馬鋼2×380 m2燒結(jié)機余熱發(fā)電短時停機操作優(yōu)化實踐

馬 鵬

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司第三煉鐵總廠， 安徽 馬鞍山 243000）

馬鋼2×380 m2燒結(jié)機余熱發(fā)電短時停機操作優(yōu)化實踐

馬 鵬

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司第三煉鐵總廠， 安徽 馬鞍山 243000）

結(jié)合馬鋼2×380 m2燒結(jié)機余熱發(fā)電優(yōu)化操作案例，在現(xiàn)有工藝設(shè)備基礎(chǔ)上，通過增加燒結(jié)礦原始蓄熱量、減少廢氣帶走熱量、減少余熱煙氣系統(tǒng)冷風(fēng)帶入量、增大余熱回收量等措施對操作方法進(jìn)行合理優(yōu)化。實踐證明：將引起鍋爐甩爐的燒結(jié)機停機時間由10～15 min延長至30 min，有效減少了短時停機引起的鍋爐甩爐、汽機解列次數(shù)，在現(xiàn)有條件下提高余熱發(fā)電量；并最大程度上保證熱源的連續(xù)性與穩(wěn)定性，減少系統(tǒng)的開停機次數(shù)，從而減少熱應(yīng)力對設(shè)備的損壞，延長設(shè)備使用周期；顯著減少了余熱發(fā)電頻繁甩爐的情況，提高了余熱發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。

燒結(jié) 余熱發(fā)電 短時停機（30 min） 優(yōu)化操作 效率

鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟重要支柱產(chǎn)業(yè)，也是能源密集型的產(chǎn)業(yè)之一。在鋼鐵企業(yè)中，燒結(jié)工序能耗占總能耗的9%～12%，僅次于煉鐵工序，節(jié)能潛力很大[1]。燒結(jié)余熱發(fā)電是一項將燒結(jié)廢氣余熱資源轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Φ墓?jié)能技術(shù)，該技術(shù)不產(chǎn)生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其他有害氣體[2]。其基本原理為：燒結(jié)礦在環(huán)冷機或帶冷機上通過鼓風(fēng)冷卻，由底部吹入的冷風(fēng)在穿過熾熱的燒結(jié)礦層時被加熱，吸收熱量后變?yōu)楦邷貜U氣。將這些高溫的廢氣通過引風(fēng)機引入鍋爐，加熱鍋爐內(nèi)的水產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動汽輪機轉(zhuǎn)動帶動發(fā)電機發(fā)電[3]。燒結(jié)工序余熱資源量約占噸鋼余熱資源總量的19.3%[4]，燒結(jié)余熱回收是降低燒結(jié)工序能耗、提高能源利用效率的重要途徑。

1 馬鋼燒結(jié)余熱系統(tǒng)概況

馬鞍山鋼鐵股份有限公司第三煉鐵總廠（全文簡稱馬鋼）有兩A、B機臺380m2燒結(jié)機，采用900mm超厚料層，2×20 000 m3/min豪頓華雙吸入后彎型主抽風(fēng)機，配套2臺432 m2帶冷機，配套2臺帶冷余熱環(huán)鍋爐與1臺煙道余熱鍋爐，余熱發(fā)電機組額定功率為20 000 kW，表1為2×380 m2燒結(jié)機主要設(shè)備規(guī)格性能。

表1 2×380 m2燒結(jié)機主要設(shè)備規(guī)格性能

2 存在的現(xiàn)狀

燒結(jié)生產(chǎn)是一個連續(xù)作業(yè)的過程，余熱發(fā)電也是依靠連續(xù)不斷的熱量供應(yīng)來產(chǎn)生穩(wěn)定的蒸汽來發(fā)電，對燒結(jié)余熱進(jìn)行發(fā)電的必要條件就是保證熱源具備較好的連續(xù)性。燒結(jié)余熱通常是由熱燒結(jié)礦帶來的物理性顯熱，燒結(jié)機短時間的停機（30 min左右）在燒結(jié)生產(chǎn)中是很難避免的[5]，這種停機對燒結(jié)機作業(yè)率影響不大，但是對余熱發(fā)電機組影響卻很大。其影響主要表現(xiàn)在發(fā)電機組作業(yè)率低、單位小時發(fā)電量低于或遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于額定發(fā)電量。我國很多鋼鐵廠都普遍存在這種問題存在，解決好這個問題有比較廣闊的現(xiàn)實意義。

