燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化技術(shù)研究

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燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化技術(shù)研究

王濤,王鐵民,陳素君

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司能源與環(huán)境部，河北唐山063200)

【摘要】燒結(jié)工序能源消耗較大，燒結(jié)煙氣及環(huán)冷機(jī)熱廢氣蘊(yùn)含熱量多，回收利用數(shù)量少。針對(duì)燒結(jié)工序生產(chǎn)不穩(wěn)定的特點(diǎn)，結(jié)合燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)對(duì)全部回收利用燒結(jié)環(huán)冷機(jī)芋段煙氣余熱及最佳補(bǔ)燃煤氣量進(jìn)行了可行性探討，最終確定燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)補(bǔ)燃至中溫中壓參數(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。

【關(guān)鍵詞】燒結(jié)；環(huán)冷機(jī)；發(fā)電；補(bǔ)燃

1　前言

鋼鐵行業(yè)是我國各行業(yè)中的耗能大戶，其能源消耗量占全國總能源消耗量的比重約12%~15%。節(jié)能和能源安全已經(jīng)成為影響我國冶金行業(yè)正常發(fā)展的關(guān)鍵因素。

燒結(jié)工序是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)流程中的耗能大戶,其能耗僅次于煉鐵工序,約占鋼鐵產(chǎn)業(yè)總能耗的10%。而在燒結(jié)工序總能耗中又有近50%的能耗都是以燒結(jié)機(jī)煙氣和冷卻機(jī)廢氣的顯熱形式排入大氣,既浪費(fèi)熱能又污染環(huán)境。如何有效的回收利用這部分熱量已經(jīng)引起了人們的高度重視。燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)是回收此部分余熱的一種有效方法。

2　基本原理與技術(shù)難點(diǎn)

700~800益的高溫?zé)Y(jié)礦在帶冷機(jī)或環(huán)冷機(jī)上通過強(qiáng)制鼓風(fēng)進(jìn)行冷卻，底部鼓入的冷風(fēng)在穿過燒結(jié)礦層時(shí)與熱燒結(jié)礦進(jìn)行換熱，產(chǎn)生大量200~450益高溫廢氣。將這些高溫的廢氣通過引風(fēng)機(jī)引入鍋爐，產(chǎn)生中壓及以下壓力等級(jí)的蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

此工藝的技術(shù)難點(diǎn)在于燒結(jié)工序的生產(chǎn)既存在由于設(shè)備突然故障引發(fā)的非計(jì)劃檢修，又存在與高爐休風(fēng)配合的計(jì)劃檢修，且檢修時(shí)間長短不定，使燒結(jié)余熱熱源不穩(wěn)定，系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度大。二是實(shí)際運(yùn)行中，余熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況點(diǎn)偏離實(shí)際工況點(diǎn)太大，系統(tǒng)熱效率偏低。所以，提高燒結(jié)余熱熱源的穩(wěn)定性和提高系統(tǒng)熱效率是燒結(jié)余熱發(fā)電未來發(fā)展過程中必須持續(xù)關(guān)注的問題。

3　國內(nèi)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀

自2009年開始，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)逐漸應(yīng)用了燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)回收燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱資源，具體參數(shù)見表1。

從表1所述燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用情況看，可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)問題，一是燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)只回收利用了環(huán)冷機(jī)一段及部分二段高溫余熱資源，余熱回收總量少；二是余熱發(fā)電系統(tǒng)選用的蒸汽參數(shù)較低，最高壓力只達(dá)到次中壓水平，還未出現(xiàn)采用中溫中壓蒸汽參數(shù)的燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)。

本文從增加余熱回收總量及提高發(fā)電系統(tǒng)參數(shù)兩個(gè)方面開展了理論技術(shù)研究，期望為燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)未來的發(fā)展提供方向。

表1　具有代表性的燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)參數(shù)

4　系統(tǒng)最優(yōu)分析

本文以某公司550 m2燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)為例，從提高余熱回收總量和提高機(jī)組效率并穩(wěn)定系統(tǒng)運(yùn)行兩個(gè)方面開展了理論研究。

4.1設(shè)備情況：

550 m2燒結(jié)機(jī)配套環(huán)冷機(jī)設(shè)備情況如下：

離心鼓風(fēng)機(jī)數(shù)量：6臺(tái)；

單臺(tái)風(fēng)量:10000～11000 m3/min；

出料溫度:≥120益；

冷卻時(shí)間約80 min；

進(jìn)料溫度約700～850益；

環(huán)冷機(jī)臺(tái)車（長伊寬伊高）：1.5 m×3.9 m×1.5 m；

回轉(zhuǎn)中徑:Φ53m；

臺(tái)車寬度: 3.9 m；

有效冷卻面積:580 m2；

最大料厚: 1400 mm

有效冷卻時(shí)間: 80 min

冷卻方式:鼓風(fēng)強(qiáng)制冷卻

進(jìn)料溫度: 750耀850益

排料溫度:臆120益

回轉(zhuǎn)一周的時(shí)間: 45耀135 min（變頻調(diào)速）

燒結(jié)機(jī)不同狀態(tài)下煙氣溫度變化情況見表2。

表2　燒結(jié)機(jī)不同狀態(tài)下煙氣溫度變化情況　益

如圖1，補(bǔ)燃爐采用3#段熱風(fēng)作為助燃空氣，通過爐內(nèi)燃燒，控制補(bǔ)燃爐出口溫度為500益，用于產(chǎn)生過熱蒸汽，然后其煙氣與環(huán)冷機(jī)玉段、域段煙氣混合后進(jìn)入余熱鍋爐蒸發(fā)受熱面換熱直至排出余熱鍋爐。在燒結(jié)短時(shí)間停機(jī)時(shí)，完全可以采用補(bǔ)燃裝置產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，產(chǎn)生蒸汽，維護(hù)汽輪機(jī)溫度運(yùn)行，提高電站作業(yè)率。

