CN102384664A - 烧结冷却一体的余热资源高效回收与利用的方法及装置 - Google Patents

烧结冷却一体的余热资源高效回收与利用的方法及装置 Download PDF

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董辉
杨益伟
赵勇
蔡九菊
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Abstract

本发明涉及烧结冷却一体的余热资源高效回收与利用的方法及装置，其将烧结机长度延长一倍，将烧结矿冷却段前半部分为冷却一段，后半部分为冷却二段，冷却段尾部下方配有重力破碎和副冷却装置，烧结矿经本装置烧结区域后煤粉燃烧完全进入冷却段冷却，之后落入破碎机；将温度较高、含氧较高、含硫较低的烧结尾部烟气和冷却一段烟气引入余热锅炉产生中压蒸汽，将蒸汽并入蒸汽管网或进行发电；将出余热锅炉的低温烟气部分引入烧结机头部预热烧结矿；将冷却二段中低温烟气高温部分引入烧结机台面进行热风烧结。本发明减少了烧结矿显热的浪费，具有较高的余热回收利用率，有效降低了烧结工序能耗；利于在冶金过程余热资源回收与利用技术领域推广应用。

Description

烧结冷却一体的余热资源高效回收与利用的方法及装置
技术领域
本发明属于钢铁冶炼及其余热资源高效回收与利用技术领域，特别涉及一种基于节能减排的烧结过程余热资源的高效回收与利用的方法及其装置。
背景技术
烧结过程余热资源（简称烧结余热，下同）主要由两部分组成：一部分是来自于烧结机尾部、温度约为950℃～1050℃烧结矿所携带的显热即烧结矿显热，这部分显热约占烧结过程余热资源总量的70％；另一部分来自于烧结机主排烟管道的烧结烟气显热，这部分约占余热资源总量的30％。烧结余热的高效回收与利用是进一步降低烧结工序能耗的主要措施之一。比较而言，两种余热资源中，烧结矿显热数量较大，品质较高，其可被空气介质所携带。目前，我国乃至世界上烧结矿生产基本上采取烧结与冷却的分离作业方式，冷却机一般分为环形冷却机与带式冷却机如图1所示。
具体工序：烧结料进入烧结机经过点火烧结工序后料内煤粉燃烧完全，炙热的烧结矿出烧结机后落入烧结机下方的环冷机内进行冷却，目前烧结工序余热回收国内外普遍关注冷却机一二段高温显热的回收，目前烧结与冷却分离的生产方式已经很难适应烧结矿显热的高效回收与利用，显热回收与利用上存在着不可克服的弊端，主要表现为：
（1）烧结机与冷却机入料口之间处在15m～20m的高度差，炙热的烧结矿出烧结机后需重力作用进行破碎筛分，然后再进环冷机内进行冷却，而出烧结机机尾的烧结矿温度高达950℃～1050℃，携带大量的显热，在15m～20m的高度内自由落体运动中由于强制对流作用会有少量烧结矿显热散失，而筛分过程为保护筛子因高温而损坏必须通入冷空气，此过程会有大量的显热损失，经过现场测温与实验证明，落体筛分过程中烧结矿温度降低150℃左右，直接导致余热回收烟气温度降低150℃，使烧结工序的余热品质降低。
（2）目前国内外普遍采用的烧结矿冷却设备环形冷却机或带式冷却机一般都露天布置，一般大型环冷机为360m2，加之鼓风机、管路等设施整体体积庞大，占地面积过大；鼓风冷却过程中，烧结矿露天加之环冷机台车与风箱间的缝隙，强劲的鼓风与空中的自然风会激起大量粉尘，会对环境照成严重的污染。
（3）而目前烧结工序的余热回收只针对环冷机一二段的高温废气，而对温度居中的中尾部冷却废气和烧结烟气显热未进行任何回收，造成余热资源放散，而利用高温废气进行余热发电的方式中余热锅炉装机容量与一、二冷却废气余热的“量”与“质”不匹配，使得汽轮机难以在高效率下运行，甚至导致不能运转的可能，原因是烧结生产不稳定，造成烧结废气的“量”与“质”在较大范围内波动，而出余热锅炉的低温烟气往往利用率不高。
发明内容
发明目的：本发明提供一种烧结冷却一体的余热资源高效回收与利用的方法及装置，其目的是解决以往冷却方式中存在的环境污染和冷却回收效率低的问题，并克服炙热烧结矿破碎过程中大量显热浪费的难题。
