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攀钢烧结环冷机废气余热利用

文档作者：范方灵顾华兴郑会军文档来源：攀枝花钢铁研究院		点击数：	更新时间： 2021年05月11日
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生产实践
攀钢烧结环冷机废气余热利用
范方灵,顾华兴,郑会军
(攀枝花钢铁研究院,四川　攀枝花　617000)
摘　要:介绍了利用烧结环冷机冷却废气余热生产蒸气的工作原理、设备流程、自动控制以及生产效果。
关键词:烧结环冷机;余热利用;热管;自动控制
中图分类号: TF04614 ,TK01 + 8 　　文献标识码:B 　　文章编号:1004 - 7638(2000) 02 - 0046 - 06
WASTE HEAT RECOVERY FROM WASTE GASES OUT OF
CIRCULAR COOLER AT PANGANGSINTERING PLANT
FAN Fang - ling ,GU Hua - xing ,ZHEN G Hui - jun
(Panzhihua Iron &amp;amp; Steel Research Institute ,Sichuan ,Panzhihua 617000,China)
Abstract :The principle ,flow sheet ,automatic cont rol and application result s of the production of steam
f rom waste heat in waste gases out of sintering circular - cooler are discussed.
Key Words :sintering circular - cooler ;waste heat utilization ;heat pipe ;automatic cont rol
1 　引言
　　烧结工序是钢铁生产中的耗能大户。根据攀钢
炼铁厂3 号烧结机热平衡测定,烧结过程总的热量
支出为31211 ×103 MJ / t ,而烧结过程带走的热量为
1166 ×103 MJ / t ,占总热量支出的51171 %。烧结矿
在环冷机中冷却时,由冷却空气带走的热量为9141
×102 MJ / t ,占总热支出的29129 %。可见,烧结机
余热利用的潜力极大。
国外具有一定代表性的是日本的烧结余热回收
利用。新日铁、日本钢管公司、住友金属公司、川崎
钢铁公司等所属的大中型烧结机几乎都安装有余热
回收装置。在日本的26 套余热回收装置中,回收利
用冷却废气热量的装置就有17 套。对于余热利用
的方式,除室兰5 号、名古屋3 号等烧结机利用废气
预热混合料和点火保温炉助燃热风外,其余绝大多
数采用余热锅炉生产蒸气[1 ] 。
我国烧结余热回收利用起步较晚,但近几年发
展很快。目前,已经安装余热回收装置的有安阳、马
钢二烧、梅山、武钢等。从这些已经投产的余热回收
装置的生产情况看,效果都很好[2 ] 。
攀钢炼铁厂烧结工序有6 台烧结机,5 台抽风
环冷机,1 台鼓风环冷机。1993 年采取与南京热管
中心合作的方式,在6 # 鼓风环冷机上安装了一套热
管余热回收装置(简称6 # 余热蒸气系统) 。之后,又
在一烧车间的1 # 、2 # 抽风环冷机上安装了热管余
热回收装置(简称1 # 、2 # 余热蒸气系统) 。本文介
绍利用烧结环冷机冷却废气余热来生产低压蒸气的
情况。
2 　余热蒸气系统简介
211 　热管蒸气发生器的工作原理
热管蒸气发生器是由若干特殊的热管元件组合
而成,其基本结构如图1 所示。
热管的受热段置于废气风道内,热风横掠热管
受热段,热管元件的冷却段插在水- 气系统内。由
于采用了热管,使水- 气系统的受热及其循环完全
和热源分离而独立存在于废热气体的风道之外,水
第21 卷第2 期
2000 年6 月　　　　　　　　　　　　钢　铁　钒　钛
IRON STEEL VANADIUM TITANIUM
　　　　　　　　　　　　　Vol. 21 ,No. 2
J une 2000
图1 　热管蒸气发生器工作原理
- 气系统不受热流体的直接冲刷。工作时,废气的
热量经热管传给水道内的饱和水,使其汽化产生蒸
气,所产水气混合物沿上升管到达气包,集中分离后
再送往蒸气再热器及用户。套管内的水转变成蒸气
后,由下降管将气包内的水导入补充。气包内的水
由水预热器直接供给。这样,由于热管不断吸收废
气热量,传给水套管内产生蒸气,再通过外部水- 气
