張鋼余能余熱回收發(fā)電實踐

張 健，張 華，任 麗，陳德慶

（張店鋼鐵總廠，山東 淄博 255007）

1 前言

張鋼新建的180m2燒結(jié)機(jī)配備了1臺190m2環(huán)冷式鼓風(fēng)冷卻機(jī)。由于環(huán)冷機(jī)沒有設(shè)計安裝余熱回收裝置，燒結(jié)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱散發(fā)到大氣中，造成巨大的能源浪費。張鋼有120 t轉(zhuǎn)爐兩座，采用汽化水冷煙道，冷卻過程產(chǎn)生大量的飽和蒸汽，汽化水冷煙道運行壓力2.45MPa，后續(xù)配有濕式變壓蓄能器，放熱溫度為170℃，壓力約為1.27MPa。目前每座轉(zhuǎn)爐二次蒸汽產(chǎn)量約15 t/h，均未進(jìn)行利用。棒材軋制工序現(xiàn)有加熱爐1臺，配有蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生的低壓飽和蒸汽溫度為160℃，壓力為0.4MPa，產(chǎn)量約5 t/h，對空排放。此外，兩臺高線加熱爐產(chǎn)生溫度160℃、壓力0.4MPa的低壓飽和蒸汽約10 t/h。新建裝機(jī)容量為12MW的余熱電廠1座，將以上不同生產(chǎn)工序產(chǎn)生的余能、余熱合理回收，將不同壓力、不同溫度的蒸汽和不同溫度的煙氣科學(xué)利用，不僅能夠節(jié)能減排，實現(xiàn)資源綜合利用，還能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2 余熱發(fā)電的工藝流程及主要設(shè)備

余熱發(fā)電主要由燒結(jié)機(jī)環(huán)冷臺車、煙氣收集裝置、余熱鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組、工業(yè)水系統(tǒng)、配電裝置和DCS控制系統(tǒng)等組成。

2.1 煙氣收集工藝流程

煙氣收集系統(tǒng)由環(huán)冷臺車、封閉式煙罩、切換閥門、煙囪、循環(huán)風(fēng)機(jī)、環(huán)冷風(fēng)機(jī)及環(huán)冷風(fēng)箱等組成。燒結(jié)機(jī)環(huán)冷臺車分成4個冷卻區(qū)段：前2個區(qū)段設(shè)置封閉式煙罩，收集高溫?zé)煔夂偷蜏責(zé)煔猓坏?、4區(qū)段設(shè)置開放式煙罩。前2個區(qū)段上方設(shè)置內(nèi)絕熱煙罩，并分成兩個相對獨立的區(qū)段，每個區(qū)段均設(shè)置1座煙囪，煙囪上設(shè)置三通管道，配置電動蝶閥，正常工作時切換閥門將煙氣導(dǎo)入鍋爐煙道，在余熱鍋爐停止運行時關(guān)閉煙氣進(jìn)入余熱鍋爐的通道，將煙氣直接排入大氣。

從環(huán)冷臺車收集的高溫?zé)煔鉁囟仍?00℃左右，由高溫?zé)焽柽M(jìn)入余熱鍋爐，經(jīng)高壓過熱器吸熱溫度降為300℃左右，壓力與低溫?zé)煔庀嗤?，再與由低溫?zé)焽柽M(jìn)入余熱鍋爐、溫度為290℃左右的低溫?zé)煔饣旌?，一起對爐內(nèi)汽水加熱。不同溫度、壓力的煙氣分別回收利用，實現(xiàn)了能量的梯度有效利用。煙氣經(jīng)爐內(nèi)吸熱面吸熱后降至145℃左右，經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)排出并送至環(huán)冷風(fēng)箱，再給環(huán)冷臺車高溫區(qū)降溫，經(jīng)高溫區(qū)煙罩收集后又變?yōu)楦邷責(zé)煔?。煙氣密閉循環(huán)使用，能量得到了充分利用。為保證余熱發(fā)電的有效生產(chǎn)，環(huán)冷風(fēng)箱相互隔離以免串風(fēng)，同時根據(jù)各個區(qū)段的送風(fēng)量合理分區(qū)。

2.2 鍋爐汽水流程

送至余熱鍋爐的凝結(jié)水經(jīng)過加熱器加熱后至除氧器，除氧后的水落至低壓汽包（兼做除氧氣給水箱）。低壓汽包的水至低壓蒸發(fā)器受熱面，產(chǎn)生汽水混合物，通過上升管進(jìn)入低壓汽包，在低壓汽包中分離出低壓飽和蒸汽。小部分低壓飽和蒸汽進(jìn)入除氧器對凝結(jié)水進(jìn)行除氧，大部分低壓飽和蒸汽與來自3臺加熱爐的蒸汽合并后送至主廠房，供汽輪機(jī)補(bǔ)汽。

除氧水從低壓汽包至高壓給水泵，經(jīng)給水泵加壓后，至高壓省煤器，加熱后至高壓汽包。高壓汽包的爐水經(jīng)下降管至高壓蒸發(fā)器，產(chǎn)生汽水混合物，汽水混合物由上升管進(jìn)入高壓汽包，分離出高壓濕蒸汽，與來自兩臺轉(zhuǎn)爐的溫度為170℃、壓力約為0.9MPa的濕蒸汽匯合后進(jìn)入高壓加熱器，加熱成溫度300～350℃、壓力約0.9MPa的過熱蒸汽，匯合至高壓過熱器出口集箱，通過主蒸汽管道送入主廠房，供給汽輪機(jī)。

