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燒結(jié)過(guò)程余熱資源主要由兩部分組成，一部分是來(lái)自于燒結(jié)機(jī)尾部,、溫度約為550-700℃燒結(jié)礦所攜帶的顯熱,，這部分顯熱約占燒結(jié)過(guò)程余熱資源總量的70%；另一部分來(lái)自于燒結(jié)機(jī)主排煙管道的燒結(jié)煙氣顯熱,，這部分約占余熱資源總量的30%,。比較而言，兩種余熱資源中,，燒結(jié)礦顯熱數(shù)量較大，品質(zhì)較高,；而燒結(jié)煙氣顯熱數(shù)量較小,，品質(zhì)較低（燒結(jié)煙氣平均溫度為150-200℃），且成分比較復(fù)雜,。因此，燒結(jié)礦顯熱的高效回收與利用是整個(gè)燒結(jié)余熱回收與利用的重點(diǎn),。目前,，國(guó)內(nèi)外大中型燒結(jié)機(jī)燒結(jié)礦冷卻工藝大多采用帶式冷卻機(jī)或環(huán)形冷卻機(jī)冷卻。而國(guó)內(nèi)的小型燒結(jié)機(jī)和部分中型燒結(jié)機(jī)還采用平燒生產(chǎn)燒結(jié)礦,，少有燒結(jié)礦的高效余熱回收設(shè)施,。帶式冷卻機(jī)系統(tǒng)，漏風(fēng)率達(dá)到30%-60%,，冷卻風(fēng)量大,，熱交換方式為叉流換熱，熱廢氣品質(zhì)低,，且污染環(huán)境,，國(guó)內(nèi)噸燒結(jié)礦發(fā)電量為6-15kWh。環(huán)形冷卻機(jī)系統(tǒng),，漏風(fēng)率高達(dá)40%-50%,，同樣冷卻風(fēng)量大，熱交換方式為叉流換熱,，僅能將溫度較高的熱廢氣進(jìn)行回收,，這一部分占燒結(jié)礦顯熱的40.29%，其余59.71%尚未回收,，余熱資源回收率較低,，國(guó)內(nèi)噸礦發(fā)電量約為8-18kWh。平燒生產(chǎn)工藝是將燒結(jié)礦的燒結(jié)過(guò)程和冷卻過(guò)程在一臺(tái)平式燒結(jié)設(shè)備上完成,，因此產(chǎn)量和生產(chǎn)效率低,，由于受設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝要求限制，沒有對(duì)燒結(jié)礦余熱進(jìn)行回收,，熱效率低,。總之,，由于設(shè)計(jì)之初沒有特別考慮余熱回收及設(shè)備結(jié)構(gòu)的原因,，導(dǎo)致目前的冷卻機(jī)結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)很難適應(yīng)燒結(jié)礦顯熱的高效回收與利用要求。如何從改變傳統(tǒng)工藝的角度,，尋找一種既能冷卻燒結(jié)礦,、同時(shí)兼顧余熱回收的不漏風(fēng)、高效燒結(jié)礦冷卻工藝裝備，從根本上解決現(xiàn)有工藝裝備存在的問(wèn)題,，是該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),。基于此，北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司借鑒干法熄焦（CDQ）中干熄爐,、直接還原鐵豎爐,、高爐、石灰窯的結(jié)構(gòu)形式,，獨(dú)立進(jìn)行了豎式逆流燒結(jié)余熱回收工藝和設(shè)備開發(fā),，并申請(qǐng)了燒結(jié)礦豎式逆流余熱回收裝置、固體料流控制方法,、自動(dòng)加揭蓋保溫上料小車等專利,。