管道的上升及下降完成间接受热的气- 水循环,从
而达到将废气显热及烧结矿辐射热转变成低压蒸气
的目的。
这种系统具有以下特点:
(1) 热量从废气转移到水,完全由热管元件完
成,水- 气被间接加热;
(2) 系统中热管元件间相互独立,单根或数根热
管失效或损坏不影响整个装置的运行;
(3) 由于热管的单向导热性,热量的传输只能由
废气传至水中,而不会由水、气中传到废气;
(4) 热管热侧采用高频翅片焊强化传热,传热效
率高、阻力小,设备结构紧凑;
(5) 热管的工作过程不需要任何外界动力,运行
管理简单。
212 　余热低压蒸气的产生流程
烧结生产时烧结矿从烧结机尾部落下,经单辊
破碎后通过振动筛分,经溜槽落到冷却机台车上,在
溜槽部分烧结矿温度达700～800 ℃,以辐射热形式
向外散热,落到冷却机后其温度仍在600 ℃以上,环
冷机上布置有冷却风罩,风罩内通过轴流风机使冷
却风强制穿过矿层,经热烧结矿加热使冷却风温升
高到160～190 ℃,这样的冷却风可利用其显热来产
生蒸气。
如图2 所示,从热电厂来的除盐水进入软水箱
(10 m3 ) 后,由加压泵加压到115 MPa ,然后进到置
于环冷机密封罩内的水预热器,被加热到100 ℃左
右,进入气包。气包经下降管和上升管,与置于风机
上方的热管蒸气发生器连接。水下降到热管后吸收
热管传送的废气热量,汽化形成013～018 MPa 的
湿蒸气。这部分蒸气上升进入气包经气水分离后,
被送进置于热筛溜槽后的蒸气再热器,吸收烧结矿
部分高温辐射热,使蒸气含有的水分进一步汽化,成
为高质量的过热蒸气。
图2 　余热蒸气发生系统的工艺布置
　第2 期　　　　　　　　　　　　范方灵等:攀钢烧结环冷机废气余热利用　　　　　　　　　　　　　·　47　·　　
3 　供水及蒸气输出自动控制系统
311 　系统的组成
当烧结机和环冷机情况发生变化时,热管余热
发生系统的工作参数也将随之发生变动,输出的蒸
气压力、温度、流量也将发生变化。
为了保证蒸气发生系统正常、安全地工作,必须
对其工作参数和输出情况进行监测和调节控制。
为此,在烧结环冷机热管余热蒸气发生器上设
计安装了自动监测与控制系统(图3) 。该监控系统
对蒸气发生器的各工作参数和输出量进行实时监测
与记录,并对气包水位、蒸气压力、进水量等进行控
制,当参数越限时给出报警信号,以便人工干预及时
处理,从而保证热管系统正常工作。
312 　控制方案
1 # 、2 # 余热蒸气系统的气包水位控制见图4 左
半部分。对气包水位采用三冲量水位控制,既以水
位和软水流量信号作为反馈控制,以蒸气流量信号
作为前馈信号,构成前馈- 反馈控制,以提高控制质
量。为保证静态工作点的稳定,流量信号经微分环
节引入。
6 # 余热蒸气系统的气包水位控制见图4 中间
部分。对气包水位采用双冲量水位控制,既以水位
信号作为反馈控制,以蒸气流量信号作为前馈信号,
图3 　热管余热蒸气发生器控制系统
图4 　热管余热蒸气发生器控制方案
·48 ·　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　钢铁钒钛　　　　　　　　　　　　　2000 年第21 卷
构成前馈- 反馈控制,以提高控制质量。为保证静
态工作点的稳定,流量信号经微分环节引入。
气包压力- 蒸气流量控制见图4 右半部分。为
保证气包的安全工作,并预留实现蒸气发生系统与
公司蒸气总管并网功能,必须保证蒸气压力稳定,为
此设置了蒸气压力- 流量单回路控制。以蒸气压力
为被控量,通过调节蒸气流量,使蒸气压力稳定在一
定范围。
给水泵的控制:两台给水泵均可在控制室表盘
分别进行启动与停止控制,正常时,两台泵一备一
用,当运行泵水压降到低限时,另一泵将自动启动,
当给水出口水压高于高限时,能自动停泵。
313 　系统硬件、软件的设计与配置
系统硬件采用工业控制机和DDZ - Ⅲ型仪表
相结合的方法,工控机过程通道信号调理板均按
DDZ - Ⅲ型仪表信号配置。
工控机采用工业过程数据采集控制组态软件
包,根据监测与自控要求,组态生成监测控制软件。
工控机以在CRT 显示器上提供画面操作方式,
进行监测参数及其变化趋势,并可对控制点上的参
数进行在线修改。
为确保自控系统的安全运行,系统操作分为4
个保密级,按密级方式对操作人员进行不同的授权,
以防止非授权人员的干扰或误动作。
对于被监测的主要过程量,以历史数据文件的方
式记录于硬盘,可按需要打印输出或转贮于软盘保存。
4 　余热蒸气系统的生产概况
411 　6 # 余热蒸气系统
6 # 余热蒸气系统工作参数的设计依据:1 号烟