技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：
烧结冷却一体的余热资源高效回收与利用的方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：
（1）、将烧结机长度延长一倍，延长部分与烧结机结构相同，延长部分做为烧结矿冷却段，将冷却段分为两段，其前半部分为冷却一段，后半部份为冷却二段；
（2）、将流量为30万m3/h、温度300℃～350℃、氧体积含量20%以上、二氧化硫300ppm以下的烧结尾部烟气与冷却一段中流量50万m3/h、温度420℃～470℃的烟气通过循环风机引入余热锅炉中产生温度为350℃、压力为2.55MPa的中压蒸汽，将该生产的中压蒸汽并入蒸汽管网或进行发电；
（3）、将“（2）”步骤中出余热锅炉的流量80万m3/h、温度为200℃～250℃的低温烟气通过循环风机引出，其中20万m3/h流量引入烧结机头部预热烧结矿，其余放散；
（4）、将冷却二段中头部流量30万m3/h、温度280℃～300℃的中低温烟气通过循环风机引入烧结机台面进行热风烧结；
（5）、冷却结束后炙热烧结矿出冷却机利用重力作用进行破碎，破碎后进入自然冷却壁进行第二次冷却。
该方法的步骤如下：
从布料器下来的烧结混合料进入烧结机头部，烧结机头部有铺料装置，料铺平后随着台车缓慢进入干燥预热器，干燥预热器上方通过管道依次连接循环风机、除尘器、余热锅炉；
流量30万m3/h、温度300℃～350℃、氧体积含量20%以上、二氧化硫300ppm以下的烧结尾部烟气通过除尘器和循环风机进入余热锅炉，冷却一段流量50万m3/h、温度为420℃～470℃的烟气分通过除尘器、循环风机进入余热锅炉，余热锅炉产生温度为350℃、压力为2.55MPa的中压蒸汽，生产的中压蒸汽并入蒸汽管网或进行发电；
余热锅炉中的流量80万m3/h、温度为200℃～250℃的低温烟气通过除尘器、循环风机引出，其中20万m3/h流量引入烧结机头部的干燥预热器预热烧干燥烧结混合料，其余放散；
混合料出干燥预热器后进入点火装置点火，点火后进入热风烧结带，热风烧结带上方设有烟气罩与管道，管道通过循环风机、除尘器连接至冷却二段，冷却二段头部流量30万m3/h、温度280℃～300℃的中低温烟气经过除尘器与循环风机进入烧结带进行热风烧结，烧结料热风烧结结束后煤粉燃烧完全进入冷却一段与冷却二段冷却，冷却结束后炙热烧结矿出冷却机后在重力作用下落入破碎装置进行破碎，破碎后进入自然冷却壁进行第二次冷却，之后落到输送皮带运出进行筛分；
烧结机主排烟道烟气送至脱硫塔脱硫，冷却二段尾部烟气通过烟囱放散。
该装置主要包括烧结机、冷却机、余热锅炉和破碎机；烧结机连接冷却机，冷却机尾部设置破碎机，破碎机底部连接自然冷却壁、自然冷却壁下方设置有输送皮带；冷却机连接还连接余热锅炉，余热锅炉连接至烧结机。
所述烧结机尾部烟气排烟烟道通过除尘器、循环风机及管路连接至余热锅炉；所述冷却机分为冷却一段和冷却二段，冷却一段排烟烟道通过除尘器、循环风机及管路连接至余热锅炉；所述余热锅炉底部设置有烟气出口，该烟气出气口通过管路连接至除尘器，除尘器通过管路连接至循环风机，除尘器与循环风机之间管道接有放散管道连接至烟囱，循环风机通过管路连接至烧结机上的干燥预热器；所述冷却二段头部排烟烟道依次通过除尘器和循环风机及管路连接至烧结机上的热风烧结带，冷却二段尾部排烟烟道通过除尘器、抽风机及管路连接至烟囱；破碎机设置在冷却二段的尾部之后。
优点及效果：本发明针对目前烧结与冷却方式的不足，提出了一种烧结冷却一体化及其余热资源高效回收与利用的方法及装置，其目的是克服炙热烧结矿破碎过程中大量显热浪费的难题，其采用先冷却取热，后破碎筛分的方式；对烧结工序余热资源采取更加合理的回收利用，既克服余热锅炉与温度较高冷却废气余热“量”、“质”不匹配问题，又能克服烧结尾部高温废气与冷却中低温废气资源浪费与利用不合理的问题。