同傳統(tǒng)的冷卻機(jī)余熱回收系統(tǒng)相比，豎式逆流換熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)余熱熱風(fēng)全部的高效回收利用,，克服了傳統(tǒng)冷卻機(jī)漏風(fēng)高,，只回收溫度較高的燒結(jié)余熱資源等缺點(diǎn)，改變了冷卻機(jī)僅限于燒結(jié)礦冷卻而不能高效回收顯熱的局面,，大大提高了攜帶燒結(jié)礦顯熱的熱空氣品質(zhì),，克服了傳統(tǒng)冷卻機(jī)生產(chǎn)蒸汽品質(zhì)較低且流量不穩(wěn)定的弊端。該技術(shù)同成熟的循環(huán)燒結(jié)工藝技術(shù)相結(jié)合,，可進(jìn)一步提高余熱回收的效率,。豎式逆流換熱系統(tǒng)的工藝流程和設(shè)備示意如圖1,、圖2所示,。圖2 豎式逆流換熱系統(tǒng)設(shè)備示意從燒結(jié)機(jī)落下的熱燒結(jié)礦,，經(jīng)單輥破碎機(jī)破碎后給料,，通過(guò)保溫鏈板機(jī)（熱輸送帶），或直接送入上料緩沖器內(nèi),，然后經(jīng)過(guò)料斗上料斜橋進(jìn)入豎式逆流換熱裝置,，在豎式逆流換熱裝置內(nèi)，熱燒結(jié)礦與冷卻風(fēng)進(jìn)行逆向熱交換后溫度降低為150℃以下,，然后從豎式逆流換熱裝置下部的出料機(jī)構(gòu)排出,，經(jīng)出料皮帶、送礦槽皮帶進(jìn)入篩分裝置,，最后進(jìn)入高爐礦槽,。在冷卻鼓風(fēng)機(jī)的作用下,，90-100℃左右的冷卻風(fēng)從豎式逆流換熱裝置下部的配風(fēng)裝置進(jìn)入豎式逆流換熱裝置,，并與熱燒結(jié)礦進(jìn)行逆流熱交換，產(chǎn)生的約620-710℃左右熱風(fēng)從豎式逆流換熱裝置上部的中心管道集中排出，進(jìn)入熱風(fēng)總管,。在引風(fēng)機(jī)的作用下,，熱風(fēng)經(jīng)熱風(fēng)總管進(jìn)入一次重力除塵器除塵后進(jìn)入余熱鍋爐系統(tǒng)。通過(guò)余熱鍋爐,，經(jīng)過(guò)熱交換后變?yōu)?50℃左右的低溫廢氣,，然后依次經(jīng)過(guò)省煤器后變?yōu)榧s150℃以下的熱風(fēng)，一部分循環(huán)補(bǔ)充冷卻風(fēng),，使冷卻風(fēng)溫度控制在90-100℃,，另一部分送燒結(jié)點(diǎn)火器，作為點(diǎn)火熱空氣或通過(guò)煙囪排空,。余熱鍋爐軟水在循環(huán)水泵的作用下，從軟水站經(jīng)省煤器加熱到約150℃進(jìn)入余熱鍋爐,，經(jīng)過(guò)與熱風(fēng)進(jìn)行熱交換變?yōu)轱柡驼羝?，然后飽和蒸汽?jīng)過(guò)過(guò)熱器繼續(xù)與熱風(fēng)進(jìn)行熱交換，形成38.5kg/cm3,、450℃中溫中壓蒸汽,。過(guò)熱蒸汽經(jīng)管道進(jìn)入蒸汽發(fā)電機(jī)組膨脹作功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，同時(shí)過(guò)熱蒸汽變?yōu)槔淠笤俅芜M(jìn)入軟水站,，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán),。技術(shù)方案主要包括以下系統(tǒng)：熱礦接收輸送系統(tǒng)、熱礦緩沖儲(chǔ)存系統(tǒng),、料斗斜橋上料系統(tǒng),、爐頂接料布料裝置、豎式逆流換熱裝置,、燒結(jié)礦出料系統(tǒng),、煙風(fēng)系統(tǒng)等。