李麗，馬慶爽，王瑩，趙錄

（天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津301500）

【摘要】為提高能源利用率，天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司實施了燒結(jié)環(huán)冷機余熱發(fā)電工程，配置2 臺雙壓立式余熱鍋爐、1 臺12 MW 雙壓補汽凝汽式汽輪機及1 臺15 MW 發(fā)電機，充分利用2×230 m² 燒結(jié)環(huán)冷機產(chǎn)生的大量低品質(zhì)廢氣的熱量，并將其轉(zhuǎn)化成電能，實現(xiàn)了資源的循環(huán)利用，降低了生產(chǎn)成本，減少了廢渣和粉塵等污染物對環(huán)境的污染。

【關(guān)鍵詞】 燒結(jié)環(huán)冷機；余熱；發(fā)電系統(tǒng)；節(jié)能減排

1 引言

隨著鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展，作為煉鐵主要原料的燒結(jié)礦，其產(chǎn)量也大幅度提高，因此，燒結(jié)生產(chǎn)中伴生的高溫廢氣也越來越多。通過數(shù)據(jù)分析得出，燒結(jié)工序中的余熱資源量約占噸鋼余熱資源總量的19.3%，如何回收利用這部分余熱資源已經(jīng)引起人們的高度重視。

近年來，國內(nèi)鋼鐵行業(yè)中廣泛推廣低溫余熱發(fā)電技術(shù)，通過實施這種技術(shù)可以大大降低燒結(jié)工序能耗、提高能源利用效率。

本著“節(jié)約能源，保護環(huán)境”的原則，天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司實施燒結(jié)環(huán)冷機余熱發(fā)電工程，以此回收利用2×230 m2 燒結(jié)環(huán)冷機所產(chǎn)生的廢氣顯熱，該工程設(shè)置2 臺余熱鍋爐和1 臺汽輪發(fā)電機組，利用中低溫的廢氣產(chǎn)生蒸汽，來推動汽輪機組做功發(fā)電。

2 余熱發(fā)電系統(tǒng)介紹

聯(lián)合特鋼公司目前擁有兩條燒結(jié)生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線配備一臺230 m² 燒結(jié)機和一臺280 m² 環(huán)冷機，燒結(jié)機有效燒結(jié)面積230 m²，臺車寬3.5 m，有效抽風長度66 m，臺車欄板高700 mm，燒結(jié)機的利用系數(shù)正常為1.34 t/m²·h，最大為1.65 t/m²·h。環(huán)冷機有效冷卻面積280 m₂，每臺環(huán)冷機配置4 臺相同的鼓風機，每臺鼓風機風量為32.6 萬m³/h，風壓為5 675 Pa；從環(huán)冷機出來的煙氣成分主要為熱空氣，含塵量200～800 mg/Nm³。

由于230 m² 燒結(jié)環(huán)冷機2# 段及以后段的廢熱氣溫度較低，余熱發(fā)電的價值較低，因而采用了230 m² 燒結(jié)環(huán)冷機1# 段和2# 段高溫部分的廢熱氣進行余熱發(fā)電。本工程配置2 臺雙壓立式余熱鍋爐和1 臺12 MW 雙壓補汽凝汽式汽輪機及1 臺15 MW 發(fā)電機，配套建設(shè)公輔設(shè)施。

3 余熱發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)方案

余熱發(fā)電系統(tǒng)工藝流程圖見圖1 所示。

3.1 雙壓立式無補燃自然循環(huán)鍋爐^[2]

余熱鍋爐熱力系統(tǒng)采用雙壓系統(tǒng)，其熱力回收率在擬實施的各種余熱方案中都相對較高，能夠最大限度地回收環(huán)冷廢氣中的熱量。余熱鍋爐在雙壓系統(tǒng)下產(chǎn)生兩種不同壓力的蒸汽，其中壓過熱蒸汽作為主蒸汽進入汽輪機進行發(fā)電，低壓過熱蒸汽作為補汽進入汽輪機。

3.2 雙壓補汽凝汽式汽輪機

燒結(jié)余熱的熱源品位決定了余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽品質(zhì)不是很高，本工程選用了1.8 MPa 次中壓汽輪機。采用雙壓補汽凝汽式汽輪機可以充分利用余熱鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽，提升發(fā)電量，以獲取最大的經(jīng)濟效益。

3.3 熱風系統(tǒng)方案

3.3.1 環(huán)冷機料層上部煙罩密封處理

環(huán)冷機漏風主要是其煙罩和臺車之間、臺車與風箱之間的縫隙，因煙罩、風箱是固定的，而臺車和兩側(cè)臺車擋板一起做圓周運動，無法做機械密封。

對環(huán)冷機的密封處理主要考慮以下三個方面的措施：

（1）在燒結(jié)環(huán)冷機的2# 煙罩高溫部分設(shè)置隔板，合理確定隔板位置，使2# 段前部較高溫部分煙氣納入1# 段煙囪排出，增加1# 段總煙氣量。

