鋼鐵廠燒結(jié)冷卻機(jī)低溫余熱發(fā)電技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用

張文杰

【摘 要】目前，隨著信息水平的不但發(fā)展，我國在科技和經(jīng)濟(jì)水平方面都提高了不少。另外，水泥、鋼鐵生產(chǎn)線等低溫余熱技術(shù)方面發(fā)展較快，許多科研單位都加強(qiáng)了對低溫余熱發(fā)電技術(shù)的研究力度，同時還進(jìn)行了純低溫余熱工程的建設(shè)，使我國低溫余熱發(fā)電技術(shù)有了很大的提高。個工程所采用的熱力系統(tǒng)也各不相同，用戶的選擇范圍較廣。然而怎樣才能將低溫余熱發(fā)電能力提升上來，從根本上確保鋼鐵廠燒結(jié)冷卻機(jī)低溫余熱發(fā)電的經(jīng)濟(jì)合理性呢？文章主要就此進(jìn)行研究分析。

【關(guān)鍵詞】燒結(jié)冷卻機(jī);低溫余熱發(fā)電;應(yīng)用

引言

鋼鐵行業(yè)在實際生產(chǎn)過程當(dāng)中消耗能量最多環(huán)節(jié)之一就是燒結(jié)，所消耗的能源總量僅少于煉鐵工序，在整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)中所消耗的能量達(dá)到了10%。但是在燒結(jié)工序當(dāng)中，總耗能的一半作用都是以冷卻機(jī)廢氣以及燒結(jié)機(jī)煙氣的顯熱形式排入到大氣當(dāng)中，對生態(tài)環(huán)境造成了一定程度的污染，另外所散發(fā)出來的熱能也浪費(fèi)了不少。另外利用余熱鍋爐讓煙塵沉降，能夠在一定程度上降低污染物的排放量。所以，利用燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電不但與國家的環(huán)保政策相符，還可以提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，具有較大的發(fā)展空間。

1低溫余熱發(fā)電利用的技術(shù)路線

1.1低溫余熱利用簡介

通常情況下我們將不超過250℃的熱源通稱之為低溫余熱，然而如果采用汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電的話，所使用的蒸汽參數(shù)為1.2MPa，溫度為340℃，即使補(bǔ)汽凝汽式機(jī)組的補(bǔ)汽，參數(shù)也在0.25MPa，溫度200℃。如果想要將低溫余熱應(yīng)用到發(fā)電過程當(dāng)中的，其熱源則主要為熱水或者是蒸汽，而我們在綜合考慮了換熱器的面積和效率后，確定其最低溫差不能大于20℃，此時溫度140℃蒸汽對應(yīng)的飽和壓力0.36MPa（a），無法在常規(guī)的汽輪發(fā)電機(jī)當(dāng)中進(jìn)行使用。故如果想要就160℃以下的低溫余熱進(jìn)行應(yīng)用的話困難較大。就拿某鋼鐵廠來講，其面積為500平方米，在對燒結(jié)干法脫硫工藝進(jìn)行應(yīng)用之前的煙氣溫度是163℃，但是該工藝對于煙氣溫度的要求為135℃，工作中，將其設(shè)置為雙煙道，每個煙道的煙氣量一般為92.4萬Nmm?/h，所散發(fā)出的熱量極大，假如通過換熱設(shè)備利用冷卻塔將其向大氣環(huán)境當(dāng)中散發(fā)的話，不但需要對除霧方面進(jìn)行考慮，還會浪費(fèi)掉大量的能源，進(jìn)而對環(huán)境造成一定的影響。

1.2低溫余熱發(fā)電利用方式

在本項目當(dāng)中對燒結(jié)廠的熱平衡進(jìn)行了充分的考慮，除了發(fā)電以外，無法對其進(jìn)行直接利用。在實際用來發(fā)電的過程當(dāng)中，主要可以通過以下兩種方式來進(jìn)行：①用溫度不超過140℃、壓力為3.36MPa（a）的的飽和蒸汽來替代煙氣，在發(fā)電過程當(dāng)中可以使用低品位的熱能汽輪機(jī)或者是螺桿膨脹機(jī);②用熱水來代替煙氣，在實際發(fā)電過程當(dāng)中采用熱水-制冷劑換熱連接ORC發(fā)電系統(tǒng)來進(jìn)行。

2燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，我國在燒結(jié)冷卻機(jī)低溫余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)用方面盡管取得了一定的進(jìn)步，但是和西方發(fā)達(dá)國家相比還存在著一定的差距。所采用的第一套燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電系統(tǒng)在技術(shù)方面應(yīng)用的是來源于日本的川崎重工，發(fā)電機(jī)的裝機(jī)容量為17.5mw，通過對兩臺300㎡的燒結(jié)余熱進(jìn)行回收，每年的發(fā)電量為1.4× 108 kW·h。在200年9月的時候該機(jī)組開始并網(wǎng)發(fā)電，具有良好的運(yùn)行效果，對直接排放燒結(jié)廢氣所導(dǎo)致的大氣污染問題進(jìn)行了有效解決，每年降低煤的消耗量大約為幾十萬噸，同時也降低了因為燃煤所導(dǎo)致的大量溫室氣體的排放。在實際運(yùn)行期間，燒結(jié)冷卻機(jī)會釋放出大量的低溫?zé)崃浚偃缋娩撹F行業(yè)現(xiàn)有的燒結(jié)冷卻設(shè)備（冷卻風(fēng)機(jī)、冷卻車罩子以及落礦斗）來低溫廢氣進(jìn)行適當(dāng)改造，將其氣溫提高到360℃左右的話，此時余熱鍋爐就會產(chǎn)生溫度310～ 330℃、額定壓力為1.25～ 2.50 MPa的過熱蒸汽，從而有效確保燒結(jié)機(jī)余熱正常發(fā)電。在國外已經(jīng)開始普遍應(yīng)用純低溫?zé)Y(jié)機(jī)余熱技術(shù)，但是在我國還不夠普及，這主要是因為國產(chǎn)汽輪機(jī)參數(shù)較低而導(dǎo)致的。近些年來，在科學(xué)技術(shù)不斷提高的背景下，純低溫余熱技術(shù)也有了很大的進(jìn)步，如今各類低參數(shù)的汽輪機(jī)技術(shù)也逐漸完善化，相信在不遠(yuǎn)的將來，將完全實現(xiàn)燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電。

