CN103615909A - 热风循环烧结与烧结双压余热利用系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了热风循环烧结与烧结双压余热利用系统和方法，包括烧结机和环冷机；所述烧结机和环冷机首尾纵向落差排列；一个热风循环混合器连接烧结机热风回收机构和环冷机热风回收机构收集热风，热风循环混合器将收集的热风送入烧结机的烧结床；本发明采用热风循化烧结技术，使料层上部烧结温度提高、液相量增加，同时液相黏度降低，有利于矿物充分结晶，玻璃相含量减少，从而提高烧结整体的成品率及烧结矿强度。在采用300℃～500℃热风循环技术提高烧结矿质量的同时，固体燃料可节约5%～10%，总热量消耗减少5～8%，粉尘排放量减少20%～30%，将余热产生的高压蒸汽提供给补气凝气式汽轮机发电机组，使其余热得到充分的利用。

Description

热风循环烧结与烧结双压余热利用系统和方法

技术领域

本发明涉及一种烧结过程余热梯级回收综合利用工艺，特别是涉及一种热风循环烧结与烧结双压余热利用系统和方法，是综合利用烧结机烟道余热、环冷机余热进行热风循环烧结、热风点火和余热发电的复合余热回收综合利用工艺。

背景技术

当前，钢铁行业发展面临产量过剩、利润下降、环保压力大等众多问题，传统的粗放型发展模式已难以为继，迫切要求行业企业以降本增效为抓手，积极转变发展方式，利用高新技术改造，提高企业竞争能力。在冶金生产中，烧结工序能耗仅次于炼铁工序，占总能耗的9%～12%，具有巨大的节能潜力。

目前烧结余热利用方式主要为利用烧结机尾烟道余热和环冷机高温段烟气余热产生蒸汽进行工艺使用或发电，而还没有考虑将该部分余热和热风循环烧结技术相结合的工艺方法。

热风循环烧结技术以热风代替冷风，使抽入空气与热烧结层的温差减少，降低冷却速度，减少热应力，促使烧结矿的强度提高。热风烧结可以降低固体燃料消耗，减少过熔，降低FeO，从而提高烧结矿的还原性。当使用300℃～500℃热风烧结时，固体燃料可节约10%～15%，总热量消耗减少5%～8%，烧结矿冶金性能改善，粉末量大大减少，同时并不影响烧结速度。

为此，尽可能地按照梯级回收、合理用能的方式回收使用烧结余热资源，同时考虑在余热回收的同时提高烧结产品质量，减低能耗，将是烧结节能降耗的重要途径。

发明内容

本发明的目的是提出一种热风循环烧结与烧结双压余热利用系统和方法技术方案，是一种能实现烧结余热资源梯级回收、高效转化使用、运行稳定可靠的系统工艺。该工艺自动化程度高，能最大化回收使用余热资源，有效降低岗位人员和维护检修人员的劳动强度、稳定生产、提高烧结矿使用强度、减少粉尘排放、降低烧结过程能耗。 

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种热风循环烧结与烧结双压余热利用系统，包括烧结机和环冷机；

所述烧结机的烧结床之下是烟道，烟道对应烧结床的长度设置，烧结床纵向从首端至尾端连续设置多个烟气口，烟气口垂直连接所述烟道，烧结床点火口设置在首端，烧结矿从烧结床首端至尾端通过传送带移动，所述烟道在对应烧结床首端的位置设有引风口，引风口通过低温管路顺序连接低温管路除尘器、低温管路引风机和烟囱；

所述环冷机有烧结矿冷却床，烧结矿从冷却床首端至尾端通过传送带移动，在冷却床下部对应冷却床的长度从首端至尾端连续设置多个冷却风口，冷却风口连接有冷却风机，在冷却床的顶端设置有热烟气回收罩；

其中，所述烧结机和环冷机首尾纵向落差排列，烧结机在高位环冷机在低位，所述烧结机烧结床的尾端通过烧结矿传输通道向下连接至环冷机首端；一个热风循环混合器连接一个烧结机热风回收机构和一个环冷机热风回收机构收集热风，热风循环混合器将收集的热风送入烧结机的烧结床；同时所述环冷机热风回收机构还向一个热风应用设备输出热风，在热风循环混合器上设置有热风含氧量检测控制装置。

