刘占平 于武 杜平伟 陈然
河北新金钢铁有限公司
摘要：烧结工序是钢铁生产中的高能耗、高排放环节，200㎡烧结机在生产过程中会产生大量高温废气，其携带的余热未被充分利用时不仅造成能源浪费，还会增加环保处理压力。本文以200㎡烧结机废气余热回收利用为核心，研究利用烧结废气余热加热煤气的工艺方案，通过合理设计余热回收系统、优化换热流程，实现废气余热的资源化利用，降低煤气加热的能源消耗，同时减少废气排放带来的环境影响。研究表明，该方案可有效回收烧结废气中的余热，显著提升煤气入炉温度，降低生产能耗，兼具良好的经济效益、环保效益和社会效益，为同类烧结机的节能改造提供参考。
关键词：200㎡烧结机；废气余热；煤气加热；节能降耗；余热回收
1 引言
在钢铁工业绿色低碳发展的大背景下，“双碳”战略纵深推进，烧结工序作为钢铁生产中能耗占比12%-15%、烟气排放占比超30%的核心环节，其节能降碳改造成为行业发展的关键命题[2]。200㎡烧结机作为中小型钢铁企业常用的生产设备，在烧结过程中，混合料经点火、抽风烧结后，会产生大量温度在150-450℃的废气，这些废气中蕴含着丰富的余热资源。目前，多数企业对烧结废气的处理仅停留在除尘、脱硫脱硝，环冷高温段余热发电等环节，中温及低温段大量余热直接放空，造成了严重的能源浪费。
同时，烧结生产中使用的高炉煤气等燃料，常温下入炉燃烧效率较低，需要消耗额外能源对其进行预热。若能将烧结废气中的余热回收，用于加热煤气，可实现“废热再利用”，既减少了余热浪费，又降低了煤气预热的能源消耗，达到节能降耗、环保减排的双重目标。本文结合200㎡烧结机的生产实际，设计废气余热加热煤气的工艺系统，分析其应用效果，为烧结工序的节能改造提供实践依据。
2 200㎡烧结机废气与煤气加热现状
2.1 烧结机废气现状
新金钢铁200㎡烧结机采用带式烧结工艺，年作业率达90%以上，烟气排放量大。正常生产情况下，烧结机环冷废气排放量约为1000000m³/h，废气温度波动范围为180-420℃，其中环冷机一段、二段排出的高温废气温度可达340-420℃，三段、四段中低温废气温度为180-270℃。废气中除了含有SO₂、NOₓ、粉尘等污染物外，还携带大量的物理显热，若直接排放，不仅浪费能源，还会增加环境热污染。
目前，烧结机废气处理流程为：环冷机一段、二段废气接入余热锅炉系统进行发电，三段、四段进入布袋除尘进行环保处理，处理合格后直接排入大气，废气中的余热未被回收利用，余热损失率较高，不符合节能降碳的生产要求。
2.2 煤气加热现状
该200㎡烧结机生产中主要使用高炉煤气作为点火燃料，煤气用量约为14000m³/h，常温下（25℃）高炉煤气的热值约为3200kJ/m³。由于常温煤气燃烧效率较低，为提升燃烧效果、保证烧结质量，需要采用燃烧重油或电能的方式对煤气进行预热，预热后煤气温度需达到120-150℃。
传统煤气加热方式能耗较高，每小时需消耗重油80kg或电能120kW·h，不仅增加了生产总成本，还会产生额外的废气排放，与绿色生产理念相悖。此外，传统加热方式的热效率较低，热量损失较大，进一步降低了能源利用效率。
3 废气余热加热煤气工艺方案设计
3.1 设计原则
结合200㎡烧结机的生产实际，废气余热加热煤气工艺方案设计遵循以下原则：一是最大限度回收烧结废气中的余热，降低余热损失；二是保证煤气加热温度稳定，满足烧结生产工艺要求（120-150℃）；三是工艺系统简单可靠，投资成本低，便于后期维护；四是兼顾环保要求，不影响原有废气处理系统的正常运行，实现余热回收与环保治理协同推进。
3.2 工艺流程设计
在原有烧结废气处理系统和煤气供应系统的基础上，新增余热回收换热系统，实现废气余热与煤气的热量交换，具体工艺流程如下：
