陽習端，郭 亮，王顯龍

（1.湖南華菱漣源鋼鐵有限公司，湖南婁底 417000；2.中國科學院廣州能源研究所，廣東廣州 510640）

前言

我國鋼鐵產(chǎn)能突破10 億t，鋼鐵工業(yè)一直是我國工業(yè)能耗大戶，而燒結(jié)工序占鋼鐵生產(chǎn)總能耗10%～15%，經(jīng)過近10 多年燒結(jié)余熱回收技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)燒結(jié)生產(chǎn)線基本都安裝了余熱發(fā)電設(shè)備，燒結(jié)能耗有了較大幅度的降低，根據(jù)部分重點鋼企統(tǒng)計，單位燒結(jié)工序能耗從2005年的64.83 kgce/t下降到2018年的48.60 kgce/t［1-2］。

漣源鋼鐵的130 m2、180 m2及280 m2三條燒結(jié)線配套安裝了一套余熱發(fā)電系統(tǒng)（280 余熱電站），為三爐一機配置，裝機18 MW，經(jīng)過近幾年的運行和挖潛，280 余熱電站日發(fā)電量為30 萬kWh 左右，冬季日發(fā)電量約為28 萬kWh，并于2020 年底安裝階梯式自密封余熱回收裝置，電站在冬季運行歷史性達到18 MW 額定負荷。日發(fā)電量進一步提升后，在設(shè)備上挖潛的空間已經(jīng)不大。由于實際運行中燒結(jié)余熱溫度波動較大，電站負荷也隨之波動，如果通過燒結(jié)運行的操作控制穩(wěn)定負荷，仍有進一步的挖潛空間。通過對燒結(jié)熱平衡中對環(huán)冷機余熱發(fā)電影響因素進行分析，并測試280 m2燒結(jié)相關(guān)數(shù)據(jù)分析終點溫度對環(huán)冷機余熱回收的影響，提出通過穩(wěn)定控制終點溫度的燒結(jié)操作運行方式進一步提升余熱回收能力。

1 燒結(jié)工藝參數(shù)

漣源鋼鐵280 燒結(jié)余熱電站三爐包括130 m2、180 m2、280 m2燒結(jié)三條線，以其中的280 m2燒結(jié)線為研究對象，280 m2燒結(jié)線的工藝參數(shù)如表1。

表1 280m2燒結(jié)線工藝參數(shù)表

2 燒結(jié)熱平衡分析

2.1 熱平衡中可利用余熱的分布

在燒結(jié)熱平衡分析中，各個鋼廠的設(shè)備、原料及操作水平不盡相同，燒結(jié)設(shè)計手冊給出典型燒結(jié)廠熱平衡圖如圖1［8］所示。根據(jù)熱平衡圖可知，針對特定燒結(jié)線，在原料不變、產(chǎn)量確定的前提下，燒結(jié)過程中熱輸入及熱支出的大部分子項不會變化很大。其中燒結(jié)煙氣熱量占比約為15%～20%，燒結(jié)礦顯熱占比約為30%～45%，但燒結(jié)煙氣和燒結(jié)礦顯熱總和占比基本不變，約占熱支出的50%～60%，即對同一燒結(jié)線煙氣熱量少了，燒結(jié)礦顯熱就多了。所以對于環(huán)冷機余熱回收，在保證燒結(jié)礦質(zhì)量的前提下，可以通過終點溫度控制，降低燒結(jié)煙氣的排放溫度，提高進入環(huán)冷機的燒結(jié)礦溫度（顯熱）。

圖1 典型燒結(jié)廠熱平衡圖

2.2 燒結(jié)煙氣顯熱與燒結(jié)礦顯熱關(guān)系

選取漣鋼280 m2燒結(jié)中2 個常見燒結(jié)工況的參數(shù)分析，在燒結(jié)上料量、固體燃耗等參數(shù)相同的情況下，終點溫度不同導致大煙道的排煙溫度及熱量不同，在熱量平衡的情況下，大煙道排煙的熱量增減直接反饋在進入環(huán)冷機的燒結(jié)礦熱量增減上，兩者熱量總和基本保持一致。工況分析如表2。由于280 m2燒結(jié)新安裝大煙道余熱回收鍋爐，分析中將大煙道余熱鍋爐產(chǎn)汽熱量折算，計算出原實際排煙溫度（不安裝大煙道余熱鍋爐的情況下）。