除計劃檢修外，馬鋼燒結(jié)機可預(yù)見性停機的主要原因有補篦條、換臺車、生產(chǎn)性皮帶跑偏、更換皮帶托輥等，停機時間基本上在30 min之內(nèi)，這種短時停機（30 min左右）無法避免。如下頁表2所示，馬鋼燒結(jié)機平均月?lián)Q臺車約10～15輛，每次換臺車時間約12～15 min，平均月補爐篦條次數(shù)與換臺車次數(shù)15～20次，其他可預(yù)見性計劃5～10次，每月燒結(jié)機停機次數(shù)在35～40次左右。據(jù)統(tǒng)計，燒結(jié)機停機10～15 min就將導(dǎo)致余熱鍋爐甩爐，尤其兩臺機同時停機超過10～15 min便會造成余熱發(fā)電機組解列。每開停機一次，鍋爐、蒸汽管道及汽輪機等將承受一次熱交變應(yīng)力，在多次熱交變應(yīng)力作用下鍋爐、汽輪機將因疲勞損壞而大大縮短使用壽命[5]。

表2 2017年1-6月馬鋼2臺機停機換臺車次數(shù)

從圖1溫度衰減趨勢可以看出，在不采取積極應(yīng)對措施的情況下，燒結(jié)機停機后，熱源供應(yīng)中斷，帶冷煙罩溫度迅速下降，鍋爐在得不到持續(xù)熱量供應(yīng)的條件下，主蒸汽溫度隨之迅速下降。馬鋼余熱主蒸汽溫度年均值在305～310℃，在停機10～15 min左右，便會導(dǎo)致鍋爐因蒸汽質(zhì)量下降而被迫甩爐甚至汽機解列。恢復(fù)生產(chǎn)后，每次余熱發(fā)電解列后僅汽輪機正常沖轉(zhuǎn)就需要100 min以上，再加上沖轉(zhuǎn)過程中可能的跳機、帶冷煙罩溫度提升，每次解列影響發(fā)電至少要達(dá)到3 h以上。

圖1 燒結(jié)停機后余熱主蒸汽溫度衰減趨勢

3 優(yōu)化操作措施

針對馬鋼余熱發(fā)電現(xiàn)狀及余熱發(fā)電的特點，有計劃地制定相應(yīng)的燒結(jié)機生產(chǎn)操作對策，優(yōu)化生產(chǎn)和余熱操作過程，以期減少短時停機（30 min）帶來的甩爐、解列次數(shù)。從增加燒結(jié)礦蓄熱量以及減少廢氣帶走的熱量兩個大方向著手應(yīng)對，同時配合操作余熱系統(tǒng)，從以下4個主要方面優(yōu)化操作措施。

3.1 增加燒結(jié)礦原始蓄熱量

合理控制水碳，兼顧燒結(jié)礦FeO控制基準(zhǔn)和余熱生產(chǎn)對熱量的需求，適度上調(diào)燃料配比約0.5%左右，具體上調(diào)時間以料頭至帶冷機第二個風(fēng)箱為準(zhǔn)倒推；根據(jù)當(dāng)時機速，計算壓料時間，提前上調(diào)泥輥系數(shù)0.05左右，進(jìn)行壓料操作，使停機時壓料料頭進(jìn)入帶冷機2號風(fēng)箱；通過在合理范圍內(nèi)適當(dāng)上調(diào)燃料配比，增加壓入量，來提高燒結(jié)礦餅原始蓄熱量。

3.2 減少廢氣帶走熱量

壓料料頭出點火爐以后，根據(jù)料頭位置，逐個關(guān)閉對應(yīng)的風(fēng)箱蝶閥開度，開度由全開關(guān)至30%，同時根據(jù)過程逐步降低主抽頻率；壓料料頭至機尾時主抽頻率關(guān)至工況要求最低水平38 Hz，視停機時間，風(fēng)門開度關(guān)至5%～25%；停機時關(guān)閉4～23號所有風(fēng)箱蝶閥開度至0；壓料料頭至機尾時，1號、2號、3號帶冷風(fēng)機風(fēng)門開度迅速關(guān)到10%～15%。通過主抽風(fēng)門、風(fēng)箱蝶閥以及帶冷風(fēng)門的控制減少帶入大煙道的廢氣熱量和停機時冷風(fēng)帶走燒結(jié)礦物理熱。

3.3 減少余熱煙氣系統(tǒng)冷風(fēng)帶入量

壓料料頭至機尾時，余熱循環(huán)風(fēng)機液偶風(fēng)門開始下調(diào)，至停機時液偶、風(fēng)門關(guān)至25%左右，維持在低負(fù)荷、低風(fēng)量狀態(tài)下運轉(zhuǎn)。低負(fù)荷運轉(zhuǎn)可以有效減少將低品質(zhì)廢溫帶至余熱煙氣循環(huán)系統(tǒng)，減少余熱煙氣溫度下降速度。

