燒結工序能耗約占整個鋼鐵企業(yè)總能耗的9%～12%，在燒結生產過程中有50%左右的熱能以燒結煙氣和冷卻機廢氣的顯熱形式排入大氣。根據(jù)相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)，目前我國燒結工序余熱回收利用率尚不足30%，另外我國重點鋼鐵企業(yè)的燒結工序能耗平均值為64.83kgce/t，與國外先進水平相比，能耗高7.2%，差距相當大。

因此，廣西鋼鐵集團有限公司在規(guī)劃防城港鋼鐵基地一期一步建設2臺500㎡燒結機的同時，為了節(jié)能降耗擬對燒結工序的環(huán)冷機、大煙道等余熱進行回收利用，并采用2臺燒結機大煙道余熱鍋爐+2臺環(huán)冷機余熱鍋爐建設模式。其中，環(huán)冷余熱鍋爐產生的蒸汽優(yōu)先通過降壓或直接用于燒結機及燒結煙氣凈化工程蒸汽利用設施，其余蒸汽送至廠區(qū)蒸汽管網(wǎng)。

對于傳統(tǒng)燒結余熱回收項目，環(huán)冷機鍋爐一般采用雙進氣雙壓系統(tǒng)并配套補汽凝汽式汽輪發(fā)電機組，而根據(jù)本項目實際需要，僅需環(huán)冷鍋爐連續(xù)產出一種參數(shù)的過熱蒸汽供給管網(wǎng)，另外需考慮外送間斷用蒸汽的設計。而本項目500㎡環(huán)冷機屬于大型環(huán)冷機，且采用水密封的方式，因此煙溫、煙氣量較一般燒結環(huán)冷生產線稍高，其中環(huán)冷機1段、2段的設計煙溫能夠達到550℃和450℃。針對以上總體規(guī)劃，如何合理的設計環(huán)冷余熱鍋爐熱力系統(tǒng)，使余熱鍋爐及其附屬設施安全高效運行，并能夠適應燒結主線生產和蒸汽外網(wǎng)負荷的波動是決定余熱工程成功與否的重要因素。

如今，節(jié)能減排工作已在大范圍內開展，如果還是以基于熱力學第一定律的焓分析法來對能量的利用情況做出評價，勢必無法讓人們的要求得到滿足，該方法僅可站在能的量的層面上給予用能指導，不能將能的質的改變體現(xiàn)出來，在此情況下便出現(xiàn)了?分析法。

半世紀以來，全球范圍內的一項熱門課題便是?分析的發(fā)展，而之所以會這樣同人們不斷增長的能源短缺與節(jié)能意識有很大關系。1956年，Rant以“exergie”一詞來對?參數(shù)進行描述，獲得大部分人的認可。一年后，?概念正式傳入到我國，夏彥儒和王守泰教授以“?”對其命名，得到了學術界同仁們的一致認可?，F(xiàn)階段，在各類問題的研究中，?分析法的應用也非常普遍。

陳莉對一臺410t/h的電站鍋爐展開了?分析，其發(fā)現(xiàn)排煙?損失與機械不完全燃燒?損失是電站鍋爐的最大外部?損失，在此基礎上其研發(fā)出了計算電站鍋爐熱力以及用于?分析的軟件。王建寧利用兩種方法（能量平衡分析、?分析）評價了柴油機的用能情況，了解了內燃機的熱量分布情況，也將?分布隨負荷的變化規(guī)律掌握。

王倩通過結合LUENT數(shù)值模擬軟件和?的相關理論，對燃煤鍋爐爐膛內部的煙氣?分布特性有了充分了解。

張向輝借助?分析法研究了純低溫閃蒸余熱發(fā)電系統(tǒng)，在評價系統(tǒng)熱經(jīng)濟性把?回收率當做主要指標，著重優(yōu)化設計了閃蒸余熱發(fā)電系統(tǒng)的幾個熱力參數(shù)。

