烧结机与冷却机余热利用的研究

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3.0 赵德峰 2024-11-19 5 4 2.3MB 61 页 15积分

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摘要

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％的热能以烧结机烟气和冷却机废气的

显热形式排入大气。由于烧结环冷机废气的温度不高，以往人们对这部分低品位

热能的回收利用重视不够。烧结机与冷却机余热回收利用是冶金行业烧结工序节

能降耗的主要手段，由于缺乏明确的指导和完整的技术支撑，目前国内冶金行业

烧结工序的余热回收利用存在单一、不充分等不合理的现象，未能从企业自身情

况入手，综合、合理利用烧结工序的各项余热余能，具体表现在大部分企业仅对

冷却废气中的高温段进行简单热回收，几乎未回收烧结废气和低温段冷却废气；

并且在提高余热利用率方面未能处理好动力回收与热回收之间的关系，降低了余

热回收后充分合理利用。论文根据“温度对口、能级匹配、按质用能”的原则，

对烧结机与冷却机的余热进行分级回收，然后，在优先考虑改善烧结工艺条件的

前提下，对回收的余热进行梯级利用。

论文介绍了近年来国内、外烧结流程工艺中的中、低温余热利用的发展水平，

着重对钢铁企业烧结工艺的发展、工艺流程及其余热回收技术做了研究。根据烧

结工序余热的特点，提出烧结工序余热回收的原则和方式。并介绍了烧结烟气的

净化处理技术。

论文依据热力学第一定律和第二定律，对烧结余热进行热值计算和能级分析，

做到最大程度上实现热量供求方面量与质的匹配，力求能级差最小，效率最高。

为此提出烧结余热的分级回收与梯级利用。即，使烧结机和冷却机的高温段烟气

进入余热锅炉产生蒸汽用来发电。中温段烟气用于本身的热风烧结、热风点火。

低温段烟气用于料矿预热、原料解冻。通过将余热分级回收，梯级利用，做到温

度对口、能级匹配、按质用能、热尽其用。

论文以烧结余热发电系统作为研究对象，通过平衡方法计算出系统的各设

备进出口点的值，找出主要的损，分析节能的潜力，评价用能的合理程度，

并与传统的热平衡法取得的结果进行比较，找出影响回收率的主要因素，并对

系统各节点参数进行优化设计，以提高余热回收利用率。

关键词：烧结余热分级回收梯级利用

ABSTRACT

In the iron and steel production process, the sintering process of total energy

consumption of energy consumption accounts for about 10 percent, after the

iron-making process. The total energy consumption in sintering process, nearly 50% of

heat energy to sintering machine and cooling machine exhaust smoke the sensible heat

form is vented to atmosphere. Due to the sintering machine exhaust temperature of

cold ring is not high, the previous people of this section of heat energy recycling

enough attention. Waste heat recovery is the primary means of energy saving in

metallurgical industry sintering process.By the reason of the absence of clear guidance

and complete technical support, at present, there is a inadequate and unreasonable

phenomenon in waste heat recovery of metallurgical industry’s sintering process,which

is not starting from their own situation,to comprehensive, rational use the

complementary energy of sintering process.The specific performance is most

companies only simplely recove thesection of high temperature cooling exhaust

heat,and hardly recove the the sintering exhaust gas and low-temperature cooling

exhaust heat; blind pursuit of steam output,the relationship of power recovery and

thermal recovery not been treated well; so that, reducing the potential of use waste heat

recovery after it be recovered. According to the rule of “Temperature counterparts,

energy level matching，energy according to quanlity”，On the sintering machine and

cooling machine to grade waste heat recovery.and then, in the sintering process to

improve the condition of priority under the premise of the cascade utilization of waste

heat recovery.

This paper introduced the development of medium-low temperature waste heat

utilization in Sintering process technics at home and abroad. It focused on analyzing

the development of sintering process, technics process and the technology of waste

heat recovery in iron and steel enterprises.Based on the characteristics of sintering

heat ，put forward the principles and the ways of the waste heat recovery.And

describes the sintering flue gas purification technology.