3.4 增大余熱回收量

壓料料頭至機尾時，帶冷速比下調(diào)0.2～0.3，以熱礦槽不於料為準(zhǔn)（崗位監(jiān)控）。通過下調(diào)帶冷速比，提高帶冷機內(nèi)燒結(jié)礦料層厚度，使熱量富集，同時增加冷風(fēng)通過燒結(jié)礦料層的時間，增大余熱回收量。復(fù)產(chǎn)時，余熱系統(tǒng)可以第一時間從帶冷機增大余熱回收量。

4 取得效果

通過對前期雙機同時停機24 min的優(yōu)化操作案例進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出以下主要數(shù)據(jù)。

從下頁表3中可以看出，雙機同時停機24 min復(fù)產(chǎn)后，由于軟水在鍋爐中進(jìn)行熱交換以及蒸汽在管道中的時間延誤，蒸汽質(zhì)量（壓力、溫度）和發(fā)電機有功功率滯后約10 min，在34 min后下降到最低，其中主汽溫度最低值為263℃，距離甩爐臨界溫度250℃還高出13℃。

當(dāng)燒結(jié)停機30 min時，蒸汽質(zhì)量會在40 min后下降到最低，通過對下頁表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，從下頁圖2中可以很明顯地看出，當(dāng)燒結(jié)停機30 min時，主蒸汽溫度及壓力在甩爐臨界點之上（主汽溫度250℃，主汽壓力1.3 MPa）。

表3 燒結(jié)機雙機停機24 min復(fù)產(chǎn)后余熱與有功功率的關(guān)系

圖2 燒結(jié)機雙機停機30 min后的余熱主蒸汽溫度、壓力線性擬合曲線

同期對應(yīng)燒結(jié)礦成分均在合格范圍之內(nèi)，此種優(yōu)化操作法未對燒結(jié)礦成分造成明顯影響。

從表4可以看出，自3月份下旬開始針對燒結(jié)余熱發(fā)電采取上述優(yōu)化操作，可以有效減少燒結(jié)機短時停機（30 min左右）引起的鍋爐甩爐與汽機解列次數(shù)，顯著地提高了余熱發(fā)電系統(tǒng)的運行效率。

表4 2017年1—6月份余熱鍋爐甩爐次數(shù)統(tǒng)計

5 結(jié)語

通過合理優(yōu)化操作方法，將引起鍋爐甩爐的燒結(jié)機停機時間由10～15 min延長至30 min，可有效減少短時停機引起的鍋爐甩爐，汽機解列次數(shù)，在現(xiàn)有條件下提高余熱發(fā)電量；并最大程度上保證熱源的連續(xù)性與穩(wěn)定性，減少系統(tǒng)的開停機次數(shù)，從而減少熱應(yīng)力對設(shè)備的損壞，延長設(shè)備使用周期。

[1] 肖南石，潘春暉.燒結(jié)環(huán)冷機純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用效果[J].能源研究與管理，2012（1）：91-94.

[2] 孫健.燒結(jié)余熱技術(shù)在鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（22）：48.

[3] 劉小強，陶壽松.燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)在韶鋼的推廣應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012（12）：55-56.

[4] 蔡伊青.基于（火用）效率優(yōu)化的燒結(jié)余熱回收系統(tǒng)蒸汽參數(shù)動態(tài)設(shè)定[D].長沙：中南大學(xué)，2013.

[5] 張青枝，陳恩鑒，胡巍.燒結(jié)生產(chǎn)線的飽和蒸汽發(fā)電系統(tǒng)[J].冶金能源，2013（1）：51-54.

（編輯：王瑾）

Optimized Operation Practice of Short-term Shutdown for Waste Heat Power Generation of 2×380 m2Sintering Machine in Masteel

Ma Peng
（Third Iron Smelting Plant,Ma’anshan Iron&Steel Co.,Ltd.,Ma’anshan Anhui 243000）

Combining with the optimization operation of 2×380 m2sintering machine waste heat power generation in Ma'anshansteel,based on the existing technology and equipment,the operation method is optimized by increasing original heat storage of sinter,reducing exhaust heat,reducing cold air intake in Waste heat flue gas system,and increasing waste heat recovery volum and other measures.Practice proves that extending the downtime sintering machine from 10～15 min to 30 min,effectively reduces shutdown times of boiler furnace and turbine caused by short-time shutdown,improves the waste heat power generation under the existing conditions;and to the maximum extent ensures the continuity and stability of heat source to the greatest extent,reduces system downtime,in order to reduce the damage of thermal stress the equipment,extend life cycle of equipment,significantly reduce the waste heat power generation system shutdowns,and improve the stability and efficiency of waste heat power generation system.

sintering,waste heat power generation,short-term shutdown（30 min）,optimization operation,efficiency

TF321

A

1672-1152（2017）04-0107-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.40

2017-06-06

馬鵬（1989—），男，碩士研究生，畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)，助理工程師。