（2）完善臺車與煙罩之間的密封：環(huán)冷機運行的時候臺車與煙罩之間也是相對運動的，臺車上邊緣與煙罩下邊緣之間存在著不小的間隙。在煙罩下端和臺車上端各裝一塊擋熱鋼板，兩鋼板之間留有一定間隙，此間隙用耐高溫橡膠密封。耐高溫橡膠固定于煙罩上，相對于臺車上的擋熱鋼板相對滑動，從而減少與低溫段之間的串風。并合理確定隔板位置，盡量選取高溫部分的煙氣。

（3）合理選擇煙囪內(nèi)的零壓點是關(guān)鍵，使煙罩與臺車擋板接觸處的壓力維持在微負壓狀態(tài)，減少漏風。

3.3.2 煙氣再循環(huán)系統(tǒng)

將通過余熱鍋爐后的煙氣再送入環(huán)冷機進口風箱入口，形成煙氣再循環(huán)，提高環(huán)冷機入口進風溫度。合理選擇循環(huán)風量，并適當加大后段冷卻風量，可同樣保證燒結(jié)礦的最終冷卻效果。本工程采用的煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，其流程如下：

燒結(jié)環(huán)冷機1# 段和2# 段高溫部分的300~400℃煙氣通過切換閥門后引入余熱鍋爐進口，余熱鍋爐出口經(jīng)過換熱后的約140 ℃煙氣由循環(huán)風機排出，全部送入1# 段環(huán)冷機入口風箱。

循環(huán)風機入口設(shè)置吸風口，以補入循環(huán)冷卻風泄漏損失量，并調(diào)節(jié)環(huán)冷機入口風溫至130 ℃ 左右。循環(huán)風機出口設(shè)置旁通排風口，在風量超出時排出多余煙氣。

3.4 主要設(shè)備參數(shù)

3.4.1 余熱鍋爐（見表1）

3.4.2 汽輪發(fā)電機組（見表2）

4 余熱發(fā)電系統(tǒng)運行過程存在問題及相應(yīng)改造

該系統(tǒng)投運后，日常觀察發(fā)現(xiàn)其存在若干小問題；在現(xiàn)場專業(yè)技術(shù)人員的認真分析、探討下，上述問題得以成功解決，不僅確保了設(shè)備的有序穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，而且還實現(xiàn)了資源的部分節(jié)約利用。

4.1 射水箱溢流節(jié)水改造工程

改造前運行情況：射水箱是汽輪機組的重要設(shè)備之一，其射水箱內(nèi)的溫度（正常保持在26 ℃）直接決定了凝汽器真空的保持程度。為了保證射水箱內(nèi)部的溫度在一定范圍內(nèi)，在正常運行中，射水箱需保持補水閥門常開狀態(tài)，以保證水溫及真空，這就造成射水箱水滿后，自溢流管直接排入地溝，造成工業(yè)水的極大浪費。

改善措施：在射水箱內(nèi)距溢流口30 cm 處加裝一臺抽水泵，投入自啟裝置，出口接至凝汽器循環(huán)水的出口，溢出的水可直接流入循環(huán)水池，既避免了工業(yè)水的不必要浪費，又保障了循環(huán)水池的補水量。

改善成果：射水箱改善后，每天節(jié)約工業(yè)水400 t 左右，每年共節(jié)約14.4 萬t 工業(yè)水，極大程度地做到了節(jié)能降耗。

4.2 對循環(huán)水池溢流水及無閥過濾器排污水回收工程

改造前的運行情況：無閥過濾器不定期進行反沖洗，每次沖洗時大約有50 t 水流入明渠。循環(huán)水是通過循環(huán)水泵來保障凝汽器、冷油器、空冷器等換熱設(shè)備溫度的，各種轉(zhuǎn)動設(shè)備的冷卻水又回流循環(huán)水池，當循環(huán)水池的水位達到3.1 m 時，循環(huán)水自溢流管流入明渠，造成了極大的浪費。

改善措施：在無閥過濾器旁放一水罐，當反沖洗及循環(huán)水池溢流時，水流入罐體，達到一定液位時，自吸泵啟動，抽到成品水池。

改善成果：通過這一年多的運行，現(xiàn)每日節(jié)水量達到380 t 之多，既改善了現(xiàn)場環(huán)境，又極大地節(jié)約了生產(chǎn)用水。

4.3 1#、2# 鍋爐疏水回收工程

改造前的運行情況：每一次啟停鍋爐時，每一道疏水系統(tǒng)必須開啟，在冬季，為防止疏水閥門凍結(jié)必須長期打開，各疏水通過連接的母管流入明渠，造成了浪費。