本发明提供的烧结过程余热资源高效回收与利用的方法中，在满足烧结矿冷却工艺且品质满足要求与余热资源高效回收利用的前提下，针对目前烧结与冷却方式的不足，将烧结机长度延长一倍，延长部分与烧结机结构相同，即为烧结矿冷却段，其前半部分为冷却一段，后半部份为冷却二段，冷却方式为循环风机抽风冷却，冷却段尾部下方配有重力破碎和副冷却装置，烧结矿经烧结机区域后煤粉燃烧完全进入冷却段冷却，出冷却二段后重力作用落入破碎机，破碎后进入自然冷却壁进行第二次冷却，之后落到输送皮带运出进行筛分，这种先冷却后破碎的方式，可以防止烧结矿显热浪费，现拟用鞍钢某360m2烧结机为例，炙热的烧结矿出烧结机温度约为950℃～1050℃，经过现场测温与实验证明，落体筛分过程中烧结矿温度降低150℃，而采用一体化装置时炙热烧结矿直接进入冷却机冷却，冷却废气温度提高了150℃，冷却一段废气流量为50万m3/h，以此通入余热锅炉产汽并发电发电量较传统环冷一二段废气发电量提高3%～5%；将流量30万m3/h、温度330℃的No.22～24风箱立管内烧结烟气与冷却一段流量50万m3/h，温度为450℃的烟气通过循环风机引入余热锅炉产生温度为350℃、压力为2.55MPa的中压蒸汽，生产的中压蒸汽并入蒸汽管网或进行发电，计算得出此种方式下较传统环冷余热回收技术吨矿发电量增加10%～15%；将出余热锅炉的温度为200℃～250℃低温烟气中的20万m3通过循环风机引入烧结机头部预热烧结矿，经试验证明，采用烟气预热每吨烧结矿可以节约煤粉量0.5kg/t；将冷却二段流量30万m3/h、温度为280℃～300℃的中低温烟气通过循环风机引入烧结机台面进行热风烧结，经试验证明，采用烟气进行热风烧结每吨烧结矿可以节约煤粉量3kg/t～4kg/t，烧结机主排烟道烟气送至脱硫塔脱硫，其余放散。
同时本发明也提供了为该方法专用的装置，该装置主要包括烧结机、冷却机、余热锅炉、破碎机，所述破碎机底部连接自然冷却壁、所述自然冷却壁下方设置有输送皮带；所述烧结机尾部烟气排烟烟道通过除尘器、循环风机及管路连接至余热锅炉；所述冷却机分为冷却一段和冷却二段，所述冷却一段排烟烟道通过除尘器、循环风机及管路连接至余热锅炉；所述余热锅炉底部设置有烟气出口，该出气口通过管路连接至除尘器，除尘器通过管路连接至循环风机，除尘器与循环风机之间管道接有放散管道连接至烟囱，循环风机通过管路连接至干燥预热器；所述冷却二段头部排烟烟道通过除尘器、循环风机及管路连接至热风烧结带，尾部排烟烟道通过除尘器、抽风机及管路连接至烟囱。
本发明的方法合理，高效，设备简洁易操作。 
附图说明：
图1为本发明的背景技术附图；
图2为本发明的设备装置流程图。
实施方式：下面结合附图对本发明做进一步描述：
本发明提供一种烧结冷却一体的余热资源高效回收与利用的方法，该方法的步骤如下：
（1）、将烧结机长度延长一倍，延长部分与烧结机结构相同，延长部分做为烧结矿冷却段，将冷却段分为两段，其前半部分为冷却一段19，后半部份为冷却二段20；
（2）、将流量为30万m3/h、温度300℃～350℃、氧体积含量20%以上、二氧化硫300ppm以下的烧结尾部烟气与冷却一段19中流量50万m3/h、温度420℃～470℃的烟气通过循环风机引入余热锅炉中产生温度为350℃、压力为2.55MPa的中压蒸汽，将该生产的中压蒸汽并入蒸汽管网或进行发电；
（3）、将“（2）”步骤中出余热锅炉的流量80万m3/h、温度为200℃～250℃的低温烟气通过循环风机引出，其中20万m3/h流量引入烧结机头部预热烧结矿，其余放散；
（4）、将冷却二段20中头部流量30万m3/h、温度280℃～300℃的中低温烟气通过循环风机引入烧结机台面进行热风烧结；
（5）、冷却结束后炙热烧结矿出冷却机利用重力作用进行破碎，破碎后进入自然冷却壁进行第二次冷却。
如图2所示，本发明还提供一种烧结冷却一体的余热资源高效回收与利用的装置，该装置主要包括烧结机1、冷却机2、余热锅炉3和破碎机4；烧结机1连接冷却机2，冷却机2尾部设置破碎机4，破碎机4底部连接自然冷却壁5、自然冷却壁5下方设置有输送皮带6；冷却机2连接还连接余热锅炉3，余热锅炉3连接至烧结机1。
