烧结余热高效回收关键理论及应用

《现代冶金与材料过程工程丛书》序

前言

第1章 概述

1.1 烧结矿余热资源的组成及特点

1.1.1 测试对象、体系内容与方法

1.1.2 热工测试结果与分析

1.2 烧结过程余热资源回收利用技术进步与展望

1.2.1 国外烧结余热回收利用技术发展状况

1.2.2 国内烧结余热回收利用技术发展状况

1.2.3 烧结余热回收与利用技术发展途径

1.3 烧结余热回收关键科学问题与技术问题的凝练

第2章 烧结基本原理

2.1 铁矿烧结发展状况

2.2 烧结过程

2.3 烧结过程主要反应及固结机理

2.3.1 燃烧反应

2.3.2 水分的蒸发和凝结

2.3.3 碳酸盐分解

2.3.4 铁氧化物的分解还原和氧化

2.3.5 有害杂质的去除

2.3.6 固相反应

2.3.7 液相黏结及基本液相体系

2.3.8 烧结矿冷凝固结

2.3.9 烧结矿的矿物组成及结构

2.4 烧结矿质量指标

2.4.1 烧结矿强度和粒度

2.4.2 烧结矿冶金性能

2.4.3 碱度

2.5 成熟应用的烧结工艺技术

2.5.1 低硅高还原性烧结矿技术

2.5.2 低碳厚料层烧结技术

2.5.3 小球团烧结法

2.5.4 烧结机偏析布料技术

2.6 烧结新技术进展及应用

2.6.1 镶嵌式烧结法

2.6.2 复合造块法

2.6.3 涂层制粒技术

2.6.4 烧结喷吹氢系气体燃料技术

2.7 铁矿烧结的发展趋势

第3章 烧结矿床层内填充特性及气体流动的实验研究

3.1 烧结矿层填充特性的研究

3.1.1 烧结矿形状因子的研究

3.1.2 烧结矿床层内空隙率分布的研究

3.2 烧结矿床层内流动过程分析

3.3 烧结矿床层内气体流动状态的判定

3.3.1 颗粒床层内的雷诺数

3.3.2 实验原理

3.3.3 实验装置

3.3.4 实验过程

3.3.5 实验结果与讨论

3.4 烧结矿床层内气流压降实验关联式的确定

3.4.1 修正Ergun方程

3.4.2 颗粒摩擦因子

3.4.3 无量纲化床层阻力关联式的建立

第4章 烧结矿床层内气固传热实验研究

4.1 烧结矿床层内气固传热过程分析

4.1.1 烧结矿床层内的导热过程

4.1.2 烧结矿床层内的对流传热过程

4.1.3 烧结矿床层内的辐射传热过程

4.2 烧结矿床层内气固传热过程实验研究

4.2.1 床层内气固传热系数公式推导

4.2.2 床层内气固？传递系数公式推导

4.2.3 实验装置与过程

4.2.4 实验结果与分析

4.3 烧结矿床层内气固传热过程试验研究

4.3.1 实验内容与目的

4.3.2 实验装置与过程

4.3.3 实验结果与分析

第5章 烧结余热回收竖罐内流动与传热数值计算及应用

5.1 物理模型及其基本假设

5.2 竖罐内气固传热数学模型

5.2.1 多孔介质模型

5.2.2 竖罐内流动与传热基本方程

5.2.3 竖罐内气体流动模型

5.3 网格划分及边界条件

5.3.1 网格划分

5.3.2 边界条件的设置

5.4 模型计算方法

5.4.1 模型计算软件的选择

5.4.2 数值离散方法的选择

5.4.3 SIMPLE算法

5.5 模型参数UDF

5.5.1 UDF的编写基础

5.5.2 UDF宏的选取与定义

5.6 模型可靠性验证及分析

5.6.1 模型网格的无关性验证

5.6.2 模型的可靠性验证

5.7 烧结矿竖罐内气固传热过程数值计算

5.7.1 某一工况下模拟计算结果分析

5.7.2 主要影响因素及其影响规律

5.8 竖罐适宜热工参数的确定

