烧结余热回收利用技术规范文档格式.docx
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(7)2015年5月,完成本标准的征求意见稿和编制说明工作。
(8)2015年6月,编写组进行征求意见工作,发标准征求意见稿,并在网上公示,并发送国内有关企事业单位,征求意见。
编写组收集并汇总各方面意见,对标准征求意见稿作进一步修改,并形成最终的送审稿。
二标准制定的必要性和原则
1标准制定的必要性
据统计,烧结工序的能耗约占冶金总能耗的10~12%。
而其排放的余热约占总能耗热能的49%。
高效回收和利用烧结排放的烟气余热越来越引起企业的关注。
众所周知,在烧结矿生产过程中和烧结矿鼓风式冷却机冷却过程中会排出温度≥220℃的高温废气,其热能大约为烧结矿烧成系统热耗量的30%左右。
如果将冷却机产生的高温废气余热进行回收利用,必将提高烧结矿生产过程的能源利用率,降低工序能耗。
传统余热利用方式是在冷却机高温段安装简易余热锅炉生产蒸汽,效率较低,回收的废气余热仅占总热量的10%左右。
随着近年来烟气余热锅炉技术和低参数补汽式汽轮发电机组技术的不断发展,使冷却机烟气余热最大化的回收成为可能,从而降低了烧结工序能耗。
根据国家钢铁产业发展政策,钢铁企业必须发展余热、余能的要求。
无论新建还是已有烧结机都应逐步配套烧结余热回收利用,本规范拟对这些工程的设计、施工、运行、验收等过程提供指导意见,实现提高余热利用效率的目的,因此有必要尽快制定出相关国家标准,以规范其建设和使用,为国家的能源建设服务
2制定标准的原则
(1)规范性
本标准的起草按国家标准GB/T1.1-2009《标准化工作导则第一部分:
标准的结构和编写》进行。
(2)一致性
本标准与现行有效的国家法律、法规和标准保持一致,充分考虑有关国家标准、文件对烧结生产和节能的要求和规定,提出烧结余热回收利用的参数选择、节能减排的主要措施和运行指标,并为烧结余热回收利用的建设、运行维护和效果评价提供技术支持和导向。
(3)适用性
充分考虑现有烧结余热回收利用工艺及发展现状,制定与烧结余热回收利用要求相适应的条款。
(4)可操作性
结合我国烧结余热回收利用的生产现状和技术水平、可能达到的程度,标准文本对烧结余热回收利用技术和运行技术指标做了基本要求,各建设单位可根据各自的生产技术水平适当提高指标,以便使标准更具有可操作性。
(5)先进性
本标准将济钢国际在国内相关生产企业近年来对烧结余热回收利用方面的成熟经验做法融入其中,确保本标准技术要求和指标的先进性。
三采标情况
目前与烧结余热回收利用技术相关的现行国际标准或国内先进标准有YB/T4254-2012《烧结冷却系统余热回收利用技术规范》,重点侧重于烧结余热回收利用技术的节能措施和效果评价。
因此确立本标准部分参照YB/T4255-2012中的相关内容制定。
四标准主要内容
1总则
1.1为促进钢铁行业节能减排,提高烧结余热回收利用效率,降低烧结工序能耗,特制定本规范。
1.2本规范适用于钢铁企业新建、改建烧结余热回收利用项目的设计、施工、运行、验收等过程。
根据国家钢铁产业发展政策,钢铁企业必须发展余热、余能的要求,无论新建还是已有烧结机都应逐步配套烧结余热回收利用,本规范拟对这些工程的设计、施工、运行、验收等过程提供指导意见,实现提高余热利用效率的目的。
1.3烧结余热资源主要包括:
烧结主烟气余热、烧结机尾废气余热及烧结冷却废气余热。
本规范是针对烧结主烟气余热及烧结冷却废气余热制定的技术规范。
烧结工序余热包含烧结主烟气余热、烧结机尾废气余热及烧结冷却废气余热。
通过多年的技术研究,低温烟气利用技术的发展,烧结主烟气余热和烧结冷却废气余热都可设置可靠、高效、耐用的余热装置进行余热回收利用,或是根据烟气性质实施直接利用等。
而烧结机尾部废气粉尘含量较高,且温度波动较大,由于受技术及设备的限制,现阶段该系统烟气余热未进行收集及利用。
1.4本规范规定了烧结余热回收利用的一般要求和参数选择原则。
余热利用的一般要求包含烟气收集的方式、余热利用的方式、装备配套的选型等,这些要求决定了余热利用方式实施的是否可行和合理;