筒热废气流量79 590 Nm3/ min ,2 号烟筒热废气流
量60 408 Nm3/ min ,鼓风机风压3 160～2 650 MPa ,
冷却废气的温度350～400 ℃。其设计参数为:废气
流量140 000 Nm3/ h ;废气进口温度350 ℃,出口温
度230 ℃;供水温度150 ℃;蒸气温度150～170 ℃,
流量615～715 t/ h ,压力≥015 MPa 。
该余热蒸气系统的安装与6 号烧结机的中修同
时进行,于1993 年12 月30 日开始产气。从1994
年元月至6 月份止,对系统存在的问题进行了整改。
主要出现的问题有,阀门泄漏严重、水泵损坏、预热
器漏水和变形、检测装置受损等。
针对这些问题,采取了一系列的整改措施。将
所有换下的阀门重新进行加工,部分新的阀门使用
前也进行重新密封和打压试验,并于烧结停机时进
行了更换,还对法兰连接处进行了处理,解决了漏水
漏气的问题。对部分容易损坏的仪表元件进行了更
换和改造;对供水系统的生产操作做了调整和改进,
使设备故障问题基本得到解决;同时实现了与公司
蒸气总管并网的计算机控制。余热蒸气生产正常期
达到了设计要求,见表1 。
412 　1 # 、2 # 余热蒸气系统
　　1 # ,2 # 余热蒸气系统工作参数的设计依据:烟
表1 　6 # 余热蒸气系统蒸气产量及参数
阶　　段
日期(1994 年) /
月
蒸气产量/
t
蒸气压力Þ
MPa
蒸气温度/
℃
烧结机
作业时间Þ
h
蒸气
平均产量Þ
t·h - 1
整
改
期
3 1 029113 0156 157 476176 2116
4 1 828138 0146 155 554147 3106
5 1 992196 0154 161 44617 3146
6 2 285179 0152 159 60516 3177
本期综合7 136126 2 083153 3143
限
产
期
7 2 190167 0146 229 603124 3163
8 3 014136 0172 208 607177 4196
9 2 454183 0170 215 467121 5125
本期综合7 659186 1 678122 4156
正
常
期
10 3 374163 0155 171 580154 5181
11 (1～13) 1 675128 0166 206 247169 6176
本期综合5 049191 828123 6110
　第2 期　　　　　　　　　　　　范方灵等:攀钢烧结环冷机废气余热利用　　　　　　　　　　　　　·　49　·　　
筒热废气流量3 900 Nm3/ min ,鼓风机风压3 160～
2 650 MPa ,冷却废气的温度200 ℃,其设计参数为:
废气流量234 000 Nm3/ h ,温度200 ℃; 供水温度
150 ℃;蒸气温度150～170 ℃,流量415 t/ h (两个系
统各2125 t/ h) ,压力013 MPa 。
2 # 余热蒸气系统的安装与2 号烧结机的中修
同时进行,1997 年6 月17 日开始产气;1 # 余热蒸气
系统的安装与1 号烧结机的中修同时进行(部分设
备与2 # 余热蒸气系统一起安装) ,1999 年元月10
日开始产气。
1 号、2 号抽风环冷机废气温度偏低,流量大,其
废气余热利用属于低品位的余热回收。运行初期解
决设备故障问题和软件问题,为系统正常生产提供
条件。但由于抽风冷却较鼓风冷却存在系统漏风严
重、环冷机布料不均等问题,造成冷风被吸入过多,
使出口废气温度过低(150～160 ℃) ,影响了蒸气产
量(平均115 t/ h 左右) 。在此期间,加强了对环冷
机密封装置的维护,尽量减少系统漏风;着重解决环
冷机台车布料问题,利用烧结机检修的机会,两次对
热筛漏子进行改造,增加了分料装置和改变漏子下
料口形状,并经摸索适当地降低环冷机转速,有效地
改善了环冷机台车布料状况,从而使废气温度提高
(达到190～200 ℃左右) ,蒸气产量达到了设计要
求,见表2 ,3 。
表2 　2 # 余热蒸气系统蒸气产量及参数
阶　　段
日期(1998 年) /
月
蒸气产量/
t
蒸气压力Þ
MPa
蒸气温度/
℃
烧结机
作业时间/
h
蒸　　气
平均产量Þ
t·h - 1
整
改
期
5 1 06216 01188 158 718133 1148
6 1 12819 01192 167 676155 1167
7 1 35714 01199 179 722104 1188
本期综合3 54819 2 117132 1168
达
产
期
8 1 46818 01236 189 702111 2109