5.8.1 竖罐适宜热工参数的判据

5.8.2 试验设计方法的确定

5.8.3 试验方案的确定

5.8.4 单罐条件下竖罐适宜结构参数和操作参数的确定

5.8.5 双罐条件下竖罐适宜结构参数和操作参数的确定

第6章 环冷模式下烧结矿床层内流动和传热数值计算及其应用

6.1 环冷机内气固传热过程数值计算模型的建立

6.1.1 模型建立基本流程

6.1.2 环冷机内传热过程研究方法的确定

6.1.3 物理模型的建立

6.1.4 数学模型的建立

6.1.5 数值计算区域与条件的设定

6.2 环冷机内气固传热基本规律与影响因素分析

6.2.1 环冷机内气体流动基本规律分析

6.2.2 环冷机内温度分布基本规律分析

6.3 余热发电模式下环冷机热工参数的确定

6.3.1 环冷机出口热载体可用性判断依据及计算

6.3.2 环冷机气固传热过程影响规律分析

6.3.3 适宜操作参数的确定

6.4 环冷机余热分级回收梯级利用工艺

6.4.1 工艺流程与参数确定的原则与方法

6.4.2 较为完善的可行性实施方案

6.4.3 较为实际的可行性实施方案

第7章 烧结余热直接热回收系统研究

7.1 烧结混合料干燥规律的实验研究

7.1.1 实验原理

7.1.2 实验内容

7.1.3 实验结果分析

7.2 烧结余热用于烧结混合料干燥

7.2.1 基本假设

7.2.2 解析模型建立

7.2.3 解析模型验证

7.2.4 烧结混合料干燥工艺参数的确定

7.3 烧结余热用于烧结点火

7.3.1 烧结点火的作用与意义

7.3.2 烧结点火工艺及特点分析

7.3.3 影响点火的因素分析

7.3.4 点火助燃工艺参数的确定

7.4 烧结余热用于热风烧结

7.4.1 热风烧结的作用与意义

7.4.2 热风烧结工艺及特点

7.4.3 热风烧结工艺参数的确定

第8章 烧结余热锅炉热工参数优化及应用

8.1 余热锅炉结构设计

8.1.1 余热锅炉整体结构

8.1.2 余热锅炉结构确定

8.1.3 余热锅炉通风阻力的确定

8.1.4 余热锅炉水循环检验

8.2 余热锅炉计算机辅助计算软件

8.2.1 计算机辅助计算概念

8.2.2 计算机辅助热力计算

8.2.3 计算机辅助阻力计算

8.2.4 计算机辅助水循环计算

8.2.5 程序编制原则

8.2.6 程序设计基本流程

8.3 余热锅炉的热经济学分析与优化

8.3.1 余热锅炉热经济学基础概念

8.3.2 受热面几何参数优化模型的建立

8.3.3 蒸汽参数优化模型的建立

8.3.4 优化模型的求解方法

8.4 基于某竖罐余热锅炉的案例分析

8.4.1 计算程序的编制

8.4.2 热工参数优化

第9章 烧结余热回收系统热力学分析

9.1 余热回收的热力学分析方法

9.1.1 能量分析理论

9.1.2 焓分析

9.1.3 分析

9.1.4 能级分析

9.2 热力学分析模型和余热回收利用原则的建立

9.2.1 热力学分析模型建立的方法与步骤

9.2.2 余热回收与利用原则的确定

9.3 烧结余热回收系统热力学分析与评价

9.3.1 烧结生产条件

9.3.2 烧结环冷余热回收系统热力学分析与评价

9.3.3 现有余热利用不足及技术的改进方案及分析

9.3.4 烧结矿余热竖罐式回收系统热力学分析

参考文献

2100433B

本书凝练了著者及其团队10余年的研究成果，是一本系统阐述烧结过程余热资源回收与利用的专著。全书围绕竖罐/环冷机-余热锅炉等环节，重点阐述了烧结矿内气体流动与气固传热的关键科学问题，进而剖析了基于竖罐和环冷机模式烧结余热回收与利用的关键技术问题。

