烧结环冷机余热发电数据分析

浅析烧结冷却机余热发电技术摘要：烧结冷却机余热发电技术是利用烧结冷却机中低温的废气通过余热锅炉产生蒸汽，来推动汽轮机组做功发电。

文章对工业余热资源进行了概述，对钢铁行业烧结冷却机余热发电工艺和方案进行了总结和分析，从而更好的节约能源，有利于环境保护。

关键词：钢铁行业；烧结冷却机；余热发电1 工业余热资源概述余热资源本质上是一种二次能源，是一次能源或者是可燃物料经过转换之后得到的产物，亦或者燃料在实际燃烧过程中所产生的热量在实现某一工艺之后所剩余的热量。

依据余热资源温度品位来进行划分，通常可以将工业余热划分为600℃以上的高温余热，300～600℃之间的中温余热以及300℃以下的低温余热3种类型；依据余熱资源的来源进行划分，可以将工业余热分为烟气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、化学反应热、高温产品以及炉渣余热、可燃废气和废料余热等。

纵然余热资源的来源十分广泛，温度范围也相对较广，同时以多种形式存在。

不过单纯从余热资源的利用角度来看，其具备如下共同点：因为工艺生产过程具备一定的周期性、间断性，且生产过程相对较为波动，这就使得余热量相对来说并不稳定；同时，余热介质的性质相对较为恶劣，例如烟气中就包含的而又大量的粉尘以及腐蚀性的物质成分；此外，余热利用装置容易受到场地、原生产等现有条件的限制。

因此，工业余热资源利用系统或设备运行环境相对恶劣，要求有宽且稳定的运行范围，能适应多变的生产工艺要求，设备部件可靠性高，初期投入成本高，从经济性出发，需要结合工艺生产进行系统整体的设计布置，综合利用能量，以提高余热利用系统设备的效率。

2 钢铁行业余热发电工艺以烧结鼓风冷却机为例。

目前钢铁行业烧结矿的冷却方式大多采用鼓风冷卻方式，根据占地方式不同，有带式冷却机和环式冷却机两种。

烧结鼓风冷却机规模按冷却机面积有190m2、280m2、336m2、400m2、435m2、460m2等系列。

烧结鼓风冷却机工作原理为：赤热的烧结矿石从烧结机进入冷却机时的温度高达650～750℃，在烧结机中反应完成的矿石经过破碎，移送至冷却机，并形成一定厚度的填充层。

1概论在钢铁生产过程中，烧结工序的能耗约占总能耗的10%，仅次于炼铁工序，位居第二。

在烧结工序总能耗中，有近50%的热能以烧结烟气和冷却机废气的显热形式排入大气。

由于烧结冷却机废气的温度不高，仅150～450℃，加上以前余热回收技术的局限，余热回收项目往往被忽略。

随着近几年来余热回收技术突飞猛进，钢铁行业的余热回收项目造价大幅度降低，同时余热回收效率大幅提高，特别是闪蒸发电技术和补汽凝汽式汽轮机在技术上获得突破，为钢铁行业余热回收创造了优越的条件。

时值目前国家能源紧缺、大力提倡生产过程节能降耗的关键时期，国家有关部门对企业节能指标提出了很高的要求。

在这样的形势和技术条件下，一些有远见的钢铁企业，迅速启动各种余热回收项目，不但完成了钢铁企业的节能降耗任务，同时也能为企业本身创造可观的经济效益。

烧结冷却机余热的回收，是通过回收烧结机尾落矿风箱及烧结冷却机密闭段的烟气加热余热锅炉来回收低品味余热能源，结合低温余热发电技术，用余热锅炉的过热蒸气来推动低参数的汽轮发电机组做功发电的最新成套技术；其与火力发电相比：1）不需要消耗一次能源。