余热利用参数选择包含烧结机产能、烧结矿温度、烟气温度、烟气流量等,这些参数决定了余热利用的效率。
2规范性引用文件
下列文件对于本规范的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件,仅所注日期的版本适用于本规范。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。
GB50408-2007烧结厂设计规范
GB/T1028-2000工业余热术语、分类、等级及余热资源量计算方法
GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范
GB50235-2010工业金属管道工程施工规范
GB50236-2011现场设备、工业管道焊接工程施工规范
GB50126-2008工业设备及管道绝热工程施工规范
GB50231-2009机械设备安装工程施工及验收通用规范
GB50275-2010风机、压缩机、泵安装工程施工及验收规范
GB50049-2011小型火力发电厂设计规范
3术语和定义
下列术语和定义适用于本规范。
3.1烧结主烟气余热wasteheatofsinteringfluegas
抽风烧结焙烧过程中烟气所含的热。
3.2烧结冷却废气余热wasteheatofsinteringcoolingsystem
热烧结矿冷却过程中废气所含的热。
3.3烧结机尾废气余热wasteheatofsinteringmachinetailgas
烧结饼破碎过程中废气所含的热。
3.4烧结余热汽拖wasteheatsteamdragofsintering
烧结余热回收产生的蒸汽推动主抽风机工作的过程
4余热回收利用工艺流程
4.1工艺流程的选择应根据烧结机规模、烧结和冷却系统设备运行状态、结合实际因地制宜,并经过方案比选后确定。
烧结机规模决定了余热利用装置或后续发电设施的配套模式,一般,烧结主烟气及冷却机余热一套烧结系统各配置一套余热利用装置,两者余热蒸汽可以统一利用;
同一工程可实现多套余热利用装置配置一套汽轮发电机组,节约投资,减少占地面积。
4.2烧结主烟气余热回收工艺流程分为插入式和旁路式,插入式工艺流程见图1,旁路式工艺流程见图2。
图1插入式工艺流程
图2旁路式工艺流程
烧结机主烟气工艺根据场地条件不同可选用不同的工艺流程,插入式适用于场地建设条件不足的情况下,余热利用设备不占用新的建设场地,有利于在已有烧结大烟道上改造;
旁路式可根据场地条件合理布置,综合考虑设备安装、检修方便。
4.3烧结冷却废气余热回收工艺流程见图3
a虚线为采用闭路循环方式流程。
b采用开路流程时,风机为引风机,采用闭路流程时,风机为循环风机。
c余热锅炉产生的蒸汽可以直接利用也可以用于发电。
d中温烟气可以送入余热锅炉生产蒸汽也可以用于热风点火、原料解冻等。
图3冷却废气余热回收流程
烧结冷却废气余热回收工艺可根据废气温度、客户需要进行不同工艺流程的选择,废气热量可以进行能量转换,变为蒸汽、电力再利用,也可以直接利用烟气热量。
4.4余热利用汽拖工艺流程见图4
a未采用主烟气余热利用时可单独采用烧结冷却系统回收的余热拖动主抽风机。
图4余热汽拖流程
余热利用汽拖工艺流程是利用烧结冷却废气余热和烧结主烟气余热产生的蒸汽对烧结主抽风机进行蒸汽拖动工艺
5余热回收方式
5.1新建烧结机烧结主烟气余热回收宜采用旁路式;
改建烧结机烧结主烟气余热回收宜采用插入式。
新建烧结机烧结主烟气余热回收方式宜采用旁路式,旁路式余热利用是在回收段烟道上设置旁路,将余热利用装置(省煤器、蒸发器等)安装在旁路烟道上的余热利用方式,需要预留设备安装位置,此种方式便于余热装置的检修与维护,检修余热利用装置时烧结主烟气可以不走余热装置旁路。
对新建烧结机可以采用统一规划、同步设计、同时建造的模式;
改建烧结机主烟气余热回收方式宜采用插入式,插入式余热利用将余热利用装置(省煤器、蒸发器等)直接安装在回收段烟道中的余热利用方式,其方式节省占地空间,但余热回收装置的检修需要与烧结机检修同步进行。
5.2烧结冷却废气余热回收采用开路式或闭路式,新建烧结机烧结冷却废气余热回收应采用闭路式。
