1烧结余热回收与利用的主要影响因素及提高途径
1.1冷却机料层厚度
冷却机的料层厚度是影响余热回收与利用的重要因素。料层厚度是由加热前加入容器中的体积来控制，它对烧结矿冷却介质最终温度和冷却速度有一定的影响。在冷却风速不变的情况下，随着料层厚度的增加，单位时间内烧结矿的质量流量增加，生产效率相应提高，同时出口烟气的平均温度增加。研究表明[14]，料层厚度每增加0.1m，出口烟气平均温度升高10℃，且料层冷却的均匀性和温度的稳定性随料层厚度的增加而增加。因此，采用厚料层烧结不仅可以增加烧结矿的机械强度，提高烧结矿的质量，还可以通过料层的自动蓄热功能减少能源的消耗，最关键的是提高了出口烟气的平均温度，提升了余热资源的有效利用率。然而，料层厚度的增加会导致料层总阻力的增大，工序对设备的技术要求也相应的提高，如鼓风机的供电量增加，烧结冷却机的耐高温、抗腐蚀性能提高。因此，在工艺条件允许的情况下，综合实际情况选取适当的料层高度可以更高效的回收与利用烧结余热。目前国内360m2以上烧结机的料层厚度约1300～1500mm[15]。
1.2冷却机进口冷却风温
冷却机进口冷却风温不仅影响烟气温度的波动幅度，而且影响余热的回收与利用。随着入口冷却风温的增加，出口烟气的平均温度增加。研究表明[16]：当入口冷却风温为50℃时，经热交换后的介质温度比常温升高15℃；当入口冷却风温为120℃时，介质温度比常温升高45℃。因此，提高冷却风温能有效的控制并稳定烧结余热的总回收量，还能提高出口烟气的平均温度，有利于余热的回收与利用。现场多采用热风循环的方式提高入口冷却风温，即把经过热交换后的介质通过热废气循环风机强制循环，达到既能减少粉尘排放量又能提高余热回收利用率的双重效果。
1.3发电附属设备
增设发电附属设备，可将高温废气采用动力回收的方式转换成电能，最大限度的利用余热资源，有效提高烧结余热的回收与利用。烧结矿在冷却机上产生大量的高温废气，将这些高温废气经引风机带入锅炉，利用锅炉中的水作为载体进行热交换产生蒸汽，再通过蒸汽推动汽轮机转动从而实现发电机发电[17-18]。发电附属设备工艺流程可分为废气回收与循环系统、锅炉系统和发电系统三个部分。废气回收与循环系统的功能是将冷却机烟罩内的高温烟气由引风机引到余热锅炉内；锅炉系统内的高温废气通过热传递的形式将热量传给水形成蒸汽，是整个工艺的核心部分；发电系统由汽轮机和发电机组成，完成蒸汽热能向电能的转变[19]。锅炉受热面应采用小温差换热原理进行布置，使高温与中、低温废气分布在余热锅炉的不同位置，再对不同温度的废气进行梯级利用。冷却机产生的高温废气进入冷却机余热锅炉上部，再依次通过高压、低压过热器，经放热后产生中温中压、低温低压过热蒸汽；烧结机产生的中温废气被送入热管余热锅炉，产生的低温中压过热蒸汽在补燃室加热后，和冷却机余热锅炉中温中压过热蒸汽一同进入余热锅炉中部，对高压蒸发器进行加热并作为主汽进入汽轮机；另外，低温废气被送入余热锅炉下部，作为补汽进入汽轮机补汽机，与主蒸汽一同推动汽轮机转动，从而实现发电机发电。因此，可通过建立合理的发电附属设备实现高温废气热能向电能的转变，提高烧结余热的回收与利用。
1.4热风烧结