2）不产生额外的废气、废渣、粉尘和其它有害气体。

具体来讲烧结冷却机余热回收的意义体现在如下几个方面：1）利用烧结环冷机烟气余热发电，部分代替来自电网的以化石燃料为能源的供电量，从而起到减少温室气体排放效果；2）降低烧结工序能耗，促进资源节约；降低产品单位价格，使企业更具竞争优势。

3）有利于企业可持续发展目标的实现，减少由常规火电厂带来的SO2、CO2、粉尘之类的大气污染物，有助于改善当地的能源结构，提高能源安全。

2 国家政策一国务院关于做好建设节约型社会近期重点工作的通知国发【2005】 21号文件中提出“在冶金、有色、煤炭、电力、化工、建材、造纸、酿造等重点行业组织开展循环经济试点”。

具体内容：1）钢铁工业。

要加快淘汰落后工艺和设备，提高新建、改扩建工程的能耗准入标准。

实现技术装备大型化、生产流程连续化、紧凑化、高效化，最大限度综合利用各种能源和资源。

目录1总的部分 (3)1.1项目概况 (3)1.2项目建设的必要性 (3)1.3项目特点 (4)2建厂条件及设计依据 (5)2.1烧结环冷机条件 (5)2.2气象条件 (6)3工程设想 (6)3.1设计规则及标准 (6)3.2热力系统 (6)3.2.1烧结低温烟气热平衡 (6)3.2.2电站规模 (7)3.2.3工程内容及电站厂房布置 (7)3.2.4工艺流程及特点 (9)3.2.5烟气系统 (9)3.2.6汽轮发电机组各系统 (10)3.2.7主要设备参数 (10)3.3电力设施 (16)3.3.1 设计规范和规定 (16)3.3.2 电力电量平衡及接入系统方案 (16)3.3.3 电气主接线 (16)3.3.4 发电设备 (17)3.3.5 厂用电系统 (19)3.3.6 控制及保护系统 (20)3.4热工仪表及自动化 (22)3.4.1 概述 (22)3.4.2 设计原则以及自动化装备水平 (23)3.4.3 DCS的配置及主要控制功能 (25)3.4.4 DCS的配置 (28)3.5循环水、除盐水和供排水系统 (32)3.5.1 除盐水系统 (32)3.5.2 生产补充新水系统 (38)3.5.3 生活、消防给水系统 (40)3.5.4 排水系统 (40)3.5.5 水质稳定措施 (41)3.5.6 安全供水 (41)3.5.7 给排水设施 (41)3.6土建工程 (42)3.6.1 自然条件 (42)3.6.2 建筑物生产类别, 建筑耐火等级 (42)3.6.3 土建设施要求 (43)3.7总图布置 (44)4环境保护 (45)4.1主要污染源、污染物及其控制措施 (45)4.1.1 废气 (45)4.1.2 废水 (45)4.1.3 噪声防治措施 (46)4.1.4 固体废物 (46)4.2工厂绿化 (46)5劳动安全和工业卫生 (46)5.1防自然灾害措施 (46)5.2防生产过程危险、危害措施 (47)5.3防火 (51)5.3.1 总图布置 (51)5.3.2 建筑防火措施 (51)5.3.3 消防供水 (51)5.3.4 电气防火措施 (51)5.3.5 防爆防火措施 (52)5.3.6 通风防火措施 (52)5.3.7 火灾自动报警系统 (53)5.3.8 灭火设施配置 (53)5.3.9 消防标志配置 (53)6主要设备清单 (53)7投资及效益 (54)8结论 (55)9附图.................................................................................................................................... 错误!未定义书签。

环冷机烧结矿余热回收性能分析与优化摘要：根据统计表明，我国工业冶金烧结过程的能源消耗至少占整个冶金能耗的10%，而烧结矿在开发过程中排放的余热则占总能耗热的50%左右，由此可见烧结矿在冶金过程中对余热的回收一直都是国家企业重点关注的问题。