根據(jù)工藝要求,，燒結(jié)機(jī)燒結(jié)礦經(jīng)單輥破碎機(jī)破碎后，既可以進(jìn)入連接原有燒結(jié)礦的環(huán)形或帶式冷卻機(jī),，又可以切換進(jìn)入本項(xiàng)目新建的連接豎式逆流換熱裝置的保溫,、耐磨鏈板機(jī)，鏈板機(jī)設(shè)有保溫罩,、保溫耐磨襯,，設(shè)上料緩沖儲(chǔ)存斗，保證燒結(jié)機(jī)與豎式逆流換熱裝置順利銜接,。上料系統(tǒng)的作用是將熱燒結(jié)礦穩(wěn)定地輸送到爐頂接料裝置中,，為了減少熱燒結(jié)礦的熱損失，本系統(tǒng)采取了必要的保溫,、耐磨措施,。本系統(tǒng)采用料車斜橋上料形式上料，上料周期60s,，料斗采用保溫,、耐磨料斗，料斗設(shè)保溫蓋,，在給料時(shí)保溫蓋自動(dòng)打開,，運(yùn)料過(guò)程自動(dòng)扣蓋，卸料時(shí)自動(dòng)打開保溫蓋,，使熱燒結(jié)礦的熱損失大大減少,。該系統(tǒng)是本項(xiàng)目的核心,，熱燒結(jié)礦在此通過(guò)與冷卻風(fēng)的逆流熱交換,，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)礦的余熱回收，是余熱回收效果好壞的關(guān)鍵,。豎式逆流換熱系統(tǒng)的工作原理與干熄焦系統(tǒng)相類似,，但是由于燒結(jié)礦的冷卻過(guò)程基本不產(chǎn)生可燃?xì)怏w，所以豎式逆流換熱系統(tǒng)運(yùn)行的安全性高,。對(duì)干熄焦裝置的流場(chǎng)模擬仿真計(jì)算表明,，存在偏風(fēng)現(xiàn)象，影響氣體流動(dòng)的主要因素為孔隙率分布與預(yù)存段直徑,，爐內(nèi)存在邊緣氣流及可能的中部漏管,，使氣流分布不均勻。因此,，本裝備取消了干熄焦裝置的預(yù)存段,、環(huán)形風(fēng)道和下部?jī)A斜段,，而采用簡(jiǎn)單的多管熱礦爐頂接料裝置，燒結(jié)礦按照自然堆積方式直接被送入冷卻段布料冷卻,。控制爐內(nèi)固體料流下料均勻性是均勻換熱的關(guān)鍵所在,，利用上部、中部,、下部料流控制器綜合調(diào)整料流運(yùn)動(dòng),，不僅極大地改善了傳熱的均勻性，而且減少了料柱太高造成的燒結(jié)礦粉化現(xiàn)象,。取消環(huán)形風(fēng)道和下部?jī)A斜段后,，為了合理將換熱后的熱風(fēng)引出爐外,，采用氣流分布合理的中間管道出氣，從豎式逆流換熱裝置上部的中心管道集中排出,，進(jìn)入熱風(fēng)總管,，將熱風(fēng)送入后續(xù)的重力除塵器中。同時(shí),，環(huán)形風(fēng)道和斜道區(qū)取消后,，使得熱風(fēng)的排風(fēng)阻力大大減小。取消預(yù)存段后,，為確保熱礦不從爐頂接料裝置排到爐外,，采用變頻調(diào)節(jié)排煙引風(fēng)機(jī)風(fēng)壓方式，控制爐頂氣體微正壓（0-100Pa）,，接料裝置料面保持正壓差,。取消預(yù)存段后，熱燒結(jié)礦的緩沖功能通過(guò)設(shè)置熱礦緩沖儲(chǔ)存系統(tǒng)來(lái)替代,。為了增加冷卻段的氣流分布均勻性和換熱效果,，采用專有爐體結(jié)構(gòu)技術(shù)將料層的邊緣氣流破壞，同時(shí)相對(duì)較快的邊緣下料速度,，采用邊部區(qū)域快速下料平衡邊緣區(qū)域冷卻不均勻現(xiàn)象,，保證爐料與空氣的均勻換熱，輸出溫度相對(duì)穩(wěn)定的熱空氣,。燒結(jié)礦出料系統(tǒng)的主要作用是在封住豎罐內(nèi)冷卻氣體不向罐外泄漏的情況下,，把冷卻后的燒結(jié)礦連續(xù)地排出,，為保證料流分布及下料均勻，采用下部多點(diǎn)下料調(diào)節(jié)的方法,，可實(shí)現(xiàn)人工強(qiáng)制調(diào)節(jié)爐內(nèi)料流分布,，是本技術(shù)的另一個(gè)關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)。