9 1 50011 01308 194 681153 2120
10 1 62312 01364 196 715112 2127
本期综合4 59211 2 099116 2119
表3 　1 # 余热蒸气系统蒸气产量及参数
阶　　段
日期(1999 年) /
月
蒸气产量/
t
蒸气压力Þ
MPa
蒸气温度/
℃
烧结机
作业时间/
h
蒸　　气
平均产量Þ
t·h - 1
整
改
期
2 98519 01182 143 641102 1154
3 1 04417 01179 146 716139 1146
4 98115 01185 142 697104 1141
5 98613 01183 146 721123 1138
本期综合3 99814 2 776108 1144
整
改
期
6 1 13815 01231 171 693110 1164
7 1 30218 01269 179 702122 1185
8 (1～10) 45815 01346 185 230125 1199
本期综合2 89918 1 625157 1178
达
产
期
8 (10～31) 1 08211 01335 198 474137 2128
9 (1～9) 47818 01356 199 213117 2125
本期综合1 56019 687150 2127
·50 ·　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　钢铁钒钛　　　　　　　　　　　　　2000 年第21 卷
5 　余热蒸气系统操作时应注意的问题
　　正常生产时,合理控制气包水位是整个系统是
否正常工作的关键。应尽量使用变频器进行加撤水
量的调节,因手动阀难以控制好气包水位。
考虑到各种阀门很难关严,正常生产或短时停
机时,应保持一台水泵运转,以防止蒸气回窜导致水
泵损坏。
因工作场所温度高,测温用的热电阻和测流量、
压力、水位用的测量变送器比较容易损坏,应加强维
护和及时更换。部分测量用管路孔径较细,易堵塞,
影响测量和控制,应加强维护和疏通。
生产中,蒸气压力超过气包的允许压力而安全
阀又失灵时,注意及时放散。
加强密封装置的检查和维护,尽量减少系统漏
风。
6 　结语
　　(1) 本系统采用先进的热管技术,热交换率高,
系统简单、可靠和完善,适应性强。
(2) 主要设备,包括热管蒸气发生器、水预热器、
气包、蒸气过热器、计算机自动控制系统等运行可
靠,设备维修方便简单、工作量小。
(3) 系统从蒸气的生产到输出,全部采用计算机
自动控制,技术水平高、设备投资省。
(4) 热管余热蒸气系统具有很高的经济效益。按
目前蒸气产量,以攀钢内部的效益计算方法,年创经
济效益可达到200 万元以上,具有很大的推广价值。
参考文献:
[1 ] 　陈端秀1 烧结节能技术的新进展[J ]1 武钢技术,1993 (1) :45 —501
[2 ] 　孙永林1 国内热管技术进展概述[J ]1 武钢技术,1993 (7) :13 —161
编辑　龙朝明
收稿日期:2000 - 02 - 20
Huntsman Tioxide 和杜邦公司扩大钛白生产能力
　　Huntsman Tioxide 公司宣布计划增加欧洲和亚洲生产
厂的钛白生产能力,并将对该公司在英国的钛白粉厂进行现
代化改造和扩能。该公司还宣布,西班牙Huelva 厂(现在的
生产能力为115 万t Þa) 的总生产能力将扩大到9 万t Þa ,
马来西亚Teluk Kalung 厂的生产能力将增加到516 万t Þa。
该公司投资3 500 万美元用于正在进行的扩能改造。该公
司早些时候宣布,计划投资8 500 万美元对英国的Greatham
厂进行现代化改造以及将生产能力扩大到10 万t Þa ,该项
目包括新安装一条生产线。正在进行的生产设备改造和扩
能所投资的3 500 万美元包括在8 500 万美元中。
杜邦公司宣布计划在田纳西州的New Johnsonville 厂建
第三条钛白生产线,这条生产线将于2000 年第三季度向市
场供应钛白产品。杜邦公司白色颜料与矿物产品分公司副
总裁和总经理说:“我们的主要目的是满足世界各地用户的
需要。自从1999 年中期以来,市场需要非常强劲,特别是在
塑料和涂料方面。为了满足市场的需要,我们扩大生产能
力。”
(刘淑清　供稿)
　第2 期　　　　　　　　　　　　范方灵等:攀钢烧结环冷机废气余热利用　　　　　　　　　　　　　·　51　·

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