增设热风烧结装置有助于提高余热回收与利用，使烧结工序的节能减排效果更加显著。热风烧结是将集气热风罩和自流式热风管道装置安在烧结机点火器后面，所收集的烧结烟气经保温和除尘后抽入矿料层来进行烧结的工艺[20]。目前，用于热风烧结的废气温度可达300～1000℃。集气热风罩的长度约为烧结机有效长度的三分之一，该风罩不仅能高效回收烧结烟气，而且能合理分配风罩下负压，控制吸入的冷风量来保温废气。应用热风烧结工艺有诸多优点：①可将热风的物理热带入矿料层，通过顶替燃料的燃烧热来减少固体燃料的消耗量，当使用400～600℃热风烧结时，固体燃料可节约5%～10%，总热量消耗减少6%～9%[21]；②可提升矿料层上层的烧结温度，增加上层的高温带宽度，克服了普通厚料层烧结工艺中上、下层温差过大，温度分布不均匀的问题；③由于抽入热风烧结，上层矿料受长时间高温作用而冷却时间延长，有利于生成液相并析出结晶较完全的矿物晶体，从而减轻了因急冷产生的内应力，增强了烧结矿的强度；④在减少固体燃料消耗量的同时，烧结气氛受到影响使还原区相相对减少，在保证强度不变的情况下，降低了FeO的含量，达到了改善烧结矿还原性和提高烧结矿品位的效果。综上，采用热风烧结工艺可提高余热回收与利用率，降低能源消耗，提高烧结工序的生产率及综合经济效益。
1.5漏风
烧结工序漏风是影响余热回收与利用的主要因素，研究表明，烧结工序的漏风率高达30%～60%[22]，因此，如何有效的控制漏风是余热高效回收与利用的重点。烧结工序漏风包括烧结系统漏风和冷却系统漏风两部分。其中，烧结系统漏风主要指烧结台车和烟道缝隙中窜入外界气体，导致烧结烟气温度下降，烟气除尘、脱硫负荷和引风机电耗增加，影响烧结烟气余热的回收与利用；而冷却系统漏风主要是指冷却废气经过冷却机和集气热风罩之间的空隙流到外界，导致气固换热效率降低，冷却废气品位降低，影响冷却废气的回收与利用。由于矿料层越厚，料层总阻力越大，导致烧结风箱的负压增大，漏风率升高，为了降低烧结系统的漏风率，应对烧结机结构进行优化设计。烧结系统漏风位置主要有：烧结台车本体、台车头尾密封与底部间隙、台车侧梁与风箱滑道之间、相邻台车的接触间隙等[23]。改进烧结机的密封结构，将台车与栏板制成复合的迷宫结构，以防止栏板在交变应力的作用下变形而漏风；在烧结机头尾处安装全金属柔磁性密封装置，相比原有的弹簧密封装置能较好的减小密封板和台车底部的间隙；采用无铆接板簧滑道密封改进烧结机滑道系统；同时，精准的安装和定期的维护，可将漏风率降到最低。因此，采用合适的密封材料和合理的密封结构设计是降低漏风率的重要手段。传统的冷却系统是卧式结构，其漏风位置主要有风箱与冷却机之间的缝隙和冷却机与集风罩之间的缝隙两处，这种结构难以避免漏风，也致使冷却废气品位降低影响余热的回收与利用。将冷却机的卧式变为立式，即罐式冷却结构[24]，是解决漏风问题，实现余热高效回收利用的新途径。罐式冷却采用密闭的腔室冷却烧结矿，且罐顶设有水封槽密封罐体，可将漏风率降到最低；烧结矿和冷却空气通过逆向换热提高了换热效率，使得冷却废气的温度趋于稳定，提高了冷却废气的品位；同时，罐体采用定位接矿，可降低粉尘的排放，达到环保的效果。因此，采用罐式冷却结构可以从根源上解决冷却系统的漏风问题，同时保证冷却废气的高品位，有利于余热高效的回收利用。
2结论
根据影响烧结余热回收与利用的主要因素分析，提高余热的回收与利用应从以下几个方面：(1)提高冷却机冷却风速能改善冷却效果，也能降低出口烟气平均温度，实际生产中应合理控制冷却风速；(2)增加冷却机料层厚度可以提高出口烟气的平均温度，但对设备的技术要求也相应提高；(3)提高冷却机出口冷却风温能有效的控制并稳定烧结余热的总回收量，还能提高出口烟气的平均温度；(4)建立合理的发电附属设备将高温废气热能转换为电能，最大限度地利用余热资源；(5)采用热风烧结工艺可降低固体燃料的消耗，提高烧结矿的强度，高效回收烧结烟气；(6)采用罐式冷却结构从根源上解决冷却系统的漏风问题，同时保证冷却废气的高品位。
作者：贾冯睿 王恩刚 赫冀成 董辉 赵亚东 单位：东北大学 辽宁石油化工大学 东北大学材料与冶金学院