新建烧结机烧结冷却废气余热回收方式必须采用闭路式,要求与烧结机实现统一规划、同步设计、同时建造;
改造烧结机烧结冷却废气余热回收方式可以根据现场情况考虑实施闭路式或开路式。
6余热利用方式
6.1烧结主烟气余热回收产生的蒸汽可用于烧结生产或供冷却机余热锅炉提温利用。
根据烧结主烟气余热可根据用户需求产生不同品质的余热蒸汽,如果用户的需求是将蒸汽用于烧结生产,余热装置可生产低温、低压的饱和蒸汽;
如果用户的需求是生产蒸汽来发电或其他需要高品质的蒸汽利用方式,余热装置可产生中温、中压的蒸汽,然后利用烧结冷却系统预热锅炉进行提温利用,进一步提高蒸汽品质为过热蒸汽来使用。
6.2冷却机高温、中温废气用作预热混合料、烧结热风点火、热风烧结、原料解冻等。
6.3冷却机高温、中温废气余热产生的蒸汽可用于发电、拖动主抽风机、供汽、加热混合料等。
烧结冷却废气利用装置,为保证设备效率最大化,采用双烟道进气方式,对部分企业烧结冷却废气温度进行数据调研,调研数据见表1
表1烧结冷却废气温度调研表
调研
单位
高温烟气
中温烟气(℃)
低温烟气(℃)
济钢400m2烧结机
425
315
200
济钢320m2烧结机
390
280
180
沙钢3#烧结机
383
270
成渝钒钛科技有限公司360m2烧结机
330
150
根据调研报告分析,烟气参数主要分为高温烟气(≥320℃)、中温烟气(220℃~320℃)、低温烟气(150℃~220℃),其中,高温、中温烟气可直接进行烟气余热利用,作为钢铁企业生产中预热混合料、烧结热风点火、热风烧结、原料解冻等热源;
也可以利用余热装置进行换热,根据生产蒸汽品质和客户需求进行不同方式利用,生产饱和蒸汽主要用途有预热烧结混合料、原料解冻、发电及汽拖系统的补汽气源;
如果生产过热蒸汽主要用于发电、汽拖主蒸汽及能源外供等。
6.4冷却机低温废气用于替代部分空气冷却烧结矿或换热产生热水。
根据表2烧结冷却废气温度调研表调研数据,冷却机低温区域的低温烟气(150℃~220℃),该部分烟气的利用方式,一是可作为冷却机高温区域烧结矿的冷却介质,通过风机送人冷却机内冷却烧结矿,可提高高温、中温区域的冷却废气的收集温度,间接提高烧结冷却废气的利用效率;
二是可以对该低温废气直接换热利用,即冷却机上设置余热利用装置,根据热源品质,可生产80℃左右热水。
无论哪种利用方式均实现了减少热废气和粉尘的外排。
7技术要求
7.1一般要求
7.1.1烧结余热回收利用装置不得影响烧结生产。
7.1.2回收装置能力应大于烟气回收量。
7.1.3烧结余热回收利用工程建设与生产除应遵循本规范外,还应符合国家现行有关法规、标准和规范的规定。
7.2烧结主烟气余热回收
7.2.1选取大烟道尾部1/4~1/3风箱区域的烟气。
烧结主烟气余热利用装置,为保证设备效率最大化,烟气进入温度一般要求平均温度不低于280℃,对部分企业烧结机大烟道尾部风箱进行数据调研,可了解到一般烧结机风箱最后5个风箱温度符合设备要求,调研数据见表2
表2烧结机大烟道风箱温度调研表
倒数第一个风箱温度(℃)
倒数第二个风箱温度(℃)
倒数第三个风箱温度(℃)
倒数第四个风箱温度(℃)
倒数第五个风箱温度(℃)
373
363
369
358
402
375
306
204
380
391
388
320
228
383
387
365
由于烧结机设计风箱数量不同,或者工况条件不同,造成个别烧结机倒数第六个风箱也可能存在温度符合要求,故余热利用范围可能增大,根据最大化余热利用的理念,烧结机大烟道余热一般选取整个大烟道尾部1/4~1/3风箱区域作为烧结主烟气利用区域。
7.2.2回收后烟气应满足机头电除尘器、烧结主抽风机不结露。
烧结主烟气余热利用同时要兼顾烟道内烟气平均温度,烧结大烟道内烟气温度在经过主抽风机和机头除尘装置时有可能出现结露,对设备造成腐蚀,根据烟气成分的不同,结露温度也不同,为保证设备正常运行,烟道内余热利用后温度原则上应高于烟气出口结露温度10℃-20℃,因此在做烧结主烟气余热利用时,合理利用烟气温度控制好烟道内的烟气温度,保证烧结工艺的正常运行。