2.3 汽輪機(jī)汽水流程

余熱鍋爐高壓過熱蒸汽由主蒸汽管道送至發(fā)電機(jī)組主廠房，作為汽機(jī)的主汽。經(jīng)電動主汽閥、自動主汽門、高壓調(diào)節(jié)汽門進(jìn)入汽輪機(jī)，在汽輪機(jī)內(nèi)部膨脹做功后，排入凝結(jié)器；余熱鍋爐的低壓飽和蒸汽（除氧器自用后剩余4 t/h），與來自軋鋼加熱爐壓力為0.3MPa、溫度為160℃的低壓飽和蒸汽（約13 t/h），經(jīng)由副蒸汽管道送至主廠房，經(jīng)補(bǔ)汽調(diào)節(jié)閥、補(bǔ)汽速關(guān)閥，補(bǔ)入汽輪機(jī)的0.3MPa壓力級膨脹做功后，排入凝結(jié)器。

汽輪機(jī)排汽經(jīng)凝結(jié)器冷卻，凝結(jié)成水落入熱水井。熱水井中的水經(jīng)凝結(jié)泵升壓后，回送至不同的回水點。熱水井設(shè)計安裝除鹽水補(bǔ)水點1個，設(shè)置自動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)熱水井水位；凝結(jié)水出口母管設(shè)置1個除鹽水補(bǔ)水點，以備調(diào)試和起動時使用。凝結(jié)水泵出口母管設(shè)旁路回流系統(tǒng)，回流至凝結(jié)器熱水井，滿足水泵啟動需要。

2.4 余熱發(fā)電主要設(shè)備

余熱發(fā)電的主要設(shè)備有余熱鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組、配電裝置和DCS控制系統(tǒng)等。

1）余熱鍋爐。根據(jù)收集的余熱余能類型，為最大限度發(fā)揮余能余熱效率，余熱鍋爐采用雙通道進(jìn)氣、雙壓、自除氧（一體化除氧器）、立式煙道、水平螺旋翅片管受熱面、自然循環(huán)型式。余熱鍋爐受熱面包括：高壓過熱器、高壓蒸發(fā)器、高壓省煤器、低壓蒸發(fā)器、一體化除氧器及凝結(jié)水加熱器等。鍋爐主體受熱面采用管箱式分體結(jié)構(gòu)，相鄰兩受熱面之間的連接采用180°彎管實現(xiàn)，連接彎管置于煙道之外，不受煙塵氣流的沖刷。更換換熱管無需進(jìn)入煙氣通道內(nèi)部，在管箱兩端即可完成操作。

2）汽輪發(fā)電機(jī)組。根據(jù)鍋爐產(chǎn)生的兩種蒸汽壓力和加熱爐產(chǎn)生的蒸汽壓力，汽輪機(jī)選用雙進(jìn)汽單汽缸、補(bǔ)汽—凝汽式發(fā)電機(jī)組。此種汽機(jī)專為低溫余熱發(fā)電設(shè)計，具有良好的滑壓運行、快速啟動能力，適應(yīng)工況變動能力強(qiáng)。汽輪機(jī)的主汽門、高壓調(diào)節(jié)汽閥與汽缸為一體，高壓蒸汽從主汽門下部直接進(jìn)入高壓調(diào)節(jié)汽閥蒸汽室內(nèi)，低壓蒸汽進(jìn)入氣缸下部的補(bǔ)汽口，汽缸排汽室通過排汽接管與凝汽器剛性連接。發(fā)電機(jī)采用空冷、無刷勵磁型式。

3）配電裝置和DCS控制系統(tǒng)。高壓配電系統(tǒng)采用單母線接線方式，發(fā)電機(jī)出口開關(guān)設(shè)為同期點。聯(lián)絡(luò)線、變壓器、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)均采用微機(jī)綜合保護(hù)裝置，對各種事故引起的跳閘具有故障錄波功能，綜合保護(hù)裝置終端設(shè)有兩臺電腦，實時監(jiān)控和記錄高壓設(shè)備的運行參數(shù)。汽機(jī)和鍋爐系統(tǒng)的監(jiān)控由DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)，重要的工藝參數(shù)在終端以工藝畫面顯示。DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)對循環(huán)水系統(tǒng)、鍋爐、汽機(jī)及輔助設(shè)備的集中監(jiān)視、報警、控制和聯(lián)鎖保護(hù)等運行管理功能。

3 回收效果

張鋼燒結(jié)、煉鋼、軋鋼余熱利用發(fā)電技術(shù)項目于2011年5月并網(wǎng)發(fā)電以來，環(huán)冷風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和自動化儀表系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。高溫?zé)煔馄骄鶞囟?80℃，最高溫度420℃，平均流量15.3萬m3/h；低溫?zé)煔馄骄鶞囟?90℃，最高溫度340℃，平均流量8.9萬m3/h；煉鋼飽和蒸汽平均壓力0.9MPa，最高壓力1.05MPa，平均流量21.6 t/h，最高流量25.4 t/h；軋鋼飽和蒸汽平均壓力0.28MPa，最高壓力0.32MPa，平均流量10.6 t/h，最高流量14.5 t/h；系統(tǒng)實現(xiàn)了年發(fā)電量3758.4萬kW·h；年經(jīng)濟(jì)效益1879.2萬元。

余熱利用發(fā)電項目的實施，打破了常規(guī)單一生產(chǎn)工藝的余熱利用思路，采用1套發(fā)電系統(tǒng)回收利用了3種生產(chǎn)工藝的余熱、余能，全部回收利用了煉鋼、軋鋼產(chǎn)生的余熱，回收利用了燒結(jié)機(jī)產(chǎn)生的大部分熱量。實現(xiàn)了能源及資源的綜合利用，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。