表2 280m2燒結(jié)2個常見工況余熱分布表

3 燒結(jié)終點溫度對余熱回收的影響

為了進一步研究終點溫度變化對余熱回收的影響，聯(lián)合廣州能源研究所研究人員對燒結(jié)機參數(shù)進行測試研究分析，在穩(wěn)定上料量、固體燃耗、配料等的情況下，并固定環(huán)冷機余熱回收風機轉(zhuǎn)速、風門，對連續(xù)穩(wěn)定運行1 d 的數(shù)據(jù)進行采樣分析（采樣周期為0.5 h）。研究燒結(jié)終點溫度對環(huán)冷機余熱回收煙氣溫度、大煙道煙氣溫度、環(huán)冷機余熱鍋爐中壓蒸汽產(chǎn)量的關(guān)鍵參數(shù)的影響。

3.1 燒結(jié)終點溫度對環(huán)冷機余熱回收1#抽口溫度的影響

280 m2燒結(jié)線環(huán)冷機余熱回收煙罩有4 個抽口，燒結(jié)終點溫度變化導致進入環(huán)冷機的礦溫變化，直接反饋在環(huán)冷機余熱回收1#抽口煙溫的變化。在連續(xù)1 d 的采集數(shù)據(jù)中，燒結(jié)終點溫度變化與環(huán)冷機余熱回收1#抽口煙溫變化如圖2所示。

由于溫度同步記錄，圖2 中燒結(jié)終點溫度變化與環(huán)冷機余熱回收1#抽口煙溫沒有特別強的相關(guān)性，這是由于燒結(jié)終點溫度變化對環(huán)冷機余熱影響是一個滯后過程，燒結(jié)礦從燒結(jié)臺車進入環(huán)冷機換熱冷卻被余熱鍋爐吸收，按照燒結(jié)臺車速度為1.2 m/min、環(huán)冷機臺車速度為1.1 m/min 計算，燒結(jié)臺車上的礦料在環(huán)冷機上換熱約滯后0.5～1 h。通過對比發(fā)現(xiàn)：當將燒結(jié)終點溫度的采樣值超前環(huán)冷機余熱回收1#抽口煙溫2 個數(shù)值單位后，二者的曲線變化過程呈現(xiàn)出一定的相關(guān)度，燒結(jié)終點溫度上升，則環(huán)冷機余熱回收1#抽口煙溫下降；燒結(jié)終點溫度下降，則環(huán)冷機余熱回收1#抽口煙溫上升，兩者相關(guān)性很強，如圖3 所示。這表明二者之間存在一個時滯，滯后時長在0.5～1 h 之間。即降低燒結(jié)終點溫度一段時間后，環(huán)冷機余熱回收煙氣溫度隨之提高。說明降低燒結(jié)終點溫度后，進入燒結(jié)大煙道的煙氣顯熱減少，進入環(huán)冷機的燒結(jié)礦溫度提高，顯熱增加，有利于環(huán)冷機余熱發(fā)電回收提升。

圖2 燒結(jié)終點溫度與環(huán)冷機1#抽口煙溫同步采樣

圖3 燒結(jié)終點溫度超前采樣

3.2 燒結(jié)礦在環(huán)冷機上冷卻的煙氣溫度變化

沿著環(huán)冷機運行方向，在環(huán)冷機余熱回收煙罩上約55 m 的回收段均勻布置溫度測點，測量環(huán)冷機煙氣溫度變化，經(jīng)過對大量的數(shù)據(jù)測量和分析，選取3個能夠代表高、中、低不同環(huán)冷機下料口煙氣溫度的測量數(shù)據(jù)對比，如圖4所示。

