天鐵180 t工業(yè)鍋爐發(fā)電機(jī)組節(jié)能技術(shù)開發(fā)

李昌盛，余秀峰

（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司動力廠，河北涉縣 056404）

天鐵180 t工業(yè)鍋爐發(fā)電機(jī)組節(jié)能技術(shù)開發(fā)

李昌盛，余秀峰

（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司動力廠，河北涉縣 056404）

介紹天鐵180 t工業(yè)鍋爐發(fā)電機(jī)組節(jié)能技術(shù)。該技術(shù)充分利用富余高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣發(fā)電供熱。通過燃料配比、工藝控制技術(shù)開發(fā)、優(yōu)化工藝系統(tǒng)和采用人、機(jī)、電一體化管理的新型管理模式等措施，提高了發(fā)電能力，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

鍋爐 高爐 焦?fàn)t 煤氣 發(fā)電 機(jī)組 工藝

1 引言

節(jié)能減排是鋼鐵工業(yè)發(fā)展過程中面臨的重大戰(zhàn)略性任務(wù)。在宏觀層面上，要求對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和布局進(jìn)行調(diào)整，將節(jié)能減排的發(fā)展理念貫穿于鋼鐵生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)，建立全行業(yè)的節(jié)能減排生產(chǎn)體系。在微觀層面上，要求企業(yè)提高能源利用效率，節(jié)約能源，減少排放。

天鐵2007年新建2 600 m3高爐1座、60孔7 m焦?fàn)t2座，產(chǎn)生約185 000 Nm3/h的富余高爐煤氣及12 000 Nm3/h的富余焦?fàn)t煤氣。為充分回收富余高爐煤氣及焦?fàn)t煤氣，提高能源利用效率，公司決定于2009年新建一臺180 t/h純?nèi)济簹庥酂徨仩t、一臺25 MW余熱汽輪發(fā)電機(jī)組。這樣，不僅可以解決環(huán)境污染問題，還可充分利用二次能源，符合國家相關(guān)的環(huán)保、節(jié)能政策。同時，與燃煤火力發(fā)電相比，可以減少向大氣中排放的CO2氣體，對改善日益嚴(yán)重的溫室效應(yīng)和酸雨的環(huán)境污染也將發(fā)揮積極的作用。2009年11月15日，180 t/h鍋爐對外網(wǎng)進(jìn)行送汽；2009年12月15日，25 MW汽輪發(fā)電機(jī)正式并網(wǎng)發(fā)電。

2 主要技術(shù)性能指標(biāo)

2.1 鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

新建180 t/h鍋爐型號為JG-180/3.82-Q，是中溫中壓參數(shù)、自然循環(huán)全燃高爐煤氣鍋爐，在高爐煤氣不足時，可摻燒焦?fàn)t煤氣或輕柴油，輕柴油不小于30%額定負(fù)荷，點(diǎn)火用焦?fàn)t煤氣。設(shè)計(jì)高爐煤氣低位發(fā)熱值為3 045 kJ/Nm3。鍋爐主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

2.2 汽輪發(fā)電機(jī)技術(shù)參數(shù)表

汽輪機(jī)為中溫中壓、單缸、沖動、抽汽凝汽式汽輪機(jī)，型號為C25-3.43/0.49。其主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 汽輪發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

發(fā)電機(jī)為25 MW空冷汽輪發(fā)電機(jī)，型號為QFW-25-2。采用靜止可控硅勵磁,主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 主要技術(shù)參數(shù)

3 主要改造內(nèi)容

3.1 燃料配比

考慮到與廠區(qū)原有蒸汽系統(tǒng)匹配，鍋爐主蒸汽參數(shù)定為中溫中壓，為∏型自然循環(huán)蒸汽鍋爐。所需燃料為高爐煤氣及焦?fàn)t煤氣，當(dāng)純燒高爐煤氣時能滿足鍋爐在40%～100%之間穩(wěn)定運(yùn)行，此時鍋爐所需最高的高爐煤氣流量為183 345 Nm3/h；當(dāng)摻燒30%焦?fàn)t煤氣（按熱量比）時，鍋爐能保證在滿負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行，此時所需的燃料量為高爐煤氣128 345 Nm3/h，焦?fàn)t煤氣97 800 Nm3/h。而目前生產(chǎn)過程中可以產(chǎn)生約185 000 Nm3/h的富余高爐煤氣及12 000 Nm3/h的富余焦?fàn)t煤氣，滿足鍋爐的使用要求。

