天津华能能源设备有限公司天津301900
摘要：通过对烧结余热回收利用现状的研究，分析设计出一套合理的余热回收系统，使烧结机在生产过程中，通过热管余热锅炉回收烧结烟气显热和冷却机显热来产生蒸汽直接利用或发电。这不仅节省了能源，也为企业增加了经济效益，具有广阔的应用前景。
关键词：热管余热锅炉烧结机余热回收
钢铁冶金企业是国家支柱产业，是国家经济水平和综合国力的重要标志。我国已成为世界钢铁生产大国。2008年全国的钢产量首次突破5亿t，达到了创记录的5.02亿t，钢铁产量连续12年保持世界第一，并且遥遥领先于其他国家。同时，钢铁产业作为一个高耗能、高污染的产业，也是节能减排的重点对象之一。因此企业的节能降耗显得尤其重要。
一、国内烧结余热回收利用现状
多年以来，国内外对烧结余热的回收利用进行了大量的研究。据统计，烧结过程中可供利用的余热占钢铁厂总热耗的12%，其中烧结矿的余热占8%；烧结废气余热占4%；而冷却机废气和烧结烟气的显热约占烧结过程全部热支出的50%。若能把这些气体的余热加以利用，无疑是烧结节能的重要途径和发展趋势。余热回收主要在烧结矿成品显热及冷却机的排气显热两个方面。目前热管技术主要应用在冷却机的排气显热回收上。
烧结工序是高炉矿料入炉以前的准备工序。有块状烧结和球团状烧结两种工艺。块状烧结是将不能直接加入炉的炼铁原料，如精矿粉、高炉炉尘、硫酸渣等配加一定的燃料和溶剂，加热到1300～1500℃，使粉料烧结成块状。球团烧结则是将细磨物料，如精矿粉配加一定的黏结剂，在造球设备上滚成球，然后在烧结设备上高温烧结。两种烧结过程都要消耗大量的能源。烧结机生产时，热烧结矿从烧结机的尾部落下经破碎后，通过振动筛分经溜槽落到冷却机传送带上，在溜槽部分热矿料温度可达700～800℃，此时以辐射形式向外散热为主，落到冷却带上后料温仍在600℃以上。一般在烧结冷却机下布置有数台冷却风机，通过轴流风机或鼓风机，使冷却风强制穿过料矿层，经料矿加热后，在第一风罩内冷却风温提高到350～400℃，在第二风罩内冷却风温提高到250～300℃，这两个风罩内的冷却风都可以利用其余热。
目前，用于烧结废气回收余热的系统主要有以下四种形式：①利用余热锅炉产生蒸汽或提供热水，直接利用；②用冷却机的排气代替烧结机点火器的助燃空气，或用于预热助燃空气；③将余热锅炉产生的蒸汽，通过透平及其他装置转换成电力；④将排气直接用于预热烧结混和料。
余热回收的装置大致可分为四大类：①冷却机余热回收系统；②冷却机+烧结机余热回收系统；③冷却机+烧结机气体循环余热回收系统；④新型机冷式烧结机余热回收系统。国内很多烧结厂在烧结冷却废气余热回收方面做了大量工作，取得了很好的效果。
为利用烧结余热，天津华能能源设备有限公司利用热管技术研制生产出一套热管蒸汽发生系统，在本钢板材、山东济南钢铁、山西安泰集团、江阴兴澄特钢、天津天重江天重工等厂的投入，均取得了令人满意的效果。
二、烧结冷却机余热回收系统的设计
虽然各个冶金企业的烧结冷却机（带冷机或环冷机）的型号、规格、工艺参数以及余热资源都不完全相同，但余热回收系统的原理基本都是一致的。现以某钢厂360ｍ2烧结冷却机（环冷机）为例，简介余热回收系统的设计。该系统由两套完全相同的装置组成，每套都由热管蒸气发生器、一级省煤器、低温蒸发器、汽包、外连管路和控制仪表等组成，并且互相独立。
1、系统主要功能
本系统主要目的是利用热管设备吸收锅炉余热产出1.4MPa过热蒸汽供发电机组使用。主要设备包括：蒸汽过热器、高温热管式蒸发器、高压蒸汽包、热管式省煤器、低温热管式蒸发器、低压蒸汽包、除氧器、分汽缸、连排扩容器、定排扩容器、取样器、水箱循环管路及电控系统等组成。蒸汽过热器采用翅片列管式，其余换热设备全部采用重力热管式，高温区采用高温热管式蒸发器，中温区采用热管式省煤器，低温区采用低温热管式蒸发器。热管设备全部采用环翅片钢--水热管，热管与水平呈15°夹角倾斜布置，烟气下进上出、垂直烟道。
