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1、鋼廠燒結(jié)機(jī)余熱鍋爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)【摘要】鋼鐵行業(yè)是高能耗行業(yè)，同時(shí)也是對(duì)環(huán)境污染較嚴(yán)重的行業(yè)。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展以及對(duì)生存環(huán)境日益提高的要求，國(guó)家對(duì)鋼鐵行業(yè)提出越來越嚴(yán)格的資源、能源與環(huán)保要求。本文針對(duì)鐵礦燒結(jié)機(jī)的冷卻過程的余熱利用，基于熱管元件設(shè)計(jì)了一套余熱鍋爐系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)條件、思路和工藝作用等方面進(jìn)行了分析?！娟P(guān)鍵詞】鐵礦燒結(jié)；熱管元件；余熱鍋爐；系統(tǒng)設(shè)計(jì)1引言某鋼鐵企業(yè)的鐵礦燒結(jié)冷卻過程余熱鍋爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，擬采用以熱管為主要傳熱元件、以分離式汽化套管為蒸汽發(fā)生器、以直立式翅片結(jié)構(gòu)為

2、強(qiáng)化換熱手段的技術(shù)方案。該項(xiàng)目實(shí)施后，初步估算蒸汽平均產(chǎn)量可達(dá)約6t/h、年節(jié)約動(dòng)力煤約1萬噸、投資回收期僅約2?3年。所產(chǎn)蒸汽除少量用于采暖、生活等外，全部可回用于本燒結(jié)工藝流程,不僅成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)鐵礦燒結(jié)冷卻廢氣余熱長(zhǎng)期、穩(wěn)定、高效的回收利用，而且解決了燒結(jié)配料過程中的原料混勻、生石灰消化等工藝環(huán)節(jié)的用汽問題，為燒結(jié)機(jī)的高效運(yùn)行創(chuàng)造了條件。2設(shè)計(jì)條件2.1燒結(jié)機(jī)該燒結(jié)機(jī)的型式為帶式燒結(jié)機(jī)，有效燒結(jié)面積52m2,以國(guó)內(nèi)精礦務(wù)為主要原料，根據(jù)高爐冶煉的需要生產(chǎn)中性至高堿度的高爐煉鐵用燒結(jié)礦。該燒

3、結(jié)機(jī)的實(shí)際作業(yè)參數(shù)為：機(jī)速2.0?2.料層厚度420mm,作業(yè)率92.1%,有效燒結(jié)面積利用系數(shù)1.95t/(m2h),月產(chǎn)燒結(jié)礦6.4萬噸。2.2冷卻設(shè)備與該燒結(jié)機(jī)配套的冷卻設(shè)備為一臺(tái)68.4m2的鼓風(fēng)帶式冷卻機(jī)，從燒結(jié)機(jī)產(chǎn)出的熱燒結(jié)礦經(jīng)單規(guī)破碎、溜槽進(jìn)入帶冷機(jī)。常溫的空氣在風(fēng)機(jī)的作用下自下而上通過燒結(jié)料層，成為燒結(jié)帶冷機(jī)的熱廢氣，然后經(jīng)帶冷機(jī)靜電除塵器凈化后排放到大氣之中。同時(shí)，燒結(jié)礦在帶冷機(jī)內(nèi)被冷卻至8(rc以下，然后經(jīng)汽車轉(zhuǎn)運(yùn)供應(yīng)高爐冶煉。2.3冷卻廢氣根據(jù)設(shè)計(jì)資料及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，帶冷機(jī)排出

4、的總廢氣量大約為12?14萬m2/h,其中高溫段排氣筒(第一排氣筒)出口的溫度約為250?300°C,中溫段150?200°C,低溫段80?12CTC,總平均溫度僅約200°Co含塵量80g/II13o從余熱利用的角度看，具有明顯的大流量、低品位、高含塵特點(diǎn)。3系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)思路首先針對(duì)該帶冷機(jī)的具體工藝與運(yùn)行特點(diǎn)，考慮熱燒結(jié)礦的溫度大約為400?600°C,燒結(jié)礦冷卻熱風(fēng)的溫度大約200?350°C,并且燒結(jié)帶冷機(jī)的余熱大多數(shù)以冷卻廢氣的形式存在。因此，采用傳熱效率較高、性價(jià)比較好的重力式