3.2 燃燒器

燃燒器采用擴(kuò)散型旋流式，爐內(nèi)蓄熱穩(wěn)燃裝置，使燃料在爐內(nèi)充分燃燒。

3.3 汽輪發(fā)電機(jī)組選型

考慮到與原廠區(qū)主汽供熱參數(shù)的匹配，汽輪機(jī)采用中溫中壓、單缸、沖動、抽汽凝汽式汽輪機(jī)，發(fā)電機(jī)為30 MW空冷汽輪發(fā)電機(jī)，采用靜止可控硅勵磁。

3.4 工藝流程

經(jīng)過凈化、調(diào)壓、穩(wěn)壓處理后的高、焦?fàn)t煤氣分別送至集氣柜，再通過架空敷設(shè)的方式送至爐前，分別從鍋爐的燃燒器送入爐膛燃燒。燃燒所需要的空氣由送風(fēng)機(jī)供給，送風(fēng)機(jī)先把冷空氣送到空氣預(yù)熱器加熱后，再通過熱風(fēng)道將熱空氣送入爐膛。鍋爐燃燒生成的煙氣經(jīng)過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器換熱后由引風(fēng)機(jī)抽出，經(jīng)高100 m，出口內(nèi)徑為3.5 m的煙囪排入大氣。

3.5 工藝控制技術(shù)開發(fā)

3.5.1 鍋爐系統(tǒng)

（1）為保證鍋爐運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，在鍋爐房前的燃?xì)夤艿郎暇b設(shè)壓力上、下限控制器，以保障燃?xì)鈮毫υ谌細(xì)忮仩t燃燒器要求的燃?xì)鈮毫Ψ秶畠?nèi)。因燃?xì)鈱儆卸?、易燃、易爆氣體，故將燃?xì)夤艿谰贾迷谑彝?，另外在燃?xì)饪偣艿郎显O(shè)置有盲板閥和快速切斷閥、放散閥。在支管、干管上設(shè)置防爆閥、阻火器等措施，保證燃?xì)忮仩t燃燒系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

（2）由于燃?xì)忮仩t在燃燒過程如果控制不當(dāng)，爐膛中可產(chǎn)生大量的混合氣體，極易爆燃，以及燃?xì)忮仩t的燃燒方式為空間燃燒，燃燒速度較快的特點(diǎn)，因此，對燃?xì)獾谋O(jiān)測就至關(guān)重要。根據(jù)本工程燃?xì)獾某煞挚芍?，CO、H2、CH4為易燃易爆氣體，且CO是有毒氣體，故對燃?xì)獾臋z測設(shè)備和隔離設(shè)施采取如下措施：①在爐膛出口處設(shè)有燃?xì)夂繖z測點(diǎn)，在線實(shí)施監(jiān)測煤氣燃燒后CO、H2、CH4濃度，其中CO設(shè)兩套監(jiān)視儀表；②鍋爐本體附近安裝多點(diǎn)燃?xì)鈾z測探頭，控制室內(nèi)設(shè)CO監(jiān)測點(diǎn)4個，H2監(jiān)測點(diǎn)2個，CH4監(jiān)測點(diǎn)2個，以監(jiān)視燃?xì)庑孤肚闆r；③設(shè)置爐膛火焰工業(yè)電視，實(shí)時監(jiān)視爐膛火焰燃燒情況；④燃?xì)夤艿郎显O(shè)液動快關(guān)閥和電動蝶閥，在鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)火焰異常熄滅、汽包水位異常和爐膛壓力異常等情況時，可迅速切斷燃?xì)夤?yīng)，防止燃?xì)膺M(jìn)入爐膛；⑤燃?xì)夤艿涝O(shè)蒸汽吹掃及多點(diǎn)放散，以保證置換并排盡可燃?xì)怏w；⑥燃?xì)膺M(jìn)入爐膛前設(shè)阻火器，防止?fàn)t膛回火。

3.5.2 發(fā)電系統(tǒng)

（1）汽輪機(jī)在電網(wǎng)頻率48.5～50.5范圍內(nèi)能夠連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）調(diào)整發(fā)電機(jī)功率因數(shù)運(yùn)行，降低發(fā)電機(jī)電壓。10#發(fā)電投產(chǎn)后直接向鐵前38 MW電動鼓風(fēng)機(jī)站輸送電能。由于鐵前38 MW同步電動機(jī)本身發(fā)出一部分無功，致使10#發(fā)電機(jī)出口的電壓高達(dá)11 kV，嚴(yán)重影響了發(fā)電機(jī)組及附屬設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，且所發(fā)的無功向電網(wǎng)倒送，功率因數(shù)極低，導(dǎo)致每月邯鄲供電局大量罰款。根據(jù)實(shí)際情況，將10#發(fā)電機(jī)功率因數(shù)提高到0.97運(yùn)行，鐵前38 MW同步電動機(jī)功率因數(shù)調(diào)整到0.98運(yùn)行，使發(fā)電機(jī)少發(fā)9 MW無功，發(fā)電機(jī)出口電壓降到10.5 kV，解決了發(fā)電機(jī)出口電壓高和無功向系統(tǒng)倒送問題。