圖4 不同礦料溫度工況下燕趙內(nèi)煙氣溫度分布梯度

通過測點溫度分布及趨勢曲線分析表明：燒結(jié)礦在環(huán)冷機上的冷卻具有較好的線性梯度，即環(huán)冷機煙罩上煙氣溫度的換熱相對均勻分布，與進入環(huán)冷機的礦溫密切相關(guān)，整體換熱系數(shù)變化不大，穿透燒結(jié)礦料的冷卻風分布均勻，余熱回收設(shè)備改造可以將進入環(huán)冷機的礦料余熱最大效率回收。通過計算，高溫工況的環(huán)冷機1 段平均煙溫為438 ℃，2 段平均煙溫為283 ℃，與鍋爐設(shè)計值基本吻合；中溫工況的環(huán)冷機1 段平均煙溫為352 ℃，2 段平均煙溫為204 ℃。

3.3 燒結(jié)終點溫度對環(huán)冷機余熱回收1#抽口煙溫的影響度分析

對燒結(jié)終點溫度和環(huán)冷機1#抽口煙溫相關(guān)性進行分析，在試驗時間段中，兩者各自都有較好的一次線性相關(guān)度，相關(guān)度絕對值百分比相差僅3%，且互為正負，如圖5所示。通過計算，在試驗工況下燒結(jié)終點溫度與環(huán)冷機余熱回收1#抽口煙溫的關(guān)系為y=-1.03x+862，其中y 為環(huán)冷機1#抽口煙氣溫度，單位℃；x為燒結(jié)終點溫度，單位℃。

圖5 燒結(jié)終點溫度與環(huán)冷機1#抽口煙溫關(guān)聯(lián)分析

3.4 燒結(jié)終點溫度對環(huán)冷機余熱回收中壓蒸汽產(chǎn)量的影響度分析

在采樣周期內(nèi)，終點溫度分布經(jīng)歷3個階段，如圖6（見圖中虛線方框），隨著燒結(jié)終點溫度的變化，環(huán)冷機余熱鍋爐中壓蒸汽產(chǎn)量也隨之變化。在圖6中，第一階段為采樣點一期，平均燒結(jié)終點溫度較高，燒結(jié)終點平均溫度為410.9 ℃，平均中壓蒸汽產(chǎn)量為32.4 t/h；第二階段為采樣點二期，平均燒結(jié)終點溫度有所降低，燒結(jié)終點平均溫度為374.6 ℃，平均中壓蒸汽產(chǎn)量為35.6 t/h；第三階段為采樣點三期，平均燒結(jié)終點溫度進一步降低，燒結(jié)終點平均溫度為356.5 ℃，平均中壓蒸汽產(chǎn)量為38 t/h。環(huán)冷機余熱鍋爐中壓蒸汽產(chǎn)量對余熱發(fā)電負荷提高的貢獻度較高，所以隨著燒結(jié)終點溫度的降低，余熱發(fā)電設(shè)備的負荷會有所提升，負荷更加穩(wěn)定。

圖6 燒結(jié)終點溫度對環(huán)冷機余熱回收中壓蒸汽產(chǎn)量的影響

4 結(jié)論

（1）根據(jù)燒結(jié)設(shè)計值，漣鋼280 m2燒結(jié)設(shè)計終點溫度為350～420 ℃，雖然影響燒結(jié)余熱的因素非常多，在其他因素已經(jīng)改善的前提下，燒結(jié)終點溫度的控制是進一步挖潛余熱回收的重要因素。目前漣鋼燒結(jié)運行對終點溫度控制調(diào)整范圍過大，還不夠及時到位，波動較大，相應(yīng)造成余熱發(fā)電負荷波動大，存在余熱回收損失。

（2）在額定上料量及保證燒結(jié)礦質(zhì)量的前提下，漣鋼280 m2燒結(jié)可將燒結(jié)終點溫度位置控制在17 號風箱，溫度控制目標確定在350～370 ℃，余熱發(fā)電能夠更高效穩(wěn)定運行，要求在運行過程中，燒結(jié)終點溫度偏離控制目標時需要及時調(diào)整。

（3）研究結(jié)果表明同時對漣鋼130 m2、180 m2生產(chǎn)線燒結(jié)終點溫度進行更加精確的調(diào)整控制，加上280 m2燒結(jié)大煙道余熱鍋爐蒸汽的并入，280余熱電站可達到日發(fā)電量42萬kWh的目標，余熱回收效率進一步提升。