烧结余热资源具有品质较低、波动大等特点，回收的关键技术包括烧结机烟气余热回收与烟气处理、烧结余热源参数预测、烧结余热回收工艺与废气温度调节、废气循环对烧结矿质量影响与烧结冷却制度优化、冷却机余热回收锅炉、发电系统选型与优化等。烧结余热回收应以冷却机废气余热回收为主, 并重点保证系统稳定运行、提高回收效率, 其中, 热源参数预测技术是基础, 热风循环技术是有效手段, 余热锅炉和发电系统热力参数优化、参数匹配和动态特性优化是核心。

钢铁冶金企业是国家支柱产业，在现代化建设中起着重要作用，同时这些企业也是耗能大户，能耗占产品成本比例较大。因此企业的节能降耗显得尤其重要。烧结工序是高炉矿料入炉以前的准备工序。有块状烧结和球团状烧结两种工艺。块状烧结是将不能直接加入炉的炼铁原料，如精矿粉、高炉炉尘、硫酸渣等配加一定的燃料和溶剂，加热到1300～1500℃，使粉料烧结成块状。球团烧结则是将细磨物料，如精矿粉配加一定的黏结剂，在造球设备上滚成球，然后在烧结设备上高温烧结。两种烧结过程都要消耗大量的能源。据统计，烧结工序的能耗约占冶金总能耗的12%。而其排放的余热约占总能耗热能的49%。回收和利用这些余热，显然极为重要，余热回收主要在烧结矿成品显热及冷却机的排气显热两个方面。目前热管技术主要应用在冷却机的排气显热回收上。烧结机生产时，热烧结矿从烧结机的尾部落下经破碎后，通过振动筛分经溜槽落到冷却机传送带上，在溜槽部分热矿料温度可达700～800℃，此时以辐射形式向外散热为主，落到冷却带上后料温仍在600℃以上。一般在烧结冷却机下布置有数台冷却风机，通过轴流风机或鼓风机，使冷却风强制穿过料矿层，经料矿加热后，在第一风罩内冷却风温提高到350～400℃，在第二风罩内冷却风温提高到250～300℃，这两个风罩内的冷却风都可以利用其余热。

1、在化工行业中的应用：

（1）小合成氨上、下行煤气余热回收

（2）中合成氨上、下行煤气余热回收

（3）合成氨吹风气燃烧的余热回收

（4）合成氨一段炉烟气余热回收

（5）30万吨/年合成氨二段转化炉余热回收

2、在硫酸工业中的应用：

（1）在硫酸生产沸腾焙烧炉沸腾层内的余热回收；一个年产10万吨硫酸的工厂可回收5.5万吨蒸汽；

（2）从沸腾中出来的SO2高温炉气中回收余热；一个年产10万吨硫酸的工厂可回收10.5万吨蒸汽，可发电价值约600万元；

（3）在盐酸、硝酸炉的应用：基本同(2)；

3、在石油化工中的应用：

（1）烃类热解炉中的余热回收；（工作温度约750~900℃）

（2）乙苯脱氢反应器中的余热回收；

（3）环己醇脱氢化学反应器中的余热回收；

（4）催化、裂化再生取热器中的余热回收；

（5）其它各种加热炉中的余热回收；

4、在建材工业中的应用：

（1）在高岭土喷雾干燥热风炉中的余热回收；

（2）玻璃窑炉中的余热回收；

（3）水泥窑炉中的余热回收；

（4）各种陶瓷倒燃炉及隧道窑中的余热回收；

5、在冶金工业中的应用：

（1）轧钢连续加热和均热炉中的余热回收；

（2）坯件加热炉中的余热回收；

（3）线材退火炉中的余热回收；

（4）烧结机中的余热回收；以一台180M2的烧结机为例，可回收蒸汽量达10~22吨/小时。