钢厂烧结机余热锅炉系统设计

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1、钢厂烧结机余热锅炉系统设计【摘要】钢铁行业是高能耗行业，同时也是对环境污染较严重的行业。随着经济社会的发展以及对生存环境日益提高的要求，国家对钢铁行业提出越来越严格的资源、能源与环保要求。本文针对铁矿烧结机的冷却过程的余热利用，基于热管元件设计了一套余热锅炉系统，并对该系统的设计条件、思路和工艺作用等方面进行了分析。【关键词】铁矿烧结；热管元件；余热锅炉；系统设计1引言某钢铁企业的铁矿烧结冷却过程余热锅炉系统设计项目中，拟采用以热管为主要传热元件、以分离式汽化套管为蒸汽发生器、以直立式翅片结构为

2、强化换热手段的技术方案。该项目实施后，初步估算蒸汽平均产量可达约6t/h、年节约动力煤约1万吨、投资回收期仅约2〜3年。所产蒸汽除少量用于采暖、生活等外，全部可回用于本烧结工艺流程,不仅成功地实现了对铁矿烧结冷却废气余热长期、稳定、高效的回收利用，而且解决了烧结配料过程中的原料混匀、生石灰消化等工艺环节的用汽问题，为烧结机的高效运行创造了条件。2设计条件2.1烧结机该烧结机的型式为带式烧结机，有效烧结面积52m2,以国内精矿務为主要原料，根据高炉冶炼的需要生产中性至高碱度的高炉炼铁用烧结矿。该烧

3、结机的实际作业参数为：机速2.0〜2.料层厚度420mm,作业率92.1%,有效烧结面积利用系数1.95t/(m2h),月产烧结矿6.4万吨。2.2冷却设备与该烧结机配套的冷却设备为一台68.4m2的鼓风带式冷却机，从烧结机产出的热烧结矿经单規破碎、溜槽进入带冷机。常温的空气在风机的作用下自下而上通过烧结料层，成为烧结带冷机的热废气，然后经带冷机静电除尘器净化后排放到大气之中。同时，烧结矿在带冷机内被冷却至8(rc以下，然后经汽车转运供应高炉冶炼。2.3冷却废气根据设计资料及现场测定，带冷机排出

4、的总废气量大约为12〜14万m2/h,其中高温段排气筒(第一排气筒)出口的温度约为250〜300°C,中温段150〜200°C,低温段80〜12CTC,总平均温度仅约200°Co含尘量80g/II13o从余热利用的角度看，具有明显的大流量、低品位、高含尘特点。3系统设计3.1设计思路首先针对该带冷机的具体工艺与运行特点，考虑热烧结矿的温度大约为400〜600°C,烧结矿冷却热风的温度大约200〜350°C,并且烧结带冷机的余热大多数以冷却废气的形式存在。因此，采用传热效率较高、性价比较好的重力式

5、热管作为传热元件，并且应该安装在高温冷却区的排气通道内，以获得较好的换热效果。其次，考虑热管与废气之间的换热系数将远小于热管与炉水之间换热系数，前者采用翅片作为热管外壁的传热强化结构，后者则仅采用光管，并且通过优化热管与炉水的接触面积，以控制气侧换热面上的露点腐蚀和水侧的沸腾方式。作为辅助传热手段，在带冷机的中、低温冷却段，应采用水冷壁式辐射预热器，近距离地安装在带冷机的被冷却烧结矿料面之上，直接接收烧结矿料面的辐射热，同时还要注意充分利用热管换热器出口废气的显热，用于预热汽包的给水，以提高系统

6、的热效率。此外，本设计还考虑到废气的含尘量较高，采用了不易积灰的结构和工作方位，采取了一定的防磨损表面处理措施，以保证设备的顺行和寿命。2.2主要换热元件在带冷机高温区的排气筒上采用重力式热管作为强化换热元件，是本余热锅炉系统的主要特点。热管是一种具有高导热性能的传热元件，典型的重力式热管是通过将密闭的管内抽至一定的真空度，并充人适量的工作介质，最后封装制成。当重力式热管的下端受到加热时，管内的工作介质吸收热量并汽化，产生的蒸汽沿热管管腔向上流动；当热管的上端受到冷却时，管中的蒸汽将重新冷凝成液

7、体，放出汽化潜热，并在重力作用下返回下部的加热端，再次受热汽化，如此循环往复，从而实现换热面积的高效扩展和换热效果的强化。2.3工艺方案余热锅炉的汽水系统如图1所示，热管元件的加热端斜置在带冷机高温（第一）冷却段的排气筒内，烧结矿冷却产生的高温废气从热管管束的热端掠过，热管元件的冷端则插入汽化套管内，形成分离式热管蒸汽发生器。在运行中，高温废气通过热管上的翅片与热管的热端充分换热，热管的冷端刚与汽化套管里的饱和水充分换热，所产生的汽水混合物沿上升管进入汽包，在汽包内进行汽水分离；汽化套管内部分汽

8、化的水上升到汽包中后，由下降管将汽包内的饱和水再导入汽化套管，使得汽化套管内的饱和水得以补充，从而实现余热锅炉的汽水自然循环。另一方面，汽包内的水由给水软化和加压系统提供，并且在进入汽包前，首先在具有翅片的水冷壁式软水预热器里进行预热，以利用烧结带冷机低温段的烧结矿余热，最后再经过热管换热器出口的换热面进一步提高温度，从而提高余热锅炉系统的给水温度和余热利用率。余热锅炉系统的工艺流程如图2所示。3.4设计参数余热锅炉系统的主要设计参数如表1所示。值得说明的是，热管换热器出口的废气温度仍有约230