3余熱鍋爐

3.1總體結(jié)構(gòu)

以Q323/360-29.5-1.25/330型復(fù)合閃蒸燒結(jié)冷卻機(jī)余熱鍋爐為例，將其整體結(jié)構(gòu)設(shè)計為管箱式的，從下到上的排列順序為省煤器箱、低壓蒸發(fā)器箱、蒸發(fā)器箱以及過熱器箱，同時還采用了箱體外保溫技術(shù)。要想進(jìn)一步減少散熱所造成的損失，還可以在保溫層的外面設(shè)置護(hù)板，進(jìn)而對保溫材料做進(jìn)一步防護(hù)。鍋爐結(jié)構(gòu)為立式，煙氣自上而下通過過熱器、蒸發(fā)器和省煤器（低壓鍋爐蒸發(fā)器、省煤器）。由于煙氣品位較低，要想使傳熱效果強(qiáng)化可以在受熱面上應(yīng)用翅片管來。

3.2設(shè)計特點(diǎn)

①一臺余熱鍋爐匹配一臺燒結(jié)冷卻機(jī)，從根本上保證鍋爐運(yùn)行的安全性，使因為多臺余熱鍋爐運(yùn)行參數(shù)各不相同的情況以及設(shè)備出現(xiàn)故障幾率較高的問題得到了有效解決。②將鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)置為立式，具有占地面積小的優(yōu)勢，能夠使煙氣的流動更為均勻。③鍋爐水自然循環(huán)，操作起來十分方便，無論是可靠性還是穩(wěn)定性都很好，減少了在循環(huán)泵方面的投資。④由于螺旋鰭片本身具有較高的擴(kuò)展性，我們將其應(yīng)用到受熱面當(dāng)中，將會在一定程度上降低煙氣的阻力，確保良好的傳熱性能，緊湊的鍋爐結(jié)構(gòu)也減少了一定的重量。再者螺旋鰭片管的使用還能夠在一定程度上降低鍋爐煙氣的側(cè)阻力，降低系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)的電功率，將會節(jié)省一大部分的費(fèi)用。⑤鍋爐受熱面磨損的情況得到了有效緩解。因為在燒結(jié)冷卻機(jī)的煙氣當(dāng)中難免會有燒結(jié)礦料，其具有較高的硬度且體積較大。要想有效避免摩擦的現(xiàn)象，必須要確保流速設(shè)計的合理性，并且還需要對煙氣動力場進(jìn)行科學(xué)組織，確保煙氣流動的均勻性，防止由于煙氣走廊而導(dǎo)致的局部磨損或者傳熱效率提不上來的情況。⑥在鍋爐當(dāng)中所有部分的受熱面的結(jié)構(gòu)都是管箱式的，鍋爐各部分的重量利用管箱向底部鋼架進(jìn)行傳遞，底部鋼架由于處于垂直受力的狀態(tài)，所以能夠均勻受力。⑦而蒸發(fā)受熱面的結(jié)構(gòu)大多為多集箱燈籠管形式的，能夠使管束熱膨脹的情況得以緩解。⑧鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)為管箱式，可以有效確保鍋爐的良好密封性。而要想真正的將鍋爐的密封性能提升上來，在焊接時不但要采用全焊接的方式，還必須要對其進(jìn)行密封保護(hù)，從而有效改善鍋爐漏風(fēng)的現(xiàn)象，使鍋爐效率得到了有效提升。

結(jié)束語

在上文當(dāng)中以Q323/360-29.5-1.25/330型復(fù)合閃蒸燒結(jié)冷卻機(jī)余熱鍋爐為例，對其進(jìn)行了設(shè)計改造，實踐表明該鍋爐在運(yùn)行一年后，相關(guān)機(jī)構(gòu)對其蒸發(fā)量和低溫余熱利用率進(jìn)行了檢測，分別30.663 t/h和為71.34%，和之前的預(yù)期目標(biāo)相符，而其鍋爐煙氣的黑度小于1級，與環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)相符。燒結(jié)冷卻機(jī)發(fā)電在對低溫余熱進(jìn)行，不會對原油和原煤進(jìn)行直接的消耗，屬于清潔型的環(huán)保發(fā)電項目，非但不會破壞環(huán)境，還可以在一定程度上降低低溫余熱直接向大氣當(dāng)中排放而導(dǎo)致的環(huán)境污染。

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（作者單位：蘇州正益誠新能源科技有限公司）