在烧结矿冶金过程中采用环冷机能够排放出大量的低温烟气，其产生的热量大约是烧结矿热耗量的30%左右，可以把烧结矿在冷却过程中产生的低温烟气进行余热回收，从而降低热量的大量消耗。

本文对环冷机在烧结矿的使用过程中余热回收的性能和优化进行重点分析讨论，试找出较为合理的解决方式。

关键字：环冷机；烧结矿；余热回收；性能引言：近年来我国烧结余热的利用技术不断发展，工业冶金在烧结余热技术的利用方面取得了较为良好的效果，但和国外成熟的的冶金余热利用技术相比，还有较大的差距。

目前我国烧结矿冶金过程中的平均能耗仍然比国外的指标高，所以通过优化环冷机的性能来提高烧结余热资源的高效利用和回收，增强我国冶金企业未来发展的必然趋势。

这对我国推行保护环境，降低能耗、节能减排也有重要的意义。

一、系统介绍环冷机主要由入端口、平台、台车体、处端口和其他部件组成。

其主要工作流程如下：首先环冷机上的台车在传动装置的驱使下，通过入端口进行接料，接着在平台上进行缓慢的圆形轨迹运动。

这时环冷机底部开始自下而上强制鼓风，底部冷却的介质穿过烧结矿物层发挥冷却作用，使得热量通过对流的方式进行不断的内部循环，导致烧结矿逐渐变得冷却[1]。

这一过程产生的热烟气需要从环冷机的台车顶部出口处排放，但热烟气通过台车顶部设计的一个或者多个集热罩，这些集热罩把热烟气送入余热回收装置进行利用。

环冷机通过以上方式促使内部介质的循环，周而复始地运动，便可以达到制冷的效果。

环冷机在工作的过程中具体余热回收利用系统流程过程如下图一所示：二、环冷机操作参照数对烧结矿冷却过程分析（一）环冷机料层厚度对出口烟气的影响分析利用计算机Matlab软件进行环冷机性能优化实验，控制环冷机的冷却介质风速、冷却介质温度，床层孔隙率和颗粒当量直径为恒定值时，改变料层的厚度，采用1m、1.2m、1.4m和1.6m的料层进行实验，出烟口的烟气温度会因为料层的厚度不同初始温度有所区别，随着冷却时间的变换而降低。

第50卷第2期中南大学学报(自然科学版) V ol.50No.2 2019年2月Journal of Central South University (Science and Technology)Feb. 2019 DOI: 10.11817/j.issn.1672−7207.2019.02.028烧结冷却废气余热有机朗肯循环发电系统性能分析冯军胜1，裴刚1，董辉2，张晟2(1. 中国科学技术大学工程科学学院，安徽合肥，230026；2. 东北大学冶金学院，辽宁沈阳，110819)摘要：以烧结矿环冷机末端出口流量为7.6×105 m3/h、平均温度为170 ℃的冷却废气为研究对象，基于低温余热有机朗肯循环系统，采用R123，R245fa和R600作为循环有机工质，研究工质蒸发温度、过热度和冷凝温度对系统性能的影响。

研究结果表明：系统净输出功率和总的不可逆损失随工质蒸发温度、过热度和冷凝温度的增大而逐渐减小；系统热效率随蒸发温度增大而增大，而随冷凝温度增大而减小，工质过热度增大对系统热效率的影响不大；当系统操作工况一定时，工质R600的净输出功率最大，而工质R123的系统热效率最高，且总不可逆损失最小；在实际操作过程中，为了获得较大系统净输出功率，应选择R600作为循环有机工质，设定蒸发器出口工质为饱和蒸汽状态，并采用较低的工质冷凝温度。

