钢铁企业烧结余热回收竖罐结构研究.docx

2014年国际热工酋沿技术发展论坛钢铁企业烧结余热回收竖罐结构研究*李明明1董辉1张琦1王爱华1陈昌涛2(1东北大学国家环境保护生态工业重点实验室，辽宁沈阳110819) (2朝阳重型机械设备开发有限公司，辽宁朝阳122000)摘要：介绍了竖罐式烧结余热回收的工艺流程和工作原理，并通过借鉴高炉和cDQ技术，设计 与优选出适合竖罐的结构形式，依次对罐体的布料装置、竖罐本体，布风装置、排料装置的结构和作用 进行了说明；以360m2烧结机为例，主要对罐体冷却段、预存段进行了结构参数的选取这对烧结余热 竖罐式回收系统的进一步研究奠定了基础关键词：高炉和CDQ；烧结余热；竖罐；设计与优选1前言烧结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方向与 途径之一n1基于环(带)式冷却机的传统余热回收方式存在着冷却系统漏风率较高、 热载体品质较低、余热部分回收等难以克服的弊端，致使烧结矿余热回收率偏低口1针 对于传统余热回收方式存在的先天不足，借鉴于熄焦(cDQ)系统口1，笔者及其所在研 究小组新近提出了一种变革性的工艺流程——罐式余热回收系统阡51这一系统既可以实 现烧结矿余热高效回收，又可以改善烧结矿品质，降低粉尘排放量。

整个工艺系统主要 由冷却罐体、余热锅炉、汽轮机一发电机等3部分组成热烧结矿和冷却风在冷却罐体内 进行气固换热，决定着余热利用的效果因此，研究竖罐结构能为该项工艺流程提供技 术可行性本文从烧结余热竖罐系统原理入手，介绍了竖罐各部分结构形式的确定、竖 罐结构参数的确定2竖罐式烧结余热回收简介2．1工艺流程描述 烧结竖罐余热回收技术是借鉴干熄焦(CDQ)技术提出的，整个工艺系统主要由冷却罐体、余热锅炉、汽轮机一发电机等3部分组成冷却罐体负责气固热交换，冷却风经换热后进入余热锅炉，使其产生高温水蒸气进入汽轮机一发电机发电具体工艺流程如下 图1所示·基金项目：国家自然科学基金资助项目(5127柏65)；沈阳市科技计划项目(F11．264．1J05)201 4年国际热工蔺沿技术发展论坛热烧结矿-疑 罐图1竖罐式烧结余热回收工艺流程2．2工作原理冷却风从罐体底部由循环风机鼓入，通过均匀布风后向上运行与热烧结矿进行热量 交换，而后从罐体环形风道出口排向一次除尘器，经除尘后进入余热锅炉与锅炉管簇内 的介质进行热量交换；烧结矿自罐体顶部进入，与冷却风进行热交换，经冷却后由罐体 底部排出；而纯水经除氧后进入余热锅炉，与锅炉内的热风进行热交换后变成过热蒸 汽，然后进入汽轮机一发电机系统。

3余热回收竖罐结构形式的研究竖罐结构形式主要根据烧结矿下料过程路线进行设计，先后经过布料装置、竖罐本 体、布风装置、排料装置等其竖罐总体图如图2所示a)竖罐三维图b)竖罐剖面图 图2竖罐2014年屋际热工前沿技术发展论坛3．1布料装置布料装置将上料系统运来的炉料装入罐体并合理分布，同时对炉顶起密封作用在 竖罐中起着“上部调剂”的作用布料装置既要使炉料分布均匀，又要保证罐体的使用寿命通过对比高炉和CDQ中 的炉顶布料装置，设计出适合竖罐使用的布料装置，如图3所示3 564图3布料装置结构示意1．旋转料罐2．下料门3．上部料斗4．下部料斗 5．横梁6．拉杆7．调整板8．料钟主体装入料斗由上部料斗和下部料斗组成上下部料斗用螺栓连接成一体并通过支座固 定在料斗台车上上部料斗的上口为长方形，下口渐收为八角形；下部料斗为锥台形， 上口大，下口小料钟安装在装入料斗中，它由横梁、吊梁、钟体、调整板和防磨板等组成吊梁通 过螺栓与支撑在下部料斗中的横梁连接，钟体吊挂在吊梁的底部并位于炉喉中，其底面 与炉喉底面平齐钟体上设有调整板，可保证装入竖罐的烧结矿粒度分布均匀横梁中 增设冷却水管，对其进行冷却，以防在高温下不会发生变形下垂，保证料钟不会下落， 也就不会发生料斗不能移动、炉盖不能关闭的事故。

