阻力加大，有效风量明显降低，垂直烧

结速度势必降低。因此，在厚料层烧结基础上采用热风烧结工艺技术，必须采取技术措施改善料层透气性，热风烧结的作用才能有效发挥。

（1）优化原料结构，合理搭配矿种，增加品位高、粒度组成合理、烧结性能优良的矿粉比例，提高烧结料层的原始和热态透气性。

（2）改造一次、二次圆筒混合机倾角和转速，优化加水方式，延长物料滚动成球时间，提高圆筒混合机的造球效果。

（3）采用生石灰强化烧结，配加生石灰既能提高料温，又显著改善制粒效果和混合料的粒度组成，显著提高料层透气性。

（4）强化水、碳平衡，降低过湿层、燃烧层厚度，提高烧结过程热态透气性。

2.3 优化操作工艺参数

采用热风烧结工艺技术后，烧结行为发生变化，必定引起料层中气体动力学和燃烧动力学发生变化，相应的工艺操作参数必须修改。

（1）适当降低点火温度。热风烧结实施后，烧结料层热量分布趋于均匀，解决了烧结料层上部热量先天不足的问题，故烧结点火温度必须降低，否则表层矿将出现过熔和结壳，恶化料层透气性。

（2）调整配碳量。热风烧结的物理热可代替部分固体燃料的燃烧热，固体燃料用量可适当下调，但固体燃料降低幅度必须与热风增加的物理热水平匹配，如果降低过多，热风带入的物理热不足以弥补固体燃料降低部分的热量，将会降低烧结矿产质量。

（3）降低烧结矿FeO含量。由于热风烧结固体燃料下降，烧结过程氧位得到提高，氧化气氛增强，会促进低价铁氧化物的再氧化，使

烧结矿FeO含量降低。

（4）降低总管废气温度控制目标值。大烟道总管废气温度既是烧结过程中的被控目标又是控制目标。由于热风烧结使烧结过程总热耗下降，总管废气温度应下降。

（5）合理选择料层厚度和机速。为确保热风的热量较好地传给烧结料，提高热风烧结效率，减少热量损失，必须保证充足的作用时间和较短的作用距离。

经过上述的工艺技术和设备改造，在提高烧结矿产量和质量，降低能耗方面取得显著的改善，提高环境保护和资源综合利用水平推行可持续发展和循环经济理念，为我国的烧结自动化、工作环境和节能减排方面做出贡献。