关键词：烧结；余热发电；有机朗肯循环；热力性能中图分类号：TK11+5 文献标志码：A 文章编号：1672−7207(2019)02−0466−08Performance analysis of organic Rankine cycle powergeneration system with sinter cooling gas waste heatFENG Junsheng1, PEI Gang1, DONG Hui2, ZHANG Sheng2(1. School of Engineering and Science, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China;2. School of Metallurgy, Northeastern University, Shenyang 110819, China)Abstract: The cooling flue gas discharged from the end outlet of sinter annular cooler was taken as research object, with the mass flow and average temperature of cooling flue gas being 7.6×105 m3/h and 170 ℃, respectively. Based on the organic Rankine cycle(ORC) system of low temperature waste heat, the R123,R245fa and R600 were selected as the circular organic working fluids, and the effects of evaporation temperature, superheat degree and condensing temperature on the system performance were studied and analyzed. The results show that with the increase of evaporation temperature, superheat degree and condensing temperature, the net output power and total irreversible loss of system decrease gradually. The system thermal efficiency increases with the increase of evaporation temperature, and decreases with the increase of condensing temperature. The increase of superheat degree has little effect on the system thermal efficiency.When the operating condition of system is certain, the net output power of R600 is the maximum. When the system heat efficiency of R123 is the highest, and the total irreversible loss is the least. In the actual operation process, in order to obtain the larger net output power of system, the R600 should be chosen as the circular organic working fluids, with the export working fluid of evaporator being in the state of saturated steam, and the lower condensing temperature of working fluid should be used.Key words: sintering; waste heat power generation; organic Rankine cycle; thermodynamic performance收稿日期：2018−02−13；修回日期：2018−04−12基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51274065)；中国博士后科学基金资助项目(2018M642538)(Project(51274065) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(2018M642538) supported by the China Postdoctoral Science Foundation) 通信作者：裴刚，教授，博士生导师，从事低温余热回收利用研究；E-mail：****************.cn第2期冯军胜，等：烧结冷却废气余热有机朗肯循环发电系统性能分析467烧结过程余热资源的高效回收利用是降低烧结工序能耗乃至炼铁工序能耗的主要途径之一[1]。

浅谈韶钢烧结余热发电运行现状文章简要说明了韶钢烧结环冷机余热发电技术的原理与基本工艺，分析了韶钢烧结环冷机废气余热利用过程中存在的问题以及改进的方向。

标签：烧结余热；环冷机；烟气余热；余热回收；余热发电；改进方向1 烧结余热发电技术在韶钢的应用现状1.1 韶钢烧结余热发电项目建设背景韶钢原有5号和6号烧结机均为360m2，设计烧结矿年产量均为370万吨；其中5号烧结机2005年2月建成投产，6号烧结机2008年2月建成投产，2台烧结机均没有建设环冷机烟气余热回收装置。

2010年韶钢为满足节能减排需要，利用当时国内较成熟的技术水平，对烧结厂环冷机烟气进行余热回收利用技术改造，以回收5号和6号烧结环冷机的烟气余热进行发电。

1.2 烧结环冷机余热发电原理与基本工艺烧结矿在环冷机上通过鼓风进行冷却，底部鼓入的冷风在穿过热的烧结矿层时与热烧结矿进行换热，产生大量的高温废气。

将这些高温的废气通过引风机引入锅炉，加热锅炉内的水产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机转动带动发电机发电。

烧结余热发电工艺流程由三部分组成：烟气系统、锅炉系统、汽轮机及发电机系统。

烟气回收系统主要由烟囱、烟气引出管、烟气流量控制阀和烟筒的对空排气阀构成，主要功能是利用锅炉引风机产生的负压将带冷机烟罩内温度较高的烟气引到锅炉内，同时避免外界的冷风进入锅炉。