圖1　補(bǔ)燃式燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)圖

4.2經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)卡諾循環(huán)定律，系統(tǒng)吸熱的平均溫度越高，放熱的平均溫度越低，整個(gè)系統(tǒng)的熱效率就越高。常規(guī)燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組蒸汽參數(shù)只能達(dá)到2.0 MPa，350益左右，距離中溫中壓參數(shù)3.82 MPa，450益還有很大差距。因此必須采用補(bǔ)燃技術(shù)。補(bǔ)燃技術(shù)不僅能夠提高環(huán)冷機(jī)熱廢氣的最高溫度，提高系統(tǒng)的蒸汽參數(shù)而且能夠起到穩(wěn)定系統(tǒng)、增加余熱回收總量的目的。

本文以未采用補(bǔ)燃技術(shù)的方案為基礎(chǔ)，以補(bǔ)燃煤氣至次中壓、中壓及高壓發(fā)電系統(tǒng)的三個(gè)方案為備選項(xiàng)，通過方案對(duì)比，確定在不同壓力等級(jí)下的的最佳煤氣補(bǔ)燃量，及最佳的補(bǔ)燃收益方案。

余熱回收加補(bǔ)燃綜合利用效率：

In—環(huán)冷機(jī)第n段余熱焓值，kJ/m3；

Qn—環(huán)冷機(jī)第n段余熱煙氣量，m3/h；

濁y—環(huán)冷機(jī)第n段余熱利用效率，%；

Qv—補(bǔ)燃煤氣量，m3/h；

Qed—補(bǔ)燃煤氣熱值，kJ/m3；

濁BFG—補(bǔ)燃煤氣利用效率，%；

表3、表4、表5為理論分析出的不同壓力等級(jí)下煤氣補(bǔ)燃量與補(bǔ)燃增加效益的結(jié)果。

從表3中可以看出，在補(bǔ)燃至次中壓等級(jí)壓力下，單爐補(bǔ)燃煤氣量最佳值為15000 m3/h，此時(shí)煤氣補(bǔ)燃帶來的效益達(dá)到最大。

從表4可以看出，在補(bǔ)燃至中壓等級(jí)情況下，最佳單爐補(bǔ)燃煤氣量為22000 m3/h，此時(shí)煤氣補(bǔ)燃的效益達(dá)到最大。

表3　補(bǔ)燃至次中壓最優(yōu)煤氣量計(jì)算表

表4　補(bǔ)燃至中壓最優(yōu)煤氣量計(jì)算表

表5　補(bǔ)燃至高壓最優(yōu)煤氣量計(jì)算表

從表5可以看出，在補(bǔ)燃至高壓等級(jí)情況下，最佳單爐補(bǔ)燃煤氣量為93500 m3/h，此時(shí)煤氣補(bǔ)燃的效益達(dá)到最大。

通過表3、表4、表5數(shù)據(jù)比較結(jié)果，隨著補(bǔ)燃參數(shù)的提高，系統(tǒng)熱效率都是持續(xù)升高的趨勢(shì)。但次中壓情況下，每補(bǔ)燃入1 m3高爐煤氣可以帶來0.1225 kWh的發(fā)電收益，而至中壓參數(shù)后，每補(bǔ)燃入1 m3高爐煤氣可以帶來0.1475 kWh的發(fā)電收益，最后至高壓參數(shù)后，不僅不能帶來發(fā)電收益的增加，反而使補(bǔ)燃增加的效益降低。由此可見，采用補(bǔ)燃技術(shù)提高蒸汽參數(shù)至中溫中壓才是最佳的燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)方案。

5　結(jié)論

通過對(duì)補(bǔ)燃燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行不同壓力等級(jí)下經(jīng)濟(jì)效益及效率的對(duì)比，形成以下結(jié)論：

（1）隨著補(bǔ)燃煤氣量的增加，燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的熱效率是持續(xù)上升的，最終熱效率將會(huì)達(dá)到同等壓力的純煤氣鍋爐效率。

（2）補(bǔ)燃煤氣可以提高燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益及穩(wěn)定性，但并不是蒸汽參數(shù)越高越好，補(bǔ)燃至中溫中壓等級(jí)是最優(yōu)工況點(diǎn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]楊肇博,劉冠男,單中闖,劉鴻雁等.高爐煤氣補(bǔ)燃裝置在燒結(jié)余熱發(fā)電中的應(yīng)用[J].礦業(yè)工程.2014, 2 (1).

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供排水

A Study on the Economic Optimization Technology for Sintering Waste Heat Power Generation System

Wang Tao, Wang Tiemin, Chen Sujun

(Energy and Environment Dept., Shougang Jingtang United Iron & steel Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063200, China)

[Abstract]Sintering process consumes much energy and produces large amount of flue gas and circular cooler waste gas containing huge heat, most of which are not recovered. In view of the instable characteristics of sintering production, the feasibility of complete recovery and utilization of flue gas waste heat of sintering ring cooler and the best combustion of BFG volume in combination with the sintering waste heat power generation technology was dis原cussed. It was finally determined that the sintering waste heat power generation system with the parameters of afterburning to medium temperature and medium pressure is economically optimal.

[Keywords]sinter; ring cooler; electricity generation; afterburning

作者簡(jiǎn)介：王濤（1981-），男，碩士研究生，熱能專業(yè)工程師，現(xiàn)從事熱能技術(shù)管理工作

收稿日期：2015-04-25

【文章編號(hào)】1006-6764（2015）12-0049-04

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【中圖分類號(hào)】TM617