3．2竖罐本体竖罐本体包括预存段、斜道区、冷却段和环形风道(见图4)工作时，冷却段是充 满物料的，为降低分批加料对气固接触时间的波动，预存段起 了很大的作用斜道区由环形布置的牛腿构成(30个左右)， 冷却风通过冷却段后，由牛腿间隙进入环形风道，在此聚集后 吹向出口，进入一次除尘器环形风道设置在斜道区以上，预 存段外围，为使气流平缓排出，在出口处设置一导风墙由于 矿料的长期冲击，环形风道内墙易产生变形、破损或倒塌，因 此，采取措施缓解这一问题很有必要国内钢厂有的在环形凤 道中间均匀布置支撑件，增加砌体结构强度，但效果不明显图4竖罐本体结构示意我们可以仿效首钢干熄焦装置，在牛腿上方进行砌筑，支撑部1．预存段2．斜道区3．冷却段4．环形风道5．导风墙6．环形凤道出口 分的延长可以增加环形风道内墙的强度，投产运行良好201 4年国际热工蓠沿技术发展论坛3．3布风装置布风装置的作用是有效解决进入竖罐内的冷却风在竖罐圆周方向的均匀分布，实现 炉内烧结矿的均匀冷却如图5所示，该装置由上锥斗、下锥斗、环形风道、十字风道、中央风帽组成上、 下锥斗与竖罐本体组成的气体分配室被分成完全隔绝的上下两层气室即上气室和下气 室，上气室连通环形风道，以周边风环的形式向锥斗中部由外向内供风，下气室连通十 字风道，通过十字风道垂直向上给中央风帽供风。

形成一种由周边风环由外向内供风及 中央风帽从炉体上部由内向外供风相结合的供风形式图5布风装置结构不意 1．上锥斗2．下锥斗3．下料口4冲央风帽5．环缝供凤环道6．十字风道3．4排料装置排料装置即在封住竖罐内循环气体不向罐外泄漏的情况下，把冷却后的烧结矿连续 地排出目前，干熄焦技术中的排料结构已经较为成熟，可以直接借鉴排料装置包括检修用平板闸门、电磁振动给料器、旋转密封阀、吹扫风机、自动润 滑装置、排料溜槽等设备运行过程：冷却后的烧结矿由电磁振动给料器定量排出，送入旋转密封阀，通过旋 转密封阀的旋转在封住竖罐内循环气体不向罐外泄漏的情况下，把烧结矿连续地排出 连续定量排出的烧结矿通过排料溜槽送到带式输送机上输出4余热回收罐体结构参数的确定影响罐体内气固换热效果的结构参数主要包括冷却段、预存段的高度和直径，因此 这两部分结构尺寸的确定极其重要下面以国内某360m2烧结机为例进行说明，其成品 烧结矿产量约为464 t，11，温度为700℃4．1冷却段罐体横截面积也即冷却段直径是由烧结矿下移速度和处理量决定的，而烧结矿下移 速度vs范围为0．001—0．002 IIl／s，因此，D=6．9—9．8m。

又罐体半径变化对烧结矿冷却过程 影响不是很明显，我们可以取在这个范围内的任意值罐体内阻力特性问题是竖罐式余热回收利用是否可行的一大问题，笔者所在课题组 进行了相关的实验研究，得到烧结矿单位料层高阻力损失表达式：等屯oos7吣8cx卅盎M89凹，嚣筹¨№p(一盎)+0．99]端”；式中，△批单位料层高的阻力损失Pa·m～；￡为料层空隙率，西为烧结矿的形状系数以未筛分的烧结矿来计算，单位料层高的阻力损失约为1．2—2．5kPa这一结果表 明，实际生产时，冷却空气流量不能过大，罐体内冷却段的高度也不能过大可采用2 个冷却竖罐与其配套，罐体冷却段的高度不宜超过4m(与罐体冷却段横截面积联合考 虑)，此时，鼓风机的全压控制在15l【Pa以内№14．2预存段该预存段的直径由于斜道区的存在，要比冷却段直径小，大概在6—8m 冷却段高度确定后，预存段的高度就取决于料层高度，而料层高度又直接影响着气固传热特性我们应以竖罐内出来的热空气所携带的火用量以及从竖罐中排出的烧结矿 冷却效果为判据，确定合理的结构参数，这里主要指料层高度笔者所在课题组对共进行了数值模拟，得到冷却风出口火用值与料层高度之间的关 系曲线图，发现火用值存在一个峰值。

因此，针对国内某360m2烧结机，配套单罐体， 料层高度6—7m时比较合适；配套双罐体，单罐生能力为232t，Il，料层高度4—6 m时比较合 适这样，预存段的高度在34m较合适口15结束语竖罐式烧结余热回收与利用是个全新的理念，通过借鉴高炉和CDQ技术，设计出了 合理的罐体结构形式，并对主要的罐体结构参数即冷却段和预存段的高度和直径进行了 初步的研究，对后续的研究提供了技术支持参考文献【1]蔡九菊，王建军，陈春霞，等．钢铁企业余热资源的回收与利用叨．钢铁，2007'42(6)：1-7．【2】董辉，赵勇蔡九菊，等．烧结一冷却系统的漏风问题【，】．钢铁，2012'47(1)：95-99． [3】潘立慧，魏松波．干熄焦技术【M】．北京：冶金工业出版社，2005． [4】蔡九菊，董辉．烧结过程余热资源的竖罐式回收与利用方法及其装置唧．中国专利：2009 1018738 1．8．[5】董辉，李磊，刘文军，等．烧结矿余热竖罐式回收利用工艺流程[J】．中国冶金，2012盈(1)：6-11．[6]张浩浩．烧结余热竖罐式回收工艺流程及阻力特性研究[D]．沈阳：东北大学，2011． [7]力杰．烧结余热竖罐式回收过程传热数值计算【D】．沈阳：东北大学，2011．作者简介：李明明(1989一)，女，硕士研究生，从事冶金过程余热余能回收与利用、竖式炉窑热工等领域的研究工作。