冷卻后的燒結(jié)礦由電磁振動(dòng)給料器連續(xù)排出,，把燒結(jié)礦連續(xù)地排出到皮帶式輸送機(jī)上輸出,。豎式逆流換熱裝置煙風(fēng)系統(tǒng)可以采用半開路系統(tǒng),，豎式逆流換熱裝置產(chǎn)生的高溫?zé)犸L(fēng),，經(jīng)過(guò)余熱鍋爐換熱降溫后的150℃左右的熱煙氣，大部分進(jìn)入煙風(fēng)循環(huán)系統(tǒng),，小部分直接通過(guò)煙囪排向大氣,，對(duì)進(jìn)入煙風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)的部分150℃左右的熱煙氣采用摻入冷空氣的方式實(shí)現(xiàn)。豎式逆流換熱裝置冷卻空氣入口溫度需要綜合考慮,，太高或者太低都不好,。經(jīng)過(guò)對(duì)豎式逆流換熱裝置冷卻過(guò)程的模擬仿真計(jì)算,，當(dāng)豎式逆流換熱裝置冷卻空氣入口溫度在90-100℃左右時(shí)，冷卻空氣從熱燒結(jié)礦中回收的熱量最大,。在豎式逆流換熱裝置冷卻鼓風(fēng)機(jī)的作用下,，經(jīng)調(diào)溫的豎式逆流換熱裝置冷卻空氣進(jìn)入豎式逆流換熱裝置布風(fēng)器，然后穿過(guò)豎式逆流換熱裝置內(nèi)熱燒結(jié)礦層,，經(jīng)過(guò)熱交換變?yōu)?20-710℃的熱風(fēng),，然后進(jìn)入豎式逆流換熱裝置上部的中心管道集中排出，進(jìn)入熱風(fēng)總管經(jīng)除塵后進(jìn)行余熱回收,。豎式逆流燒結(jié)余熱回收工藝技術(shù)主要包括熱礦接收輸送系統(tǒng),、熱礦緩沖儲(chǔ)存系統(tǒng)、保溫料斗斜橋上料系統(tǒng),、保溫爐頂接料裝置,、保溫豎式逆流換熱裝置、燒結(jié)礦出料系統(tǒng),、煙風(fēng)系統(tǒng)等,。如何保證核心設(shè)備豎式逆流換熱裝置內(nèi)冷卻介質(zhì)、熱燒結(jié)礦的均勻流動(dòng)和加強(qiáng)二者之間的換熱效率,，是本項(xiàng)目重點(diǎn)開發(fā)內(nèi)容,，其次，為了減少高溫?zé)釤Y(jié)礦在運(yùn)輸過(guò)程中的熱損失,，研制了帶自動(dòng)加揭蓋功能的上料小車,。1）豎式逆流換熱裝置的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。豎式逆流換熱裝置本體采用自立式結(jié)構(gòu),，爐殼采用鋼板焊接,，通過(guò)支撐體與地基基礎(chǔ)連接固定，內(nèi)部根據(jù)工作溫度和工作部位,、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等不同,，采用相應(yīng)的保溫和耐磨材料砌筑，確保爐殼外壁溫度低于60℃,。增加了冷卻段的氣流分布均勻性和換熱效果,，保證爐料與空氣的均勻換熱，輸出溫度相對(duì)穩(wěn)定的熱空氣,。豎式逆流換熱裝置本體示意,，如圖3所示。高溫?zé)Y(jié)礦經(jīng)破碎后進(jìn)入頂部入料倉(cāng),，經(jīng)過(guò)五個(gè)以上下料管進(jìn)入豎式逆流換熱裝置本體，物料在下降過(guò)程中受上部分料器,、中部分料器,、十字梁,、下部料流調(diào)節(jié)后均勻下降，從豎式逆流換熱裝置本體下部的多個(gè)出料口排出,，匯入下部接料倉(cāng),，下部出料系統(tǒng)可人工強(qiáng)制調(diào)節(jié)豎爐內(nèi)部的料流運(yùn)動(dòng)，混合后的冷礦排出到出料皮帶上運(yùn)走,。