This paper according to the first law of thermodynamics and the second law of

thermodynamics thermal analysis the sintering heat value and energy level, so that to

achieve maximum quality and quantity of heat supply and demand matching, and

strive to minimize the energy gap for maximum efficiency. Proposed grade waste heat

recovery and the cascade utilization of waste heat recovery. That is, high-temperature

III

waste heat of the sintering machine and cooling machine into waste heat boiler and

generate steam to make electricity. Middle-temperature waste heat for their own hot air,

hot air ignition. Low-temperature waste heat to preheat feed ore, raw materials to thaw.

Classification by waste heat recovery, cascade utilization, so that the temperature

counterparts, level matching, according to its quality, heat the best use.

This paper focused on the sintering waste heat power generation system .import

and export of these devices through a balanced computing the value of each point,

identify major loss, the site of energy conservation to evaluate the reasonableness of

energy use and the use made of traditional heat balance .The results were compared to

find out of the main parameters of recovery, and recovery of the system to optimize the

design parameters.Improve the waste heat recovery utilization.

Keywords: sinter, waste heat, grade waste heat recovery ,cascade

utilization

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 ........................................................1

§1.1 课题背景及意义 ............................................ 1

§1.2 国内外研究动态 ............................................ 2

§1.2.1 国外烧结余热回收技术的发展概况 ........................ 2

§1.2.2 我国烧结余热回收技术的发展概况 ........................ 3

§1.3 本课题主要研究内容 ........................................ 5

第二章烧结工艺及烧结余热回收技术 ....................................7

§2.1 烧结工艺简介 .............................................. 7

§2.1.1 烧结工艺流程 .......................................... 7

§2.1.2 烧结过程的热平衡 ...................................... 9

§2.2 烧结余热利用的原则和途径 ................................. 11

§2.2.1 烧结余热回收原则 ..................................... 11

§2.2.2 烧结余热利用的主要途径 ............................... 11

§2.3 烧结余热回收技术 ......................................... 12

§2.3.1 冷却机废气余热利用 ................................... 13

§2.3.2 烧结机烟气余热利用 ................................... 15

§2.3.3 烧结机烟气和冷却机废气余热回收装置结合流程 ........... 16

第三章烧结废气净化处理技术 .........................................19

§3.1 烧结废气排放的特点 ....................................... 19

§3.2 烧结 SO2、NOX和 COX烟气的减量排放技术 ...................... 20

§3.2.1 使用低硫原料 ......................................... 20

§3.2.2 采用节能降耗燃烧技术 ................................. 21

§3.2.3 烧结烟气净化处理技术 ................................. 22

第四章烧结余热资源的分级回收与梯级利用 .............................30

§4.1 烧结余热的特点 ........................................... 30

§4.2 烧结余热的分级回收与梯级利用的热力学分析 ................. 31

§4.2.1 分析的基本理论 ...................................... 31

§4.2.2 余热回收系统模型 ..................................... 32