所述烧结机热风回收机构是：在所述烟道对应烧结床在距首端五分之三至五分之四的距离之间内设置有控制挡板，在控制挡板到尾端的烟道上设置有高温烟气引出口，高温烟气引出口通过高温管路连接至所述热风循环混合器，在高温管路上顺序设置有高温管路控制闸门、高温管路除尘器、高温管路引风机；在烧结床顶端设置有循环烟罩，热风循环混合器的混合风输出连接至循环烟罩，循环烟罩上设置有进风口。

所述环冷机热风回收机构是：所述冷却风口从冷却床首端至尾端顺序至少分为四组，从首端开始分别称为冷却风口组一、冷却风口组二、冷却风口组三、冷却风口组四，对应其中的组一、组二、组三冷却风口位置的冷却床顶端的热烟气回收罩为三个，对应组一的为高温烟气回收罩，对应组二的为中温烟气回收罩，对应组三的为低温烟气回收罩，四个冷却风口分别连接有冷却风机，在四冷却风机到冷却风口的送风关上分别设置有风量调节阀，分别称为组一风量调节阀、组二风量调节阀、组三风量调节阀和组四风量调节阀；所述的高温烟气回收罩分别通过闸板阀连接至热风循环混合器和烧结床点火口，所述中温烟气回收罩连接热风应用设备，向热风应用设备提供热烟气；所述低温烟气回收罩分别通过风量调节阀连接烧结床点火口和冷却风口组一、冷却风口组二。

在所述冷却风口组一、冷却风口组二分别与低温烟气回收罩连接的管路上还设置有分风量调节阀。

所述的热风含氧量检测控制装置包括在热风循环混合器中设置的含氧传感器和在热风循环混合器上设置的氧气补充管路，在氧气补充管路上设置有氧气补充控制阀门，一个控制电路分别连接含氧传感器和氧气补充控制阀门，控制电路通过设定的含氧量阈值控制阀门的开启与关闭。

所述冷却床的顶端与热烟气回收罩通过密封结构密封，所述密封结构包括固定在回收罩外侧的上固定肋片和固定在环冷机钢结构外侧的下固定肋片，在上固定肋片上设置有上密封刀片，在下固定肋片上设置下密封刀片，上密封刀片与下密封刀片相互插接将回收罩与钢结构之间的接缝口密封，在上密封刀片或下密封刀片上设置有作为密封用的钢丝毛刷。

所述上密封刀片和下密封刀片分别至少有两片，上密封刀片和下密封刀片紧贴插接。

所述上密封刀片和下密封刀片各有两片，所述两片上密封刀片插入在两片下密封刀片之间，在所述两片上密封刀片内侧面上设置有钢丝毛刷，钢丝毛刷的下端与下固定肋片相贴紧密接触。

所述外部钢结构下端两侧与环冷机基础之间设置有胶模块密封垫。

一种基于热风循环烧结与烧结双压余热利用系统的余热利用方法，包括如下步骤：

a.将烧结炉烟道高温段烟气和环冷机高温段烟气收集送至热风循环混合器，混合器将高温烟气送入烧结炉的烧结床；

b.在混合器将高温烟气送入烧结炉的烧结床的过程中判断热风循环混合器中的高温烟气含氧量是否达到设定阈值；

c.当高温烟气含氧量低于设定阈值时，向热风循环混合器送入氧气使送入的高温烟气含氧至达到或高于设定阈值。

本发明的有益效果包括：

（1）采用热风循化烧结技术，使料层上部烧结温度提高、液相量增加，同时液相黏度降低，有利于矿物充分结晶，玻璃相含量减少，从而提高烧结整体的成品率及烧结矿强度。在采用300℃～500℃热风循环技术提高烧结矿质量的同时，固体燃料可节约5%～10%，总热量消耗减少5～8%，粉尘排放量减少20%～30%。