具体的说，所述烧结机1尾部烟气排烟烟道通过除尘器7、循环风机8及管路连接至余热锅炉3；所述冷却机2分为冷却一段19和冷却二段20，冷却一段排烟烟道通过除尘器9、循环风机10及管路连接至余热锅炉3；所述余热锅炉3底部设置有烟气出口，该烟气出气口通过管路连接至除尘器11，除尘器11通过管路连接至循环风机12，除尘器11与循环风机12之间管道接有放散管道连接至烟囱，循环风机12通过管路连接至烧结机1上的干燥预热器13；所述冷却二段20头部排烟烟道依次通过除尘器14和循环风机15及管路连接至烧结机1上的热风烧结带16，冷却二段20尾部排烟烟道通过除尘器17、抽风机18及管路连接至烟囱；破碎机4设置在冷却二段20的尾部之后。
下面结合图2中的装置对本发明的方法进一步描述：
从布料器下来的烧结混合料进入烧结机头部，烧结机头部有铺料装置，料铺平后随着台车缓慢进入干燥预热器13，干燥预热器13上方通过管道依次连接循环风机12、除尘器11、余热锅炉3；
流量30万m3/h、温度300℃～350℃、氧体积含量20%以上、二氧化硫300ppm以下的烧结尾部烟气通过除尘器7和循环风机8进入余热锅炉3，冷却一段流量50万m3/h、温度为420℃～470℃的烟气分通过除尘器9、循环风机10进入余热锅炉3，余热锅炉产生温度为350℃、压力为2.55MPa的中压蒸汽，生产的中压蒸汽并入蒸汽管网或进行发电；
余热锅炉中的流量80万m3/h、温度为200℃～250℃的低温烟气通过除尘器11、循环风机12引出，其中20万m3/h流量引入烧结机头部的干燥预热器13预热烧干燥烧结混合料，其余放散；
混合料出干燥预热器13后进入点火装置点火，点火后进入热风烧结带16，热风烧结带16上方设有烟气罩与管道，管道通过循环风机15、除尘器14连接至冷却二段，冷却二段头部流量30万m3/h、温度280℃～300℃的中低温烟气经过除尘器14与循环风机15进入烧结带16进行热风烧结，烧结料热风烧结结束后煤粉燃烧完全进入冷却一段与冷却二段冷却，冷却结束后炙热烧结矿出冷却机后在重力作用下落入破碎装置4进行破碎，破碎后进入自然冷却壁5进行第二次冷却，之后落到输送皮带6运出进行筛分；
烧结机主排烟道烟气送至脱硫塔脱硫，冷却二段尾部烟气通过烟囱放散。
本发明的主要特征是：出烧结机的炙热烧结矿直接进入冷却机冷却，冷却之后再进行破碎筛分；冷却机一段高温废气进入余热锅炉产生蒸汽并蒸汽发电，烧结机尾部高温废气通入余热锅炉做为补充热源；出余热锅炉的中低温废气进入烧结机干燥器干燥烧结混合料；冷却机二段中低温废气进入烧结机热风烧结带进行热风烧结。
本发明与现有的技术相比，最大的特点在于从源头上克服了现有烧结冷却方式的先天不足，可以避免炙热烧结矿显热的大量浪费，实现烧结矿显热的大部分回收，既考虑了烧结矿的冷却，又考虑了烧结矿显热的高效回收，又考虑了烧结工序余热资源的高效回收与利用，具体体现为：
本发明从源头上克服了现有烧结冷却方式重力破碎与筛分过程中大量显热的的耗散，使炙热的烧结矿直接进入冷却机冷却，冷却之后再进行破碎筛分，这样就避免了烧结矿显热的白白浪费，提高了携带烧结矿显热的热空气品质即温度，直接提高了余热发电量。
本发明更加合理的回收与利用烧结工序余热资源，考虑了冷却废气和烧结废气余热的“量”、“质”匹配问题，克服了传统冷却机生产蒸汽品质较低且流量不稳定的弊端，为后续生产蒸汽品质从而提高吨烧结矿发电量打下良好的基础，同时考虑了中低温余热资源的高效回收与利用。
本发明考虑了场地与环境因素的影响，本发明的一体化装置与传统烧结机环冷机分离的方式相比，设备结构更加简单，运行便利，占地面积小，同时降低了烧结矿冷却时的颗粒物污染。
综上所述，本发明比较利于在钢铁冶炼过程余热资源回收与利用技术领域推广应用。

Claims (4)

1.烧结冷却一体的余热资源高效回收与利用的方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：
（1）、将烧结机长度延长一倍，延长部分与烧结机结构相同，延长部分做为烧结矿冷却段，将冷却段分为两段，其前半部分为冷却一段（19），后半部份为冷却二段（20）；