（3）電抗器并聯(lián)大容量可恢復(fù)高速開關(guān)（FSR），降低能耗。采用FSR裝置與限流電抗器并聯(lián)，不但保留了串聯(lián)電抗器限制短路電流的功能，而且解決了限制短路電流而串聯(lián)限流電抗器所帶來的巨大電能損耗、系統(tǒng)電壓波動加劇、強(qiáng)大的漏磁場對變配電站內(nèi)金屬構(gòu)架及鋼筋混凝土產(chǎn)生附加熱損耗、震動以及電磁輻射對人身心健康造成重大傷害等一系列問題。

3.6 優(yōu)化工藝系統(tǒng)

為減少熱量的損失，所有表面溫度高于50℃的管道及設(shè)備進(jìn)行保溫，保溫采用經(jīng)濟(jì)厚度計(jì)算法，做到投資省、熱耗低、綜合效益好。

汽輪機(jī)控制系統(tǒng)采用先進(jìn)成熟的數(shù)字式電液控制系統(tǒng)，能使汽輪機(jī)在各種工況下長期經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

各系統(tǒng)裝有能源計(jì)量表進(jìn)行計(jì)量，對工藝參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀況采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控，使各設(shè)備持續(xù)處于高效工況區(qū)穩(wěn)定運(yùn)行。

鍋爐連續(xù)排污水、蒸汽管道疏水、汽輪機(jī)本體疏水等均回收至擴(kuò)容罐，重新利用。

3.7 管理模式

為了節(jié)約人力資源，優(yōu)化崗位人員配置，提高勞動效率，新建180 t/h余熱鍋爐及25 MW余熱汽輪發(fā)電機(jī)組的管理模式采用人、機(jī)、電一體化管理。

4 實(shí)施效果

180 t/h工業(yè)鍋爐發(fā)電機(jī)組節(jié)能技術(shù)開發(fā)是利用富余高爐煤氣185 000 Nm3/h、焦?fàn)t煤氣12 000 Nm3/h發(fā)電供熱項(xiàng)目，在節(jié)能降耗、轉(zhuǎn)化增值方面具有積極的促進(jìn)作用，符合國家產(chǎn)業(yè)政策。投產(chǎn)后，每年減少外購電量20 328萬kWh。年節(jié)能效果折合52 598 t標(biāo)準(zhǔn)煤。創(chuàng)效益：2 552.16萬元。

10#發(fā)電機(jī)功率因數(shù)由0.8提高到0.97運(yùn)行，鐵前38 MW同步電動機(jī)功率因數(shù)調(diào)整到0.98運(yùn)行，使發(fā)電機(jī)少發(fā)9 MW無功，發(fā)電機(jī)出口電壓由11 kV降到10.5 kV，解決了發(fā)電機(jī)出口電壓高和無功向系統(tǒng)倒送問題。

排污水及各種疏水回收至擴(kuò)容罐重新利用，節(jié)約了水資源。

5 結(jié)論

天鐵180 t工業(yè)鍋爐發(fā)電機(jī)組節(jié)能技術(shù)充分利用了富余高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣發(fā)電供熱。通過燃料配比、工藝控制技術(shù)開發(fā)、優(yōu)化工藝系統(tǒng)和采用人、機(jī)、電一體化管理的新型管理模式等技術(shù)開發(fā)，大大提高了機(jī)組的發(fā)電能力，效益顯著。

Development of Energy Saving Technique of Generating Unit of Tiantie 180 t Industrial Boiler

Li Changsheng,Yu Xiufeng
(Power Plant,Tianjin Tiantie Metallurgy Group Company Limited,She County,Hebei Province 056404,China)

The paper introduces the energy saving technique of Tiantie 180 t industrial boiler generating unit,which utilizes superfluous BF gas and coke oven gas to generate heat for supply.Measures are taken of controlling fuel ratio,developing process control technique,optimizing process system and adopting a new management mode with human,and mechanical and electrical equipment integration.Power generating capacity was increased and economic effect remarkable.

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李昌盛，男，工程師，1996年畢業(yè)于沈陽黃金學(xué)院計(jì)算機(jī)應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)，現(xiàn)從事技術(shù)質(zhì)量管理工作，擔(dān)任技術(shù)質(zhì)量部主管。

（收稿 2012－03－27 編輯 崔建華）