（2）采用热风点火技术，可减少点火用煤气5～10%，减少对周围空气的热污染和粉尘污染；

（3）采用热风循环技术，可提高环冷机回收的烟气温度50～100℃，增加发电量1～3kwh/t；

（4）采用热风循环与热风点火技术，可以提高环冷机回收烟气温度50～100℃，减少点火用煤气5～10%，减少对周围空气的热污染和粉尘污染；

（5）采用热风点火、烟气循环自动控制合理调整阀门、风机开度，有效提高热烟气使用效率，减少风机电耗10～15%。

（6）利用余热产生的高压蒸汽提供给补气凝气式汽轮机发电机组，使其余热得到充分的利用。

下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。

附图说明

图1本发明系统结构示意图；

图2本发明密封结构整体示意图；

图3本发明密封结构示意图，图2的A部放大图。 

具体实施方式

实施例1：

一种热风循环烧结与烧结双压余热利用系统实施例，参见图1、图2和图3，所述系统包括烧结机1和环冷机2。

所述烧结机的烧结床之下是烟道1-1，烟道对应烧结床的长度设置，烧结床纵向从首端至尾端连续设置多个烟气口1-2，烟气口垂直连接所述烟道，烧结床点火口1-3设置在首端，烧结矿从烧结床首端至尾端通过传送带移动，所述烟道在对应烧结床首端的位置设有引风口1-1-1，引风口通过低温管路顺序连接低温管路除尘器3、低温管路引风机4和烟囱5。

所述环冷机有烧结矿冷却床，烧结矿从冷却床首端至尾端通过传送带移动，在冷却床下部对应冷却床的长度从首端至尾端连续设置多个冷却风口2-1，冷却风口连接有冷却风机6，在冷却床的顶端设置有热烟气回收罩7。

其中，所述烧结机和环冷机首尾纵向落差排列，烧结机在高位环冷机在低位，所述烧结机烧结床的尾端通过烧结矿传输通道8向下连接至环冷机首端；一个热风循环混合器9连接一个烧结机热风回收机构和一个环冷机热风回收机构收集热风，热风循环混合器将收集的热风送入烧结机的烧结床；同时所述环冷机热风回收机构还向一个热风应用设备输出热风，在热风循环混合器上设置有热风含氧量检测控制装置。

实施例中，所述烧结机热风回收机构是：在所述烟道对应烧结床在距首端五分之三至五分之四的距离之间内设置有控制挡板10，在控制挡板到尾端的烟道上设置有高温烟气引出口1-1-2，高温烟气引出口通过高温管路连接至所述热风循环混合器，在高温管路上顺序设置有高温管路控制闸门11、高温管路除尘器12、高温管路引风机13；在烧结床顶端设置有循环烟罩14，热风循环混合器的混合风输出连接至循环烟罩，循环烟罩上设置有进风口14-1。实施例中循环烟罩有三个，三个循环烟罩并排设置在烧结床顶端纵向的中部，其中靠近烧结床尾部循环烟罩的一端位置是处于所述控制挡板10之上，在循环烟罩与热风循环混合器连接的管路中设置有热风补风调节阀门15。

实施例中，所述环冷机热风回收机构是：所述冷却风口从冷却床首端至尾端顺序至少分为四组，本实施例为四组，从首端开始分别称为冷却风口组一2-1-1、冷却风口组二2-1-2、冷却风口组三2-1-3、冷却风口组四2-1-4，对应其中的组一、组二、组三冷却风口位置的冷却床顶端的热烟气回收罩为三个，对应组一的为高温烟气回收罩7-1，对应组二的为中温烟气回收罩7-2，对应组三的为低温烟气回收罩7-3，四个冷却风口分别连接有冷却风机6，在四冷却风机到冷却风口的送风关上分别设置有风量调节阀16，分别称为组一风量调节阀、组二风量调节阀、组三风量调节阀和组四风量调节阀；所述的高温烟气回收罩分别通过接口7-1-1、闸板阀17和18连接至热风循环混合器和烧结床点火口，所述中温烟气回收罩通过接口7-2-1连接热风应用设备，向热风应用设备提供热烟气；所述低温烟气回收罩经接口7-3-1分别通过风量调节阀19和20连接烧结床点火口和冷却风口组一、冷却风口组二。

实施例中，在所述冷却风口组一、冷却风口组二分别与低温烟气回收罩连接的管路上还设置有分风量调节阀21。

实施例中，所述的热风含氧量检测控制装置包括在热风循环混合器中设置的含氧传感器和在热风循环混合器上设置的氧气补充管路9-1，在氧气补充管路上设置有氧气补充控制阀门9-2，一个控制电路分别连接含氧传感器和氧气补充控制阀门，控制电路通过设定的含氧量阈值控制阀门的开启与关闭。