（2）、将流量为30万m3/h、温度300℃～350℃、氧体积含量20%以上、二氧化硫300ppm以下的烧结尾部烟气与冷却一段（19）中流量50万m3/h、温度420℃～470℃的烟气通过循环风机引入余热锅炉中产生温度为350℃、压力为2.55MPa的中压蒸汽，将该生产的中压蒸汽并入蒸汽管网或进行发电；
（3）、将“（2）”步骤中出余热锅炉的流量80万m3/h、温度为200℃～250℃的低温烟气通过循环风机引出，其中20万m3/h流量引入烧结机头部预热烧结矿，其余放散；
（4）、将冷却二段（20）中头部流量30万m3/h、温度280℃～300℃的中低温烟气通过循环风机引入烧结机台面进行热风烧结；
（5）、冷却结束后炙热烧结矿出冷却机利用重力作用进行破碎，破碎后进入自然冷却壁进行第二次冷却。
2.根据权利要求1所述的烧结冷却一体的余热资源高效回收与利用的方法，其特征在于：该方法的步骤如下：
从布料器下来的烧结混合料进入烧结机头部，烧结机头部有铺料装置，料铺平后随着台车缓慢进入干燥预热器（13），干燥预热器（13）上方通过管道依次连接循环风机（12）、除尘器（11）、余热锅炉（3）；
流量30万m3/h、温度300℃～350℃、氧体积含量20%以上、二氧化硫300ppm以下的烧结尾部烟气通过除尘器（7）和循环风机（8）进入余热锅炉（3），冷却一段流量50万m3/h、温度为420℃～470℃的烟气分通过除尘器（9）、循环风机（10）进入余热锅炉（3），余热锅炉产生温度为350℃、压力为2.55MPa的中压蒸汽，生产的中压蒸汽并入蒸汽管网或进行发电；
余热锅炉中的流量80万m3/h、温度为200℃～250℃的低温烟气通过除尘器（11）、循环风机（12）引出，其中20万m3/h流量引入烧结机头部的干燥预热器（13）预热烧干燥烧结混合料，其余放散；
混合料出干燥预热器（13）后进入点火装置点火，点火后进入热风烧结带（16），热风烧结带（16）上方设有烟气罩与管道，管道通过循环风机（15）、除尘器（14）连接至冷却二段，冷却二段头部流量30万m3/h、温度280℃～300℃的中低温烟气经过除尘器（14）与循环风机（15）进入烧结带（16）进行热风烧结，烧结料热风烧结结束后煤粉燃烧完全进入冷却一段与冷却二段冷却，冷却结束后炙热烧结矿出冷却机后在重力作用下落入破碎装置（4）进行破碎，破碎后进入自然冷却壁（5）进行第二次冷却，之后落到输送皮带（6）运出进行筛分；
烧结机主排烟道烟气送至脱硫塔脱硫，冷却二段尾部烟气通过烟囱放散。
3.实施权利要求1所述的烧结冷却一体的余热资源高效回收与利用的方法的装置，其特征在于：该装置主要包括烧结机（1）、冷却机（2）、余热锅炉（3）和破碎机（4）；烧结机（1）连接冷却机（2），冷却机（2）尾部设置破碎机（4），破碎机（4）底部连接自然冷却壁（5）、自然冷却壁（5）下方设置有输送皮带（6）；冷却机（2）连接还连接余热锅炉（3），余热锅炉（3）连接至烧结机（1）。
4.根据权利要求1所述的烧结冷却一体的余热资源高效回收与利用的装置，其特征在于：所述烧结机（1）尾部烟气排烟烟道通过除尘器（7）、循环风机（8）及管路连接至余热锅炉（3）；所述冷却机（2）分为冷却一段（19）和冷却二段（20），冷却一段排烟烟道通过除尘器（9）、循环风机（10）及管路连接至余热锅炉（3）；所述余热锅炉（3）底部设置有烟气出口，该烟气出气口通过管路连接至除尘器（11），除尘器（11）通过管路连接至循环风机（12），除尘器（11）与循环风机（12）之间管道接有放散管道连接至烟囱，循环风机（12）通过管路连接至烧结机（1）上的干燥预热器（13）；所述冷却二段（20）头部排烟烟道依次通过除尘器（14）和循环风机（15）及管路连接至烧结机（1）上的热风烧结带（16），冷却二段（20）尾部排烟烟道通过除尘器（17）、抽风机（18）及管路连接至烟囱；破碎机（4）设置在冷却二段（20）的尾部之后。
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