7.2.3回收后烟气应满足脱硫工艺要求。
烧结主烟气余热利用同时要考虑烧结机脱硫工艺,不同的脱硫工艺对烟气温度要求不同,本着优先考虑环保要求,再实施余热利用的原则,区别对待不同脱硫工艺下的烧结主烟气余热利用。
如果烧结工艺配套湿法脱硫工艺,因为该工艺对烧结烟气温度没有要求,增设烧结主烟气余热利用装置后,降低烟气温度,不影响脱硫工艺的正常运行;
如果烧结工艺配套干法、半干法脱硫工艺时,该种脱硫工艺要求烟气温度一般不能低于100℃,并且提供烟气温度有利于保证脱硫工艺的稳定和降低脱硫成本,在此种前提下,不宜于实施烧结主烟气余热利用。
7.2.4余热利用装置耐温高于回收烟气温度30℃~50℃。
表2内烧结烟道调研数据说明,烟道尾部烟气范围可在400以上,而烟气在280℃即可选择利用,同时考虑烧结工况多变,烧结烟道内个别风箱烟气温度可能大于400℃,余热利用装置要满足恶劣工况下的工作需要,考虑设备选型材质,高于烟道最高温度。
7.3烧结冷却废气余热回收
7.3.1烧结冷却废气余热回收利用设计应依据冷却机烧结矿处理量、烧结矿平均入料温度等参数。
7.3.2烧结冷却废气余热回收利用设施建设位置应选择在冷却机附近,并充分考虑地形、工程地质、气象等条件。
7.3.3废气收集罩
7.3.3.1废气收集罩结构形式按收集废气的区域、废气流量、废气温度综合确定,罩体宜采用组合式,各区域之间设隔断,罩体间连接设置膨胀装置。
废气收集罩的形式影响废气收集效果,由于废气温度较高,收集罩应该采用组合式收集罩,并在各收集罩之间增设膨胀装置,避免收集罩受热应力影响,产生裂纹;
由于废气采用分区、定温收集,不同区域收集罩之间设置隔断,阻止串风,保证收集效果。
7.3.3.2罩内空间高度及废气出口的空间位置应有利于废气的收集及流动。
收集罩设计应与风速的选择匹配尽量做到既能满足最大化的收集烟气量又能保证冷却机上的大颗粒烧结矿不进入锅炉。
7.3.3.3罩体材料应考虑耐热性,不发生集中变形破坏。
收集罩内部烟气温度较高,最高辐射温度可达650℃,内部材料选材不应低于辐射温度。
7.3.3.4罩体表面设保温,罩体外表面温度不应超过60℃。
根据《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB50264-2013内5.1.2“防止人身遭受烫伤的部位,其保温层厚度应按表面温度法计算,且保温层外表面的温度不得大于60℃”的规定,因此收集罩应设置保温措施。
7.3.3.5罩体焊接施工执行《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》GB50236.7的规定。
罩体焊接生产制作过程中,执行《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》GB50236.7的一般工艺要求,是保证罩体钢结构质量的基础,应当遵守。
如遇特殊情况,应以相关试验为依据。
7.3.3.6罩体保温施工执行《工业设备及管道绝热工程施工规范》GB50126.5.3、5.10、5.13的规定。
7.3.4冷却机密封
7.3.4.1废气收集罩与冷却机台车之间应设置密封装置。
烧结冷却矿在烧结冷却机中冷却过程中,烧结矿置于烧结台车之上,烧结冷却机台车在电动机的驱动下,以一定的速度运动,使烧结矿与冷却机配置的鼓风冷却机鼓入的空气进行热交换,产生热烟气,即为可利用的烧结冷却废气,台车上部设置废气收集罩进行烟气收集,废气罩固定在冷却机框架之上,不可移动,因此,废气收集罩与冷却机台车之间存在相对位移,即两者之间存在缝隙。
余热效率的提高与烧结冷却废气的温度、流量密不可分,如果缝隙存在,该区域就存在烟气泄漏(热废气量减少)、混入冷空气(烟气温度降低)的情况,均会降低余热利用效率,因此,废气收集罩与冷却机台车之间必须采用密封效果好、便于设备运行于维护的密封装置密封。
7.3.4.2风箱与冷却机台车之间应设置密封装置。
风箱与冷却机台车之间有相对位移,两者之间缝隙必须采用密封装置密封,密封装置应能承受冷却机台车移动造成的摩擦
7.3.4.3采用闭路流程时,冷却机风箱与台车之间的密封应考虑风温的影响。
