环冷机烧结矿余热回收性能分析与优化

环冷机烧结矿余热回收性能分析与优化

汤勇李菊

江苏联峰工业装备科技有限公司江苏张家港215600

摘要：根据统计表明，我国工业冶金烧结过程的能源消耗至少占整个冶金能耗的10%，而烧结矿在开发过程中排放的余热则占总能耗热的50%左右，由此可见烧结矿在冶金过程中对余热的回收一直都是国家企业重点关注的问题。在烧结矿冶金过程中采用环冷机能够排放出大量的低温烟气，其产生的热量大约是烧结矿热耗量的30%左右，可以把烧结矿在冷却过程中产生的低温烟气进行余热回收，从而降低热量的大量消耗。本文对环冷机在烧结矿的使用过程中余热回收的性能和优化进行重点分析讨论，试找出较为合理的解决方式。

关键字：环冷机；烧结矿；余热回收；性能

引言：

近年来我国烧结余热的利用技术不断发展，工业冶金在烧结余热技术的利用方面取得了较为良好的效果，但和国外成熟的的冶金余热利用技术相比，还有较大的差距。目前我国烧结矿冶金过程中的平均能耗仍然比国外的指标高，所以通过优化环冷机的性能来提高烧结余热资源的高效利用和回收，增强我国冶金企业未来发展的必然趋势。这对我国推行保护环境，降低能耗、节能减排也有重要的意义。

一、系统介绍

环冷机主要由入端口、平台、台车体、处端口和其他部件组成。其主要工作流程如下：首先环冷机上的台车在传动装置的驱使下，通过入端口进行接料，接着在平台上进行缓慢的圆形轨迹运动。这时环冷机底部开始自下而上强制鼓风，底部冷却的介质穿过烧结矿物层发挥冷却作用，使得热量通过对流的方式进行不断的内部循环，导致烧结矿逐渐变得冷却[1]。这一过程产生的热烟气需要从环冷机的台车顶部出口处排放，但热烟气通过台车顶部设计的一个或者多个集热罩，这些集热罩把热烟气送入余热回收装置进行利用。环冷机通过以上方式促使内部介质的循环，周而复始地运动，便可以达到制冷的效果。环冷机在工作的过程中具体余热回收利用系统流程过程如下图一所示：

二、环冷机操作参照数对烧结矿冷却过程分析

（一）环冷机料层厚度对出口烟气的影响分析

利用计算机Matlab软件进行环冷机性能优化实验，控制环冷机的冷却介质风速、冷却介质温度，床层孔隙率和颗粒当量直径为恒定值时，改变料层的厚度，采用1m、1.2m、1.4m和1.6m的料层进行实验，出烟口的烟气温度会因为料层的厚度不同初始温度有所区别，随着冷却时间的变换而降低。从余热回收的角度来看，出口的烟气温度越高，则回收的效率也就越高，而随着冷却时间逐渐加长，出烟口处的烟气温度也趋于平稳，所以此时料层对烟气温度的影响不大。但从得到的数据看，如果实际冶金余热回收过程中，出烟口温度过高可能会使环冷机的皮带烫伤，余热回收不充分等问题。所以对余热回收和对环冷机的处理范围、温度承受能力等因素的综合考虑，选择最佳的料层厚度应该在1.4m左右。

（二）环冷机风速对出口烟气的影响分析

利用计算机软件Matlab控制冷却介质的温度，料层厚度、床层孔隙率和颗粒当量直径为恒定值时，改变冷却风的速度值，这时出烟口的烟气温度在不同的风速值的情况下冷却时间如下2所示：

图二冷却风速对出烟口温度影响图

由图可知，冷却风速越大，则出烟口的烟气冷却的时间越快，风速为1.20m/s时出烟口的温度最高，冷却时间最慢，而由数据可知风速对出烟口烟气温度的影响大于料层对出烟口烟气温度的影响，所以应该要很合理的利用风速对出烟口温度的影响厚度。但也和料层一样，并不是烟气的温度越高越好，烧结矿的冷却情况也要考虑，出口的烧结矿温度高于150°C是不符合冶金工业要求的[2]。所以在要求热回收效率的同时，对风机的风量也不能要求过高，最有风速应该选择1.65m/s，这是较为理想的风速选择。

（三）床层孔隙率和粒径对烟气温度的影响分析

把冷却的介质温度，料层厚度和风速设为恒定的前提下，分别改变颗粒当量直径和床层孔隙率，这时对应的集热罩温度如图三和图四所示：

图三颗粒直径对集热罩平均气温影响示意图

图四孔隙率对集热罩平均气温影响示意图

图三所示是颗粒当量直径的变化对集气罩温度的影响变化，从图中可以看出当烧结矿的颗粒直径不断减小时，内部的热量能更容易地传到烧结矿的表面来，这时出口烟气的温度较高，因此在其他前提条件不变的情况下，适当的减小进入冷却机烧结矿块的直径，可以在一定程度有效提高冷却的效果，增加矿产资源的产量。通过计算发现，颗粒的直径在20到30cm最为合适。图四为孔隙率对集热罩平均气温影响示意图，由图中可知当床层的孔隙率不断增大时，对应的集热罩的烟气温度在不断降低。这时因为孔隙率越大，烧结矿和冷却空气的表面积接触也就越小，换热不足，导致烟气的温度也就越低。所以要是烟气温度高，对热量的利用充分，就应该选择较小的孔隙率，经过计算发展0.3的孔隙率较为合理。

四、结束语

综上所述，为了提高环冷机在烧结矿中对余热的回收能力和性能优化，利用相关软件进行建模实验分析，可以得出性能优化的具体方式，把环冷机的料层厚度控制在1.4m左右，在冷却过程中把风速控制在1.65m/s左右，对烧结矿直径控制在25cm左右，把床层的孔隙率控制在0.3.通过以上数据控制，在一定程度可以实现环冷机对烧结矿余热回收性能的提高，达到冶金企业节能减排，提升社会效益和经济效益的目的。

参考文献：

[1]吴天月,张维超,韩峰.烧结矿冷却系统改造的应用[J].矿业工程,2017,15(5):47-48.

[2]李鹏元,李巍,万雪.提高烧结余热回收产能措施的分析[J].冶金能源,2016,35(3):49-52.