冷卻空氣由中心布風(fēng)器及環(huán)形布風(fēng)管吹入,，在空氣向上流動(dòng)過(guò)程中使空氣在上升過(guò)程中均勻分布，高溫空氣從豎式逆流換熱裝置上部的中心管道集中排出,。目前,，相關(guān)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，已有的對(duì)干熄焦等豎式逆流換熱裝置內(nèi)的氣固換熱及流動(dòng)仿真主要集中在冷卻介質(zhì)流動(dòng)場(chǎng),、溫度場(chǎng),，固體移動(dòng)床的溫度場(chǎng)等單場(chǎng)模擬研究上，而對(duì)豎式逆流換熱裝置而言,，如果不進(jìn)行冷卻介質(zhì)流場(chǎng)和溫度場(chǎng),、熱燒結(jié)礦下降流動(dòng)狀態(tài)和溫度場(chǎng)、冷熱流體之間的換熱情況等多場(chǎng)耦合仿真研究,，就很難得到豎式逆流換熱裝置內(nèi)真實(shí)的料流,、冷卻狀態(tài)。熱燒結(jié)礦的溫度為550-750℃,，如果采用普通的高爐上料小車結(jié)構(gòu)將熱燒結(jié)礦從緩沖料倉(cāng)運(yùn)送到豎式逆流換熱裝置內(nèi)進(jìn)行冷卻，則會(huì)造成大量的熱量散失到大氣中,，從而使余熱回收效果惡化,。為此，在傳統(tǒng)上料小車結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,，增加保溫措施,，設(shè)計(jì)了一套小車保溫蓋及配套的自動(dòng)加揭蓋機(jī)構(gòu)，以減少熱損失,，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示,。上料小車在底部加料段下降時(shí)，小車上部的保溫蓋自動(dòng)打開,，便于加料,，加料完成后，小車沿著軌道上升,，在上升的過(guò)程中,，小車上部的保溫蓋自動(dòng)閉合。當(dāng)?shù)竭_(dá)軌道頂部后,，小車上部的保溫蓋自動(dòng)打開傾倒原料,。傾倒原料后,，小車在自身重力的作用下，沿軌道向下運(yùn)動(dòng),，保溫蓋自動(dòng)恢復(fù)到閉合位置,。3.3設(shè)備特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)1）帶自動(dòng)加揭蓋功能的上料小車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單巧妙,，制造,、安裝便利，可以使物料在運(yùn)輸過(guò)程中減少熱量損失,，達(dá)到保溫效果,，同時(shí)也減少了物料在運(yùn)輸過(guò)程中的粉塵污染，保溫降塵一舉兩得,，可廣泛用于各行業(yè)物料上料系統(tǒng),。2）頂部入料倉(cāng)及多管下料裝置，其特征在于頂部入料倉(cāng)分兩部分組成,，上半部分是儲(chǔ)料倉(cāng),，下半部分是按圓周均勻分布的多個(gè)下料管道；上半部分儲(chǔ)料倉(cāng)起緩沖儲(chǔ)存作用,，下半部分多點(diǎn)供料可使豎式逆流換熱裝置本體內(nèi)物料均勻分布,。3）上部分料器裝置，安裝于豎式逆流換熱裝置本體中上部,，減緩中間下料速度,，促使同一平面物料下料均勻。4）冷卻風(fēng)再分布裝置,，安裝于豎式逆流換熱裝置本體中下部（沿內(nèi)壁環(huán)形風(fēng)道）,；使邊緣氣流強(qiáng)行向爐體中間部位引導(dǎo)，減緩邊緣效應(yīng),。