NoamLior等人針對一定條件下，大氣溫度、壓力及相對濕度的變化對氣體燃料和這一條件下氣體化學?的影響展開了深入研究，研究結果表明：當氣候較為寒冷時，空氣中氣體分離效率更高，在溫暖的氣候條件下適合進行水電離制氫，在寒冷條件下往往具有更高的效率。

KoosukeNishida等人針對燃燒過程中嫡產和?損失的原因展開了進一步分析，并發(fā)現(xiàn)粘性耗散、導熱、質量擴散和化學反應是導致燃燒過程中出現(xiàn)不可逆損失的主要原因，而化學反應更是引發(fā)預混合火焰中?損失的“罪魁禍首”，熱傳導則是擴散火焰中造成?損失的主要原因。

A.DATTA分析了粉末在燃燒器中燃燒的不可逆性，得到了這樣的結論，即通過將入口預熱空氣的溫度及壓力提高，可促進?效率的明顯提高

除此之外，還有很多專家學者借助?分析法研究了各類能量問題，且獲得的經(jīng)濟效益都非常好。

燒結余熱回收系統(tǒng)主要由兩部分構成，分別是煙氣回收系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)。其原理在于經(jīng)環(huán)冷機排出的高溫煙氣在被混合后，利用配置的高效余熱蒸發(fā)器進行熱交換，會有At/h的飽和蒸汽與Bt/h的低壓蒸汽出現(xiàn)。借助能量轉換把降低燒結礦外排煙氣的平均溫度，即由350℃變?yōu)?50℃，再利用引風機向煙囪回送余熱鍋爐排出的煙氣，將其排空。

煙氣余熱回收主要是對環(huán)冷一段、二段進行回收，設置封閉式煙罩，在其內部上方安裝內絕熱煙罩，并分割為兩段，分別是高溫煙氣段、低溫煙氣段。兩個區(qū)段內均要設置一座煙囪，同時將三通管道安裝于煙囪上，配置電動切換蝶閥。正常工作時，切換閥會向鍋爐煙道內導入煙氣，而當余熱鍋爐處于停止運行的狀態(tài)是，把煙氣進入余熱鍋爐的通道關閉，利用機上煙囪向大氣排入環(huán)冷機煙氣（如圖1）。

根據(jù)防鋼基地一期項目總體規(guī)劃，需要環(huán)冷機鍋爐產出1.3MPa，300℃的過熱蒸汽送至廠區(qū)管網(wǎng)作為全廠工業(yè)用汽；此外環(huán)冷鍋爐還需要考慮產出1.3MPa，350℃的過熱蒸汽作為燒結氨法脫硫工程的吹掃用汽，此用汽為間斷用汽，平均8h吹掃一次，一次吹掃約40min。

對于常規(guī)燒結環(huán)冷機余熱鍋爐來說，為了達到能源梯級利用的目的，一般采用雙壓雙進氣系統(tǒng)，即根據(jù)環(huán)冷機1段、2段不同的煙氣溫度，設置2套不同壓力的受熱面，分別產出中壓蒸汽和低壓蒸汽，送至補汽凝汽式汽輪發(fā)電機做功，這樣做的目的是由于環(huán)冷機余熱煙氣屬于中低溫余熱資源，煙氣量大但煙溫較低，為了充分地回收燒結煙氣顯熱，有效降低排煙溫度，在余熱鍋爐熱力系統(tǒng)設計時通過增加鍋爐尾部換熱面以便實現(xiàn)鍋爐熱回收效率的最大化。但本項目無低壓蒸汽用汽需求，有兩種熱力系統(tǒng)可供選擇：①將環(huán)冷機1段、2段煙氣在進入鍋爐前提前混合后再送入鍋爐；②仍然采用雙壓系統(tǒng)，但低壓段不設置過熱器，低壓蒸發(fā)器僅作為環(huán)冷機鍋爐的自除氧汽包的熱源使用。根據(jù)本項目燒結設計固體燃耗及密封型式，確定煙風參數(shù)如下表1所示。