1、废气收集：通过管道将环冷机三四段排出的废气集中收集，提升余热回收总量；收集的废气先经过前置除尘装置，去除部分大颗粒粉尘，避免粉尘磨损换热设备。
2、余热换热：将收集后的高温废气引入余热换热器，余热换热器采用管壳式结构，废气在壳程流动，煤气在管程流动，通过管壁进行热量传递。为提升换热效率，换热器内部设置翅片，增加换热面积，同时配套高温蓄热炉，实现余热的储存与稳定释放，避免废气温度波动对煤气加热效果的影响。
3、煤气加热：常温高炉煤气送入余热换热器的管道，与高温废气进行热量交换，煤气温度逐渐升高至120-150℃，达到生产要求后，送入烧结机点火炉和保温段，用于烧结生产。
4、废气后续处理：经过余热回收后的废气，温度降至100℃以下，再进入原有布袋除尘器进行环保处理，处理合格后排入大气，不改变原有环保处理流程。
5、 辅助系统：增设温度控制系统、压力控制系统和流量调节系统，实时监测废气温度、煤气温度、换热压力等参数，通过变频调节风机转速、调节阀门开度，确保系统稳定运行，避免温度过高或过低影响生产。
4 工艺应用效果分析
4.1 节能效果
试运行期间，烧结机环冷三四段平均温度为180-270℃，经过余热回收后，废气平均出口温度降至95℃，每小时可回收余热约1.2×10⁷kJ，相当于每小时节约标准煤410kg。同时，煤气经余热加热后，平均温度达到135℃，完全满足烧结生产要求。
按年生产时间8000小时计算，该系统每年可节约标准煤3280吨，节能效果显著，有效降低了烧结工序的能源消耗，提升了能源利用效率。
4.2 经济效益
回收余热用于预热高炉煤气，其能源替代效益按能量等价原则计算。年节约高炉煤气4100万m³，对于配套的高炉具有显著意义，可有效缓解煤气供需平衡压力，减少煤气放散损失。
4.3 环保效果
该工艺系统实现了烧结废气余热的资源化利用，减少了余热直接排放带来的环境热污染。此外，余热回收后的废气温度降低，减少了对后续环保处理系统的热冲击，延长了环保设备的使用寿命，提升了环保处理效率，确保废气排放指标优于国家排放标准。同时，废气中的CO等可燃气体在蓄热炉和换热过程中部分被利用，减少了有害气体排放，进一步提升了环保效果，实现了节能与环保的协同发展，符合钢铁工业绿色低碳发展的要求。
5 存在的问题与改进建议
5.1 存在的问题
经过试运行，该工艺系统虽然取得了良好的应用效果，但仍存在一些问题：一是烧结废气温度波动较大（180-420℃），导致煤气加热温度偶尔出现波动，影响烧结生产稳定性[2]；二是废气中含有少量腐蚀性物质，长期运行会对余热换热器造成腐蚀，影响设备使用寿命。
6 结论
本文以200㎡烧结机废气余热加热煤气为课题，通过分析烧结机废气与煤气加热现状，设计了废气余热回收换热系统，实现了烧结废气余热的资源化利用，得出以下结论：
1、200㎡烧结机环冷三四段产生的高温废气蕴含丰富的余热资源，传统生产中余热直接放空，不符合节能降碳要求。
2、设计的废气余热加热煤气工艺系统，通过收集烧结废气、利用余热换热器和高温蓄热炉实现热量交换，可将煤气加热至120-150℃，满足烧结生产要求，工艺简单可靠，投资回收期短。
3、针对系统存在的温度波动、设备腐蚀、余热回收不充分等问题，通过优化蓄热系统、加强设备防腐，可进一步提升系统运行稳定性和余热利用率。
综上所述，200㎡烧结机利用环冷三四段废气余热加热煤气的工艺方案可行、效果显著，可为同类烧结机的节能改造提供参考，对推动钢铁工业绿色低碳发展具有重要意义。
参考文献
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