在系统闭路循环时,高温区冷却气为锅炉尾气,温度约200℃,密封装置应考虑耐温材质。
7.4废气管道
7.4.1管道内热废气流速宜取16m/s~20m/s。
废气流速是根据废气的粉尘性质决定的,废气来自烧结矿冷却烟气,烟气含灰量为1200~1400mg/Nm3,成分为铁矿石烧结熟料,粒径一般为100μm以下,但不排除含有粒径大于0.5mm颗粒的情况,根据《除尘工程设计手册》内表6-20除尘管道的最小风速要求,矿物粉尘水平管道的最小风速为16m/s,设计风速一般在16~20m/s。
如果废气流速过大,则对烟气管道、阀门及锅炉翅片等造成较大磨损,使管道和设备的使用寿命缩短;
如果废气流速过小,则会造成管道灰尘沉积、阀门堵塞等缺陷,影响系统的正常运行。
7.4.2管道应进行保温,设计执行《工业金属管道设计规范》GB50316的规定。
7.4.3烟罩出口管道应设置远程可调电动切断阀。
烧结工艺中,由于矿石成分、原燃料成分的变化,可造成烧结矿冷却过程中烟气参数发生较大波动,为保证后续余热装置在最佳工况下工作,实现余热利用的效率最大化,需要在烟罩出口管道设置可调电动切断阀,可在烧结出现异常工况的情况下,及时调整阀门开度来保证余热利用装置的正常运行,或切断废气来保护余热利用装置。
7.4.4废气放散阀应与锅炉入口烟道阀连锁。
烧结工艺作为主工艺,余热利用的生产和检修不能影响主工艺的正常生产,因此在余热利用的同时,应设置废气放散系统,在余热利用停产检修时烟气放散,保证烧结生产正常进行。
同时,废气放散烟囱应设置电动阀门,并与余热利用装置进口管道阀门连锁,在余热利用阀门需要关闭时,同时打开放散阀门,做到同步无间隔切换。
7.4.5管道焊接施工执行《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》GB50236.7的规定。
7.4.6管道保温施工执行《工业设备及管道绝热工程施工规范》GB50126.5.3的规定。
7.5风机
7.5.1风量计算应考虑系统漏风、烧结生产波动等因素。
烧结工况波动,造成烟气的温度、流量产生波动,冷却机设备本身还存在漏风点,且随设备运行时间、生产检修的状况都会发生变化,因此风机选型应对烧结冷却机的不同工况进行综合比较,考虑各种不确定因素。
7.5.2废气收集罩内应保持微负压状态。
风机压力选型要兼顾废气收集罩内压力保持微负压,设计计算时,要考虑管道布置方式、长度造成的烟气沿程阻力,考虑阀门、锅炉等的设备阻力,如果压力为正压,则烟气不能大量被收集利用,如果负压过大,则废气收集罩将大量吸入空气,降低烟气平均温度,影响余热利用效率。
7.5.3带冷风吸入口的风机应在吸入口处安装消音器。
7.5.4闭路系统循环风机宜选用变频调速装置。
烧结工艺中,由于矿石成分、原燃料成分的变化,会造成烧结矿冷却过程中的烟气流量和温度发生变化,为实现烟气以一定的温度进入余热利用装置,效率最大化,循环风机应可是实现实时变工况工作,最佳方案为选择变频调速装置,既可以满足烧结工况变动引起的烟气量的波动,又可以降低能耗,减少设备自耗电量。
7.5.5风机施工及验收执行GB50231、GB50275的规定。
7.6烧结主烟气及冷却系统余热利用
7.6.1余热锅炉应采用双压锅炉
7.6.2烧结余热汽拖联接方式应采用变速离合器联接。
7.6.3汽轮发电机组采用凝汽式机组或抽凝式机组。
7.6.4汽轮发电机组采用滑参数运行,负荷率30%~110%。
7.7生产操作
7.7.1对烧结冷却废气余热回收利用,烧结终点控制在倒数第二个风箱或适当后移。
烧结冷却废气回收利用中,一般采用鼓风冷却方式,即鼓风机送出的空气与热烧结矿进行冷却换热过程,为保证空气置换出尽可能多的热量,在烧结过程中,烧结终点要尽量后移,即控制在倒数第二个风箱以后,在此工况下,烧结矿在烧成的同时,矿内还保留着大
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- 烧结 余热 回收 利用 技术规范
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