進環(huán)冷機鍋爐的煙氣成分按照含塵空氣考慮，含塵量為2g/Nm3。經(jīng)計算分析，當余熱鍋爐高壓段蒸發(fā)器的窄點溫度和省煤器接近點溫度均為15℃時，單進氣單壓鍋爐的設計產汽量為85.1t/h，排煙溫度為152.1℃，而雙進氣單壓鍋爐的額定產汽量為87.9t/h，排煙溫度為145.3℃，詳見表2。

可以看出，對于僅產出一種參數(shù)蒸汽的本工程來說，雙進氣系統(tǒng)從鍋爐產汽量，鍋爐熱效率方面均優(yōu)于單進氣系統(tǒng)，由熱力學第二定律可知，能量在利用過程中會貶值，其能級降低，因此在對本工程余熱回收熱力系統(tǒng)選定時，應遵循兩個原則：匹配用能和能量梯級利用，以及最大限度地減少用戶和供能方的能級降，而將煙氣提前混合的方式本身就降低了能量的品味及?值，另一方面，將1段和2段煙氣混合后，煙溫也將被平均，對于鍋爐受熱面來說，換熱溫壓減小，為了達到同樣的換熱功率，換熱面積勢必增大，造成鍋爐投資增加。

對于本項目鍋爐低壓段熱力系統(tǒng)，因未設計產汽，當燒結主線生產波動造成煙氣量增大或煙溫降低時，會致使熱量向鍋爐的尾部受熱面偏移，而低壓蒸發(fā)器僅作為自除氧汽包的熱源，因此在設計時要考慮除氧器排氧門的排放能力及調節(jié)能力。

本項目還需要考慮去燒結生產及脫硫系統(tǒng)硫銨結晶的一路蒸汽的設計，考慮其間斷使用的特性，為其單獨設置一組過熱器顯然不合理，因此考慮在鍋爐主蒸汽出口設置一處供汽旁路，而減溫系統(tǒng)與主蒸汽減溫水系統(tǒng)獨立，以免造成汽溫調節(jié)時的互相干涉，對兩路蒸汽的汽溫精準操控，這不僅有利于燒結混料預熱的工藝調節(jié)，對于后期可能新建的燒結汽輪發(fā)電機組來說也是必須的。

環(huán)冷余熱鍋爐的熱力系統(tǒng)選定后，需要對煙風道做針對性的設計，因500㎡燒結環(huán)冷機為大型環(huán)冷機，環(huán)冷機的回轉中徑為58m，臺車寬度3.5m，1段和2段的取風、回風方式是否合理，直接影響到進入鍋爐煙氣顯熱能量的多少和品質。

綜合考慮含塵煙氣磨損、管道積灰因素以及煙風阻力的影響，以及臺車煙罩寬度受限，考慮1段、2段主煙道的通流內徑設計為DN4400和DN4000，此外為了保證在設計溫度下的進鍋爐的工況煙氣量，每段煙罩分別選定3段支煙管取煙，通流內徑為DN3700。對于燒結環(huán)冷余熱鍋爐的產汽出力，同樣的煙氣熱焓，煙溫的影響因素遠大于煙氣量，因此為了盡可能的實現(xiàn)高溫取煙，在不影響原有燒結除塵管道及熱風點火管道的布置前提下，將各段取煙點盡可能的靠前，選定環(huán)冷1段取煙口分別開在3#，4#（1段煙囪口）及5#風箱上部正對的煙罩處，環(huán)冷2段取煙口開在3#，4#（2段煙囪口）及5#風箱上部正對的煙罩處，同時在4#軸、9#軸、14#軸處設置煙罩隔斷板，明確區(qū)分1段、2段不同品味的煙氣熱源。