5）中心布風(fēng)器,、十字梁及環(huán)形布風(fēng)管裝置，冷卻空氣由環(huán)形布風(fēng)管吹入中心布風(fēng)器,；再由中心布風(fēng)器吹入豎式逆流換熱裝置本體,；冷卻空氣對(duì)燒結(jié)礦進(jìn)行冷卻。6）出料裝置,，豎式逆流換熱裝置本體設(shè)有多個(gè)出料口,，其中中心位置設(shè)置一個(gè)下料口，其余下料口沿圓周均勻分布在爐體邊部,。每個(gè)下料口均設(shè)有獨(dú)立的振動(dòng)給料機(jī),，可以獨(dú)立控制每個(gè)下料口的下料速度，有助于調(diào)節(jié)物料，使之均勻下料,。7）下部接料倉(cāng)裝置,，下部接料倉(cāng)接受多個(gè)下料點(diǎn)及中間料流的下料,，將料均勻送到出料皮帶,。生產(chǎn)1t燒結(jié)礦所攜帶的余熱資源約為0.94-1.02GJ，燒結(jié)礦顯熱約占燒結(jié)過(guò)程余熱資源總量70%,，即0.658-0.714GJ,，若燒結(jié)礦顯熱全部回收發(fā)電，噸礦發(fā)電量為54.8-59.5kWh,。由于目前燒結(jié)礦余熱利用技術(shù)的限制,，實(shí)際行業(yè)平均噸燒結(jié)礦發(fā)電量為8-18kWh，燒結(jié)余熱平均發(fā)電效率為24%,。如果采用本課題所研究的豎式逆流燒結(jié)余熱回收裝置進(jìn)行余熱回收,，根據(jù)燒結(jié)機(jī)的不同情況，噸燒結(jié)礦發(fā)電量不低于25-35kWh,。目前,，我國(guó)擁有1200臺(tái)以上的燒結(jié)機(jī)，2015年我國(guó)燒結(jié)礦產(chǎn)量約8.99億噸,。若采用本課題所研究的豎式逆流燒結(jié)余熱回收裝置進(jìn)行余熱回收,，與傳統(tǒng)技術(shù)相比每噸燒結(jié)礦多發(fā)電17kWh，按每度電0.6元計(jì)算,，每噸燒結(jié)礦余熱回收新增效益10.2元/噸,，全年新增發(fā)電收入約為92億元。如果考慮到目前國(guó)內(nèi)仍然存在著占燒結(jié)總面積34%以上的90m2以下的中小型燒結(jié)機(jī),，未能采用高效回收燒結(jié)礦余熱,，因此該豎式逆流燒結(jié)余熱回收裝置的市場(chǎng)推廣效益將更加顯著。豎式逆流余熱回收裝置是一種基本沒有化學(xué)反應(yīng)的高效逆流余熱回收裝置,，根據(jù)燒結(jié)礦物料的特點(diǎn)設(shè)計(jì),，解決了固體物料的實(shí)際高效換熱問(wèn)題，也可應(yīng)用到塊狀鋼渣余熱回收,、紅熱鐵合金鑄塊,、渣量很大的鎳鐵冶煉渣等領(lǐng)域的高效余熱回收，有較強(qiáng)的通用性,，因此豎式逆流燒結(jié)余熱回收裝置潛在的推廣技術(shù)領(lǐng)域和市場(chǎng)會(huì)更大,。綜上所述，豎式逆流燒結(jié)余熱回收工藝和裝置具有廣闊的市場(chǎng)推廣前景,，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著,。在目前鋼鐵行業(yè)進(jìn)入產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩、利潤(rùn)降低、節(jié)能減排壓力增大的新常態(tài)下,，這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)成功對(duì)鋼鐵企業(yè)降低生產(chǎn)成本,，走出困境具有重要的意義。（梁文玉 張文軍）
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