一种新型难选铁矿石磁化焙烧后焙砂余热回收系统

1. 引言

1.1 行业背景

钢铁行业作为高耗能领域，复杂难选铁矿石悬浮磁化焙烧能耗 1.0–1.19GJ/t 矿 [1]。磁化焙烧技术通过还原反应将难选铁矿石转化为磁性矿物，但焙砂出炉温度高达 550-570℃，传统水冷方式热回收率低，且焙沙温降幅度有限，不利于后续选矿工艺进行。依托 60 余年电站锅炉研发经验，开发国内首套模块化流化床加尾部烟道蛇形管吸热余热锅炉与氮气闭环循环系统。

1.2 技术现状

传统余热锅炉多布置在焙烧系统主钢架内部，虽然结构紧凑，但也不利于维修和维护。余热锅炉的冷却风分别采用惰性气体和还原性气体，气体成分多样，控制复杂。对冷却风气体的压力有一定要求。外部供气压力不足时，会影响锅炉效率。由于还原性气体是可燃气体，所以对余热锅炉的控制和安全运行要求较高。尾部烟气直接排放，惰性气体无法循环利用，造成惰性气体浪费。

2. 技术研发背景与公司能力

2.1 武锅能源技术积累 [2][3]

公司前身为武汉锅炉厂，1954 年建成国内首台电站锅炉。2010 年后聚焦余热利用领域，成功开发：

垃圾焚烧余热锅炉（广州李坑垃圾焚烧厂扩建工程等）

冶金炉窑余热回收系统（福建龙钢烧结余热发电项目等）

煤化工尾气余热发电装置（陕西榆林煤制烯烃项目等）

2.2 技术研发路径

2.2.1 理论研究：基于《锅炉原理》（第四版）建立流化床气固流动模型[4]。

2.2.2 结构创新：基于循环流化床冷渣器结构，并借鉴国外相关余热锅炉设计结构。

2.2.3 实验验证：与酒钢集团共建实验平台。

3. 余热锅炉系统工艺设计

3.1 工艺流程

为了防止高温焙沙在余热锅炉内被再次氧化，余热锅炉全部采用氮气作为换热介质风。这样设计的优点是，氮气是不可燃的惰性气体，相对可燃气体安全性高，另外采用的是单一气体作为冷却风，配风系统设计和控制相对简单。系统配备高压循环风机，没有采用系统外供气，可以保证流化床入口风压稳定，保证焙沙在流化床中的流化效果，防止流化床出口堵渣。

锅炉前部采用流化床结构布置受热面，由9 模块（含2 个空床）组合而成，依靠高压氮气提供流化风，闭环循环。尾部受热面由 2 模块组成。整个装置换热效果好，控制简单，结构安全合理。

其中物料流程为 : 空床——蒸发器（1）——高过——低过——蒸发器（2）——空床换向——蒸发器（3）——蒸发器（4）—高温省煤器，高温物料经过层层换热最后温度达到工艺要求 ⩽250^∘ 进入下个工艺。

高压氮气流程为：外来氮气——风机加压——各模块布风板及风帽——物料混合流化换热——高温氮气出各模块进入回收母管——旋风分离器除尘——尾部受热面降温至 80% 以下——布袋除尘器除尘——回到高压风机进口，至此一个循环完成，待风机加压后再次参与循环，整个系统基本闭合，根据仪表中的氧含量计提示补充少量氮气。

汽水流程：给水从低低温省煤器加热后，进入除氧器除氧，然后经过给水泵加压进入低温省煤器换热，经连接管引入高温省煤器加热，再引入汽包，汽包里的饱和水经下降管引入各蒸发器换热后，汽水混合物汇集上升，由上升管再次引入汽包经汽水分离器完成汽水分离，蒸汽从引出管引入高低温过热器继续吸热，锅炉出口气温达到 1.8MPa/350^∘C , 完成汽水行程。

3.2 设备主要参数