实施例中，所述的热风应用设备是补气凝气式汽轮机发电机组，包括补气凝气式汽轮机22和与之连接的环冷余热锅炉23、发电机24；环冷余热锅炉热源进口连接所述中温烟气回收罩接口7-2-1，环冷余热锅炉热源出口通过热源循环风机25连接所述冷却风口组一、冷却风口组二，环冷余热锅炉的蒸汽输出连接至补气凝气式汽轮机，在环冷余热锅炉的蒸汽输出与补气凝气式汽轮机连接的管路上设置有备用汽源连接管26，备用汽源用于当热源汽不稳定时对补气凝气式汽轮机的补充，保证发电机的稳定发电。其中，所述补气凝气式汽轮机的蒸汽回流输出口连接一个冷凝器27，冷凝器通过冷凝水泵28将冷凝水送至一个除氧机29，除氧机的输出经锅炉给水泵30将水送至环冷余热锅炉，冷凝器通过一个冷却循环泵32连接一个冷却水塔31。

实施例中，所述冷却床的顶端与热烟气回收罩通过密封结构密封，所述密封结构包括固定在热烟气回收罩7外侧的上固定肋片7-1和固定在环冷机钢结构33外侧的下固定肋片33-1，在上固定肋片上设置有上密封刀片7-1-1，在下固定肋片上设置下密封刀片33-1-1，上密封刀片与下密封刀片相互插接将回收罩与钢结构之间的接缝口密封，在上密封刀片或下密封刀片上设置有作为密封用的钢丝毛刷34。

实施例中，所述上密封刀片和下密封刀片分别至少有两片，上密封刀片和下密封刀片紧贴插接。

实施例中，所述上密封刀片和下密封刀片各有两片，所述两片上密封刀片插入在两片下密封刀片之间，在所述两片上密封刀片内侧面上设置有钢丝毛刷，钢丝毛刷的下端与下固定肋片相贴紧密接触。

实施例中，所述外部钢结构下端两侧与环冷机基础之间设置有胶模块密封垫35，所述热烟气回收罩与环冷机基础36之间设置有环冷机外壳封闭罩37。

实施例2：

一种基于实施例1热风循环烧结与烧结双压余热利用系统的余热利用方法，包括如下步骤：

a.将烧结炉烟道高温段烟气和环冷机高温段烟气收集送至热风循环混合器，混合器将高温烟气送入烧结炉的烧结床；

b.在混合器将高温烟气送入烧结炉的烧结床的过程中判断热风循环混合器中的高温烟气含氧量是否达到设定阈值；

c.当高温烟气含氧量低于设定阈值时，向热风循环混合器送入氧气使送入的高温烟气含氧至达到或高于设定阈值。

送入的氧气是环境空气，高温烟气含氧量的设定阈值是总气量的16～19%。

本实施例中的热风烧结技术，烧结机点火后，用300～1000℃的热风或热废气进行烧结的铁矿石烧结工艺。常规的烧结工艺是在烧结点火后，依靠室温的空气进行烧结的。由于烧结过程的自动蓄热作用，料层上部烧结温度低，下部烧结温度高，因此上部经常烧结不充分，液相量不足，致使所得烧结矿强度低，并形成许多返矿，而下部由于烧结温度过高产生过熔，使烧结矿还原性恶化。理想的烧结制度是使沿料层高度的烧结温度均匀。热风烧结是在点火后以热风继续向料层提供热量以补充上层热量的不足，从而使上下料层烧结温度较为均匀。

带来的效果：热风烧结使料层上部烧结温度提高、液相量增加，同时液相黏度降低，有利于矿物充分结晶，玻璃相含量减少，从而提高烧结整体的成品率及烧结矿强度。此外。以热风代替冷风，使抽入空气与热烧结层的温差减少，降低冷却速度，减少热应力，促使烧结矿的强度提高。热风烧结可以降低固体燃料消耗，减少过熔，降低FeO，从而提高烧结矿的还原性。当使用1000℃热风烧结时，固体燃料可节约20%～30%，总热量消耗减少10%～13%，烧结矿冶金性能改善，粉末量大大减少。但是热风烧结使烧结速度下降，因而在料层透气性没有改善条件下产量要下降。