锅炉系统是余热回收的核心，在锅炉受热面上，高温烟气将热量逐级传递给受热面内的工质（水或者蒸汽）生成过热蒸汽。

汽轮机及发电机系统将过热蒸汽携带的能量转化成电能，最终完成烟气余热能向电能的转化。

韶钢烧结环冷机余热发电工艺流程如图1所示。

1.3 韶钢烧结余热发电的运行模式烧结余热热源具有整体品质低、废气温度波动大和连续性差的特点。

其中废气温度波动大和热源连续性差是当前技术条件下，烧结余热发电技术应用的最大难点。

另外，如何有效的提高系统的回收效率，尽可能多的提高吨矿发电量也是烧结厂所关心的。

韶钢烧结余热发电系统结合本厂生产工艺特点，采用“二炉带一机”的配置模式：配有二台双压余热锅炉（型号：QC360（410）/400（285）-47（20）-2.45（0.78）/375（225））和一台25MW补汽式凝汽机组（型号：BN25-1.96/0.49）。

烧结环冷机低温烟气余热发电技术探讨摘要:介绍了目前国内烧结环冷机余热发电系统的基本情况和组成,对该系统的设计特点和存在的问题进行了分析,并提出了一些建议。

关键词:烧结环冷机余热锅炉汽轮发电机组闪蒸器1 概述钢铁工业是一个国家的经济基础,但其能耗高、污染严重,是国家节能减排的重点行业。

而钢铁企业能耗的10%又是烧结系统消耗的,因此烧结系统又是钢铁企业节能减排的重点对象之一。

在烧结矿生产过程中,鼓风式环冷机冷却烧结矿时,会向大气中排出大量低温烟气(280～400℃),这部分烟气的热能约为烧结系统热耗的33％,如将其转换为电能,将给企业带来巨大的经济效益。

近年来低温烟气余热锅炉制造技术逐渐成熟并国产化,低参数汽轮机技术被研发并投入批量生产,使低温烟气的热量回收在技术上成为可能。

目前国内各大钢铁企业都在建设烧结环冷机时配套建设低温烟气的余热发电设施,此种方法已经成为国内各大钢铁企业节能降耗的重要措施。

如济钢、马钢、武钢、重钢、安阳钢厂等的烧结环冷机烟气余热发电设施均已建成投产。

2 烧结环冷机废热发电系统的组成与工艺流程烧结环冷机废热发电系统主要由三部分组成:烟风管道、蒸汽锅炉和汽轮发电机组。

烟风管道把烧结环冷机产生的烟气送至蒸汽锅炉;蒸汽锅炉利用烟气的热量把水加热成过热蒸汽;过热蒸汽通过主蒸汽管道送入汽轮机做功,带动发电机发电,蒸汽冷却成的凝结水进入除氧器除氧后,由锅炉给水泵送回锅炉,冷却后的烟气被循环风机重新送回环冷机,冷却烧结矿。

这一过程,实现了烧结环冷机废烟气的热能转化为电能。

2.1 烟气再循环目前国内建设的大多数烧结环冷机余热锅炉烟气均采用烟气再循环方式运行。

即在环冷机烟囱出口设有电动钟罩阀,当余热发电系统正常工作时,电动钟罩阀关闭,烟气引出管控制蝶阀打开,从烧结环冷机高温段烟囱及密封罩引出的烟气(400℃左右)进入余热锅炉,将烟气的热量传递给水产生蒸汽,冷却后的烟气(165℃左右)从锅炉下部排出,通过管道接至循环风机,加压后,再送回环冷机继续冷却烧结矿,实现烟气再循环;当余热发电系统不工作,将烟囱出口电动钟罩阀打开,同时烟气引出管控制蝶关闭,环冷机的烟气排入大气,整个烧结环冷机的运行不受任何影响。

烧结余热发电降低原因分析与改进摘要：本文主要介绍了烧结余热发电量降低的实际情况，并对影响余热回收利用的主要因素进行分析，找出了发电量降低的原因，根据分析结果制定了针对性控制措施，通过相应的技术改造、工艺控制和设备改进，使问题得到解决，余热发电量明显提升。

关键词：烧结；余热发电；分析；改进1 前言烧结余热发电技术是降低烧结工序能耗、提高能源利用效率，增加企业经济效益的一项重要途径。

我公司有180m2和265m2带式烧结机各一台，余热回收发电系统于2012年9月投入运行，经过设备调试和摸索总结，发电量不断提升，2013年11月份达到最高值17.22万kWh，但自12月份起发电量明显下降，为了尽快找出原因使发电量恢复正常，我们对相关数据和因素进行分析，找出了主要原因和解决办法。