5、熱管作為傳熱元件，并且應(yīng)該安裝在高溫冷卻區(qū)的排氣通道內(nèi)，以獲得較好的換熱效果。其次，考慮熱管與廢氣之間的換熱系數(shù)將遠(yuǎn)小于熱管與爐水之間換熱系數(shù)，前者采用翅片作為熱管外壁的傳熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，后者則僅采用光管，并且通過優(yōu)化熱管與爐水的接觸面積，以控制氣側(cè)換熱面上的露點(diǎn)腐蝕和水側(cè)的沸騰方式。作為輔助傳熱手段，在帶冷機(jī)的中、低溫冷卻段，應(yīng)采用水冷壁式輻射預(yù)熱器，近距離地安裝在帶冷機(jī)的被冷卻燒結(jié)礦料面之上，直接接收燒結(jié)礦料面的輻射熱，同時(shí)還要注意充分利用熱管換熱器出口廢氣的顯熱，用于預(yù)熱汽包的給水，以提高系統(tǒng)

6、的熱效率。此外，本設(shè)計(jì)還考慮到廢氣的含塵量較高，采用了不易積灰的結(jié)構(gòu)和工作方位，采取了一定的防磨損表面處理措施，以保證設(shè)備的順行和壽命。2.2主要換熱元件在帶冷機(jī)高溫區(qū)的排氣筒上采用重力式熱管作為強(qiáng)化換熱元件，是本余熱鍋爐系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。熱管是一種具有高導(dǎo)熱性能的傳熱元件，典型的重力式熱管是通過將密閉的管內(nèi)抽至一定的真空度，并充人適量的工作介質(zhì)，最后封裝制成。當(dāng)重力式熱管的下端受到加熱時(shí)，管內(nèi)的工作介質(zhì)吸收熱量并汽化，產(chǎn)生的蒸汽沿?zé)峁芄芮幌蛏狭鲃?dòng)；當(dāng)熱管的上端受到冷卻時(shí)，管中的蒸汽將重新冷凝成液

7、體，放出汽化潛熱，并在重力作用下返回下部的加熱端，再次受熱汽化，如此循環(huán)往復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)換熱面積的高效擴(kuò)展和換熱效果的強(qiáng)化。2.3工藝方案余熱鍋爐的汽水系統(tǒng)如圖1所示，熱管元件的加熱端斜置在帶冷機(jī)高溫（第一）冷卻段的排氣筒內(nèi)，燒結(jié)礦冷卻產(chǎn)生的高溫廢氣從熱管管束的熱端掠過，熱管元件的冷端則插入汽化套管內(nèi)，形成分離式熱管蒸汽發(fā)生器。在運(yùn)行中，高溫廢氣通過熱管上的翅片與熱管的熱端充分換熱，熱管的冷端剛與汽化套管里的飽和水充分換熱，所產(chǎn)生的汽水混合物沿上升管進(jìn)入汽包，在汽包內(nèi)進(jìn)行汽水分離；汽化套管內(nèi)部分汽

8、化的水上升到汽包中后，由下降管將汽包內(nèi)的飽和水再導(dǎo)入汽化套管，使得汽化套管內(nèi)的飽和水得以補(bǔ)充，從而實(shí)現(xiàn)余熱鍋爐的汽水自然循環(huán)。另一方面，汽包內(nèi)的水由給水軟化和加壓系統(tǒng)提供，并且在進(jìn)入汽包前，首先在具有翅片的水冷壁式軟水預(yù)熱器里進(jìn)行預(yù)熱，以利用燒結(jié)帶冷機(jī)低溫段的燒結(jié)礦余熱，最后再經(jīng)過熱管換熱器出口的換熱面進(jìn)一步提高溫度，從而提高余熱鍋爐系統(tǒng)的給水溫度和余熱利用率。余熱鍋爐系統(tǒng)的工藝流程如圖2所示。3.4設(shè)計(jì)參數(shù)余熱鍋爐系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。值得說明的是，熱管換熱器出口的廢氣溫度仍有約230