上述实施例中，烧结烟道尾部中温烟气（300～400℃，由于烟气主要为烧结终点附近烟气为10～18%氧含量）；环冷机高温段余热蒸汽（380～450℃，烟气主要为空气，含氧量为20～21%），热风循环混合器根据需要配入一定冷风保证最后热风烧结的循环烟气温度为300～400℃，含氧量16～19%，所需所有热量全部来自烧结过程余热。

将环冷机第二段产生的次中温烟气通过余热锅炉进行换热，换热后的烟气（150～180℃）与环冷机第三段回收的富余烟气（150～200℃）混合后，由循环风机供入环冷机1、2段进行热风循环使用，用来提高环冷机1、2段的烟气温度。

将冶金企业厂内蒸汽管网中的炼钢、轧钢、竖炉等装置回收的饱和蒸汽与烧结产生的饱和蒸汽共同进入一套发电机组发电。

环冷机烟罩分段回收，将烟气中的相对高、中、低烟气根据其火用质进行分段回收，分质使用。

烧结机通过烟道实现工艺为抽风烧结，烧结烟道设置闸板阀将烟道分成两段，分段原则为保证高温度段烟气平均温度不低于300℃，保证进入主抽风机4的烟气温度高于排烟露点温度，抽出的烟气经3除尘经4通过6排入大气。

循环的热风通过14进入烧结机前2/3部分，完成热风烧结，使用后的烟气进入烟道1-1。

环冷机部分：由7-3产生的中温烟气经过烟道进入余热锅炉23，经余热锅炉利用分别产生饱和蒸汽和管网饱和蒸汽26汇合后进入22，经22膨胀做功后产生冷凝水，经28打入29，在由30补给23完成汽水循环；同时该余热锅炉自带除尘器，根据灰斗集灰情况定时排灰。

烧结热风点火部分：将7-3产生的低温烟气优先供给1-3做为点火助燃气源使用，富余的通过烟气管道和锅炉23出来的烟气混合供环冷机热风循环使用。

风量控制：

当烧结热风循环时，需要针对供给14的热风进行风量、氧含量和温度的控制；

当热风点火时，优先考虑点火热风的供给量，富余部分用于环冷机热风循环使用用气，调整风量通过阀门19和20进行调整；

当环冷机热风循环时，通过锅炉23和7-3-1供给的循环风量由于总量和系统漏风的原因，不能满足循环风量的要求；设备投运时，优先保证环冷机1段风量，2段风量通过调整风机进行补给。

工艺切换部分：

1）当热风烧结系统故障时：打开烧结烟道阀门10，关闭阀门11，烧结烟气仍走原烧结主抽管道；关闭阀门17，打开阀门18，将烧结点火气源改为温度更高的烧结1段烟气；关闭阀门17，将环冷机烟气全部作为环冷机循环气源。

2）当余热发电系统故障时，停止循环风机25，开启全部风机6和阀门16，重新调整9-2的新风配风量。 

Claims (10)

1.热风循环烧结与烧结双压余热利用系统，包括烧结机和环冷机；

所述烧结机的烧结床之下是烟道，烟道对应烧结床的长度设置，烧结床纵向从首端至尾端连续设置多个烟气口，烟气口垂直连接所述烟道，烧结床点火口设置在首端，烧结矿从烧结床首端至尾端通过传送带移动，所述烟道在对应烧结床首端的位置设有引风口，引风口通过低温管路顺序连接低温管路除尘器、低温管路引风机和烟囱；

所述环冷机有烧结矿冷却床，烧结矿从冷却床首端至尾端通过传送带移动，在冷却床下部对应冷却床的长度从首端至尾端连续设置多个冷却风口，冷却风口连接有冷却风机，在冷却床的顶端设置有热烟气回收罩；

其特征在于，所述烧结机和环冷机首尾纵向落差排列，烧结机在高位环冷机在低位，所述烧结机烧结床的尾端通过烧结矿传输通道向下连接至环冷机首端；一个热风循环混合器连接一个烧结机热风回收机构和一个环冷机热风回收机构收集热风，热风循环混合器将收集的热风送入烧结机的烧结床；同时所述环冷机热风回收机构还向一个热风应用设备输出热风，在热风循环混合器上设置有热风含氧量检测控制装置。