改善措施：把疏水管路的母管通往疏水擴容器內(nèi)，流入排污池由泵打到成品循環(huán)水池再利用。改善成果：每啟一次鍋爐，可回收水量在20 t，冬季每天回收10 t。

4.4 1#、2# 鍋爐循環(huán)風機減溫水改造工程

改造前的運行情況：在外網(wǎng)管道出現(xiàn)問題或其他特殊情況時，哪怕是停1 h 供水的情況下，余熱系統(tǒng)就必須停機停爐，啟停一次至少需要3h，按平均發(fā)電量計算，少發(fā)電30 000 kW·h。

改善措施：從循環(huán)水泵出口母管焊接DN100管路，通過分支變徑DN80 通向1#、2# 鍋爐循環(huán)風機進行設(shè)備冷卻。

改善成果：既可在短時間（4 h）內(nèi)外網(wǎng)停水的情況下，保證設(shè)備的正常運行，而且可以在春、秋、冬季長時間使用循環(huán)水池冷卻水，每天可節(jié)約工業(yè)水480 t。

4.5 環(huán)冷機高溫段煙道增高改造工程

改造前的運行情況，以2015 年8 月份下旬為例：

鍋爐高溫段平均煙溫：394.5 ℃；

中溫段平均煙溫：371.6 ℃；

鍋爐入口平均煙溫：（340±5）℃；

平均負荷：4 437.5 kW。

改善措施：在燒結(jié)機下料口到高溫段煙罩加高。

改造成果，以2015 年9 月份上旬為例：

鍋爐高溫段平均煙溫：420.3 ℃；

中溫段平均煙溫：390.2 ℃；

鍋爐入口平均煙溫：（360±5）℃；

平均負荷：4 638.5 kW。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過改造煙溫平均提高20 ℃左右，單線每小時可多發(fā)電200 kW·h 左右。

5 余熱發(fā)電系統(tǒng)運行效果

5.1 節(jié)能降耗效果

本工程自投運后，設(shè)備運行良好，可實現(xiàn)年供電量6.68 ×107 kW·h，在未實施燒結(jié)環(huán)冷機余熱發(fā)電工程之前，燒結(jié)工序能耗約為46～47 kgce/t 礦，發(fā)電項目實施后，燒結(jié)工序能耗降為44～45 kgce/t礦，其余熱降耗效果突出。不僅減少了企業(yè)自外網(wǎng)的購電量，年節(jié)約能源消費量2.67 萬tce，在促進資源節(jié)約的同時，有助于改善當?shù)氐哪茉唇Y(jié)構(gòu)，提高能源安全，而且還降低了企業(yè)成本，增加了企業(yè)的經(jīng)濟效益和市場競爭能力。

5.2 減排效果

燒結(jié)環(huán)冷機煙氣中不可避免地帶有一定質(zhì)量的粉塵，在余熱鍋爐內(nèi)，這些粉塵大部分會沉降下來，并被集中收集，減少了粉塵排放。系統(tǒng)正常運行時，煙氣在完成熱交換后，全部返回到燒結(jié)環(huán)冷機中，不僅實現(xiàn)資源的循環(huán)利用，而且減少了廢渣和粉塵等污染物對環(huán)境的污染。利用燒結(jié)環(huán)冷機上的純低溫余熱進行發(fā)電，減少了CO₂排放量6.68 萬t，SO₂排放量427.43 t。

本工程充分利用排放的二次能源建設(shè)發(fā)電機組并供熱，避免了廢氣對大氣的嚴重污染，改善了周邊環(huán)境，同時，對聯(lián)合特鋼公司所在地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展也起到了很大作用。

6 結(jié)語

綜上所述，鋼鐵廠的燒結(jié)環(huán)冷機上的純低溫余熱發(fā)電的控制，充分利用了燒結(jié)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的大量低品質(zhì)廢氣的熱量，并將其轉(zhuǎn)化成電能。如果每個鋼鐵企業(yè)都能充分利用余熱進行發(fā)電，每年所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益將十分巨大。這項控制技術(shù)將為改善產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，節(jié)能減排以及提高能源的利用率提供一條重要途徑^[3]。

參考文獻

[1] 丁毅，史德明. 馬鋼燒結(jié)帶冷機余熱發(fā)電[J]. 冶金能源，2007（1）：49-53.

[2] 沈東，張皓，周勇平.安鋼燒結(jié)環(huán)冷機低溫余熱發(fā)電工程[J].能源工程，2005（3）：58-60.

[3] 王旭偉，劉新堯.燒結(jié)環(huán)冷機低溫煙氣余熱發(fā)電的控制研究[J].新能源，2013（11）：159-160.