§4.2.3 余热热回收和动力回收的基本原则 ....................... 34

§4.3 烧结余热资源的总量分析 ................................... 35

§4.4 烧结余热的分级回收与梯级利用 ............................. 36

第五章烧结余热回收系统性能评价及参数的优化 .........................41

§5.1 烧结余热回收系统的性能评价 ............................... 41

§5.2 系统能量平衡计算及分析 ................................... 41

§5.2.1 热平衡法计算 ......................................... 42

§5.2.2 平衡法计算 .......................................... 43

§5.2.3 对比分析 ............................................. 44

§5.3 主蒸汽参数的优化 ......................................... 46

第六章结论及建议 ................................................... 51

§6.1 结论 ..................................................... 51

§6.2 建议及展望 ............................................... 51

符号表 .............................................................. 53

参考文献 ............................................................ 54

在读期间公开发表的论文和承担的科研项目 ..............................57

致谢 ............................................................... 58

第一章绪论

绪论

§1.1 课题背景及意义

能源是人类社会赖以生存的物质基础，是经济和社会发展的重要资源。节约

能源是我国经济社会持续发展的重要前提条件。近年来，随着社会经济的快速发

展和人们生活水平的逐步提高，我国能源消费总量不断增加，工业能源消费量约

占全国能源消费总量的70％，技术与装备良莠不齐，部分装备技术性能低下，生

产工艺落后，导致能耗指标较高，总体用能效率低，严重制约国民经济持续快速

发展。目前我国能源利用水平较低，仅为30％，大部分能量在利用过程中以中、

低温余热形式排放到环境中，不仅造成能源的巨大浪费，而且还导致环境的严重

热污染。这些相当丰富的余热资源如果得到充分的利用，不仅可以减少对环境造

成的污染，而且若将生产设备在生产过程中产生的大量废气余热，通过余热利用

技术转化为热能及电能，再用于生产过程或者其他途径，既节约了能源，又缓解

了企业电力不足的矛盾。因此，在国家及地方对环境保护要求不断提高，以及当

前能源供应日趋紧张的情况下，开发并利用余热资源显得尤为重要[1]。

钢铁工业是高耗能、高污染的产业，据统计我国钢铁企业工业能耗占全国总

能耗的15.18%。而炼铁系统能耗占钢铁工业总能耗高达69.41%，其中烧结工序占

据10%，是仅次于炼铁的第二耗能工序，但是烧结工序中有50%左右的热能被烧结

烟气和冷却机废气带走[2]。但是，我国的余热资源利用率却很低，仅为45.6%，而

日本的新日铁却高达92%以上[3]。由此可见，我国的钢铁工业的余热资源的回收利

用的潜力是很大的。

烧结余热回收利用是我国“十五”期间冶金环保重点推广及开发的技术，近

几年来，我国许多钢铁企业都采用了烧结余热回收技术，如图1-1为烧结余热工艺

的流程图。烧结余热回收技术不仅降低了烧结工序的能耗，而且还为企业带来了

更多的效益。烧结废热量比较大，但是烟温一般小于400℃，而且烟尘的含量较高，

但比水泥炉窑少些。烧结过程中可利用的中、低温余热占到钢铁厂总热耗的12%,

其中烧结矿冷却的余热占8%，烧结废气余热占4%；而冷却机废气和烧结烟气的显

热约占烧结工艺过程支出的50%。显然回收这一部分的余热非常重要，以冶炼1吨

钢为基准核算烧结余热的回收利用数据[4]见表1-1。

烧结机与冷却机余热利用的研究

图1-1 烧结余热工艺流程图

表1-1 烧结余热资源及回收利用统计表

余热资源

余热资源量/kgce·t-1

余热回收量/kgce·t-1

烧结矿显热

30.6

9.6

烧结机烟气显热

19.9

目前烧结余热的中、低温余热利用重视程度还不够。在我国，烧结余热资源

的回收和利用，由于缺少必要地支撑技术和工程经验，使烧结余热回收利用率低，

因此，寻找一条余热回收综合、高效的利用途径，解决我国冶金行业烧结工序中

高耗能、低余能回收现状，迫在眉睫。

本文针对余热的温度低、热量多的特点，综合考虑回收成本等技术经济指标，

尽量做到能级的匹配利用，来确定最佳的余热利用方案。本文研究结果可为冶金

行业合理选取烧结余热回收技术提供依据，同时为烧结余热利用系统的优化设计

提供理论参考和技术指导。对提高整个烧结余热的利用率，降低冶金成本、提高

行业竞争力，推动国民经济增长必然具有十分积极的意义。

§1.2 国内外研究动态

§1.2.1 国外烧结余热回收技术的发展概况

日本对烧结过程余热资源回收利用的研究起步较早，代表了世界上余热回收

最先进的技术水平。20 世纪 70 年代末期，日本住友金属工业公司采用完全循环

双通道方式将烧结机冷却器的烟气通向余热锅炉，由锅炉产生蒸汽。由于循环风

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摘要：

I摘要在钢铁生产过程中，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％的热能以烧结机烟气和冷却机废气的显热形式排入大气。由于烧结环冷机废气的温度不高，以往人们对这部分低品位热能的回收利用重视不够。烧结机与冷却机余热回收利用是冶金行业烧结工序节能降耗的主要手段，由于缺乏明确的指导和完整的技术支撑，目前国内冶金行业烧结工序的余热回收利用存在单一、不充分等不合理的现象，未能从企业自身情况入手，综合、合理利用烧结工序的各项余热余能，具体表现在大部分企业仅对冷却废气中的高温段进行简单热回收，几乎未回收烧结废气和低温段冷却废气；并且在提高余热利用率方面未能处理好...

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