2.根据权利要求1所述的热风循环烧结与烧结双压余热利用系统，其特征在于，所述烧结机热风回收机构是：在所述烟道对应烧结床在距首端五分之三至五分之四的距离之间内设置有控制挡板，在控制挡板到尾端的烟道上设置有高温烟气引出口，高温烟气引出口通过高温管路连接至所述热风循环混合器，在高温管路上顺序设置有高温管路控制闸门、高温管路除尘器、高温管路引风机；在烧结床顶端设置有循环烟罩，热风循环混合器的混合风输出连接至循环烟罩，循环烟罩上设置有进风口。

3.根据权利要求1所述的热风循环烧结与烧结双压余热利用系统，其特征在于，所述环冷机热风回收机构是：所述冷却风口从冷却床首端至尾端顺序至少分为四组，从首端开始分别称为冷却风口组一、冷却风口组二、冷却风口组三、冷却风口组四，对应其中的组一、组二、组三冷却风口位置的冷却床顶端的热烟气回收罩为三个，对应组一的为高温烟气回收罩，对应组二的为中温烟气回收罩，对应组三的为低温烟气回收罩，四个冷却风口分别连接有冷却风机，在四冷却风机到冷却风口的送风关上分别设置有风量调节阀，分别称为组一风量调节阀、组二风量调节阀、组三风量调节阀和组四风量调节阀；所述的高温烟气回收罩分别通过闸板阀连接至热风循环混合器和烧结床点火口，所述中温烟气回收罩连接热风应用设备，向热风应用设备提供热烟气；所述低温烟气回收罩分别通过风量调节阀连接烧结床点火口和冷却风口组一、冷却风口组二。

4.根据权利要求3所述的热风循环烧结与烧结双压余热利用系统，其特征在于，在所述冷却风口组一、冷却风口组二分别与低温烟气回收罩连接的管路上还设置有分风量调节阀。

5.根据权利要求1所述的热风循环烧结与烧结双压余热利用系统，其特征在于，所述的热风含氧量检测控制装置包括在热风循环混合器中设置的含氧传感器和在热风循环混合器上设置的氧气补充管路，在氧气补充管路上设置有氧气补充控制阀门，一个控制电路分别连接含氧传感器和氧气补充控制阀门，控制电路通过设定的含氧量阈值控制阀门的开启与关闭。

6.根据权利要求1所述的一种热风循环烧结与烧结双压余热利用系统，其特征在于，所述冷却床的顶端与热烟气回收罩通过密封结构密封，所述密封结构包括固定在回收罩外侧的上固定肋片和固定在环冷机钢结构外侧的下固定肋片，在上固定肋片上设置有上密封刀片，在下固定肋片上设置下密封刀片，上密封刀片与下密封刀片相互插接将收集罩与钢结构之间的接缝口密封，在上密封刀片或下密封刀片上设置有作为密封用的钢丝毛刷。

7.根据权利要求6所述的热风循环烧结与烧结双压余热利用系统，其特征在于，所述上密封刀片和下密封刀片分别至少有两片，上密封刀片和下密封刀片紧贴插接。

8.根据权利要求6所述的热风循环烧结与烧结双压余热利用系统，其特征在于，所述上密封刀片和下密封刀片各有两片，所述两片上密封刀片插入在两片下密封刀片之间，在所述两片上密封刀片内侧面上设置有钢丝毛刷，钢丝毛刷的下端与下固定肋片相贴紧密接触。

9.根据权利要求6所述的热风循环烧结与烧结双压余热利用系统，其特征在于，所述外部钢结构下端两侧与环冷机基础之间设置有胶模块密封垫。

10.一种基于权利要求1所述系统的余热利用方法：其特征在于，所述方法包括如下步骤：

a.将烧结炉烟道高温段烟气和环冷机高温段烟气收集送至热风循环混合器，混合器将高温烟气送入烧结炉的烧结床；

b.在混合器将高温烟气送入烧结炉的烧结床的过程中判断热风循环混合器中的高温烟气含氧量是否达到设定阈值；

c.当高温烟气含氧量低于设定阈值时，向热风循环混合器送入氧气使送入的高温烟气含氧至达到或高于设定阈值。

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