對于鍋爐回風系統(tǒng)，采用煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，可使得鍋爐入口熱廢氣的溫度提高約50℃，風機采用變頻方式調節(jié)，同時充分考慮風機葉輪及機殼的耐磨，選用10mm厚以上碳化鉻堆焊層作為耐磨板，同時在機殼內側內襯耐磨陶瓷；采用4段回風的方式，每段回風管道上設置有電動調節(jié)閥，優(yōu)先保證環(huán)冷1段可以得到充分的熱風再循環(huán)，使實際運行過程1段煙溫盡可能的提高，進而產出更多的蒸汽，同時避免低壓段除氧加熱蒸汽富裕被迫放散。在回風母管上還需設置煙氣對空排系統(tǒng)，當環(huán)冷機輸灰裝置故障時及時將鍋爐排煙排向大氣，此段考慮緊湊布置和節(jié)約投資，將對空排煙道接至環(huán)冷2段煙囪對空排電動閥后。在鍋爐1段、2段煙氣主管上設置重力式除塵器，減少鍋爐及循環(huán)風機設備的磨損，同時在每段主管上設置摻冷風管，防止煙道超溫。

環(huán)冷鍋爐煙氣系統(tǒng)詳見圖2。

由于本項目1段，2段設計煙溫分別為450℃和350℃，而尖峰溫度分別可以達到550℃和450℃，這已經(jīng)超過了常用低合金結構鋼Q345的極限耐受溫度，為了解決這一問題，有兩種方案：①采用更高規(guī)格的鋼材（耐溫等級在15CrMo以上），②選擇內保溫的方式；因鍋爐煙風道的管徑大，煙風路由較長，若采用高規(guī)格鋼材作為煙風道材質，會造成投資的大幅增加，代價巨大，因此選用煙道內保溫的方式，在管道內側敷設150mm厚的莫來石耐磨澆筑料，并用Y、V型錨固溝澆筑固定，同時在管道外壁采用硅酸鋁制品作為保溫，考慮到燒結礦粉塵及煙氣的酸腐蝕及海邊潮濕多鹽的特征，煙道外保溫外護板采用304不銹鋼薄板，使煙道外保溫的使用壽命更長。煙道保溫型式詳見下圖3。

對于本項目500㎡大型燒結生產線，采用5段式環(huán)冷機工藝，除了將常規(guī)的環(huán)冷1段、2段冷卻廢氣用于余熱鍋爐產汽或發(fā)電外，還可將溫度居中的環(huán)冷機3段廢煙氣用于熱風燒結、點火助燃等工序。在此基礎上，還可以將直接余熱回收價值不大的煙溫在200℃～250℃的環(huán)冷4段廢煙氣作為溴化鋰制冷的補充能量，實現(xiàn)小型的熱電冷聯(lián)產技術；也可將環(huán)冷機4段廢氣熱量作為有機朗肯循環(huán)的補充能量，新建小型ORC發(fā)電機組，作為燒結余熱電站的輸出電力補充，共同供給燒結生產使用。

（1）針對本項目單參數(shù)蒸汽的規(guī)劃需求，根據(jù)“溫度對口，按質用能”的原則，通過比選計算，為本工程選定了雙進氣單壓的熱力系統(tǒng)，實現(xiàn)了燒結余熱回收端與利用段“量”與“質”的匹配，對環(huán)冷機余熱進行了最大限度的回收。

（2）為了保證既定熱力系統(tǒng)的預期回收效果能夠在實際運行中得以實現(xiàn)，通過采取熱風循環(huán)系統(tǒng)，恰當選定取風回風口及煙罩隔板位置，并考慮除塵措施及與燒結主線配合調整等問題，對煙風道工程設計的諸多要點等進行了針對性的優(yōu)化。

（3）選用內保溫加外保溫的型式，解決了常用鋼材煙道在本工程大型燒結機生產線可能存在的壁溫超限及管壁磨損的問題，采用較高規(guī)格的304外保溫護板可以提高煙道及鍋爐系統(tǒng)保溫使用壽命，減少散熱損失和保溫工程維護工作量。

（4）本文還提出了針對大型環(huán)冷機3段，4段低品位煙氣顯熱可行的余熱回收技術路線，對大型燒結環(huán)冷機余熱資源的全面回收工藝有一定的推廣意義。