2 烧结余热发电基本原理烧结余热发电大致分为三个系统：烟气回收循环系统、锅炉系统、汽轮机发电系统。

基本原理为烧结矿在环冷机由底部鼓风穿过烧结矿层产生高温度气体，将高温度气体导入余热锅炉，锅炉中的水加热产生蒸汽，蒸汽带动汽轮机转动发电机发电，所以余热电站对蒸汽品质要求较高，热量必须连续稳定，热量带来的蒸汽量多，从而带动汽轮机发电也就越多。

3 根据烧结余热发电原理，影响发电量的主要因素有余热温度、烧结机日历作业率、停机次数等，要找出影响因素就必须从这几个方面进行分析改进。

3.1 发电参数变化趋势分析2013年9月份-2014年1月份原始数据进行统计对比如下：数据显示锅炉入口温度变化明显，呈先升再降趋势，11月份温度最高对应发电量也最高，温度变化趋势与发电量趋势一致，说明烧结余热温度是造成发电量下降的主要因素。

3.2 烧结过程参数对比烧结过程参数变化：180带烧落料口温度11月份平均3469.03℃，12月份平均358.93℃，1，月份平均325.04℃，呈逐月下降趋势，平均煤气流量、抽风机废气流量数据是逐月升高的；265带烧11月份点火煤气压力最高，点火煤气流量最低，预热后煤气温度和空气温度最高，有利于烧结过程和烧结终点稳定，这些对余热发电是有利的因素。

基于烧结矿冷却过程余热利用分析利用烧结矿冷却过程中的余热是一种节能、环保和经济效益的有效途径。

本文主要从烧结矿的生成过程以及冷却过程中余热的利用等方面进行分析，探讨余热利用的可行性和应用前景。

一、烧结矿的生成过程烧结矿是利用铁矿石、焦炭、石灰石等原料，在高温条件下进行反应，形成的一种铁矿石材料。

在这个过程中，需要将原料进行混合后送入耐火材料制成的烧结机中进行烧结，通过高温烧结生成烧结矿。

二、烧结矿的冷却过程烧结矿的高温状态需要冷却后才能使用，一般冷却的方式包括自然风冷和水冷两种形式。

自然风冷需要将烧结矿放置在风中进行自然冷却，这种方式的冷却时间较长，一般需要5-7天。

水冷则是利用冷水进行冷却，冷却时间相对较短，但是需要耗费大量的水资源和能源。

三、利用烧结矿冷却过程余热的可行性分析烧结矿冷却过程中产生的热量并不是无法利用的，通过合适的技术手段，可以将烧结矿冷却的热量转化为有用的能源。

目前，使用烧结矿冷却过程余热的方式主要有以下几种：1、余热回收发电利用余热回收发电是一种成熟、稳定的技术。

通过在冷却过程中设置余热回收装置，将热量转化为能电，减少对外界能源的依赖，达到节能的目的。

2、余热回收制氢烧结矿冷却过程中余热的温度较高，可用于制氢过程中的蒸汽重整反应中，这也是目前较为普遍的一种利用方式。

通过利用余热，可以使制氢过程中的成本降低，提高废气的利用率。

3、余热回收供暖冬季供暖是一项大消耗能源的工作，利用烧结矿冷却过程中的余热为供暖提供能源，可以有效地降低供暖成本，同时减少对环境的影响。

四、总结烧结矿冷却过程中的余热利用的可行性已经得到了很好的论证，不论是经济效益还是社会效益，都是非常可观的。

不同的利用方式可以根据实际情况的不同，进行灵活的应用。

我们相信，在不断推进科技进步的同时，利用余热也将越来越被人们所重视、关注、和采用。