2、流程说明:
1）汽水流程：
外供软水先经过除氧器进行除氧，除氧后的除氧水通过电动给水泵进入热管省煤器和低温热管式蒸发器，热管省煤器将除氧水温度由104℃升温到190℃进入高压蒸汽包补水，高温热管式蒸发器与高压蒸汽包自然循环，1.4MPa饱和蒸汽在高压蒸汽包内进行汽水分离，产出的饱和蒸汽经蒸汽过热器过热至290℃后，外输给蒸汽管网用于发电。另一部分104℃除氧水直接供给低压蒸汽包补水，低温热管式蒸发器与低压蒸汽包自然循环，0.3MPa饱和蒸汽在低压蒸汽包内进行汽水分离，产出的蒸汽供给除氧器作为除氧动力。
2）烟气流程：
烟气从环冷机出口经过电动蝶阀进入多管除尘器，除尘后进入热管余热锅炉，降温到150℃经循环风机再鼓入环冷机底部。
3）、蒸汽发生器的原理：
热流体的热量由热管传给水套管内的水(水由下降管输入)，并使其汽化，所产汽、水混合物经蒸汽上升管到达汽包，经集中分离以后再经蒸汽主控阀输出。这样由于热管不断将热量输入水套管内的水，并通过外部汽---水管道的上升及下降完成基本的汽---水循环，达到将热流体降温，并转化为蒸汽的目的。原理为：热流体的热量由翅片热管传给管内的水，水吸收热量，使热流体降温，达到预期的效果。
3、热管设备结构的设计
热管蒸气发生器主要结构参数如下：热管管径38ｍｍ，管长4700ｍｍ，翅片高度15ｍｍ，管束布置成叉排，管子横向间距110ｍｍ，管子纵向间距95ｍｍ，单管换热面积2.5ｍ2，热管束倾斜布置。
省煤器主要结构参数如下：热管管径38ｍｍ，管长4700ｍｍ，翅片高度15ｍｍ，管束布置成叉排，管子横向间距100ｍｍ，管子纵向间距95ｍｍ，热管束倾斜布置。
三、热管设备的主要特点
1、传热系数高。废气和水及水蒸气的换热均在热管的外表面进行，而且废气侧热管外表面有翅片，这样换热面积增大，传热得到强化，因而使换热系数得到了很大的提高；
2、防积灰、堵灰、抗腐蚀能力强。通过调节热管冷热段受热表面的比例，可以调节管壁温度，使之高于烟气露点温度或最大腐蚀区。由于管壁温度始终高于烟气露点温度，附着在热管外表面的积灰呈干燥疏松状态，积灰就容易脱落，一般烟气的流速设为8～12ｍ/ｓ，既可以避免堵灰，又能使热管磨损大大降低；
3、冷热流体完全隔开，有效防止水汽系统的泄漏。在运行时，由于废气的大量冲刷，即使管子受到一定的损坏，也不会造成冷侧的汽水泄漏到热侧，确保了系统的安全运行，这也是该设备有别于其它余热回收设备的最大特点；
4、阻力损失小，可以适用于老机组的改造。一般情况下，增加了余热回收设备，热废气的阻力增加在850Ｐａ左右，这样低的阻力损失，可以不对原热风系统做多大调整，仅需在风罩处布置余热设备即可，有利于冶金企业已有烧结机组的改造；
5、单根或多根热管的损坏不影响设备整体使用。由于露点腐蚀或其他原因造成热管损坏，但这不影响整个设备的运行和系统的安全，只是随着热管的损坏，换热器的换热面积减少，余热回收的效率降低。
6、热管制作是采用镍基钎焊翅片管技术，它是我公司1998年引进的美国技术，是一种新型翅片管焊接工艺，由绕片--喷粉--高温烧结等十余道工序组成。它是利用镍粉的熔化将翅片与基管焊接在一起，形成冶金连接。翅片焊着率100%，接触热阻接近零。在翅片管表面烧结一层0.05mm左右致密、光滑的合金保护层，使普通碳钢材料具有不锈钢的性能，其表面硬度高，能在高温、高流速和腐蚀性介质的冲刷下工作，耐低温酸露点腐蚀，较同类产品寿命可提高3～5倍，表面光滑可减少积灰。采用该技术的热管换热设备，其使用寿命较普通翅片热管提高了1～2倍。
通过多年的设计和冶金企业的实际运行，证明采用热管技术回收烧结冷却机的余热是确实可行的，且回收的效果很明显。这不仅节省了能源，也为企业增加了经济效益，这种技术不仅在冶金企业得到了应用，而且在化工、石化等行业中具有广阔的应用前景。