通鋼燒結(jié)余熱發(fā)電實(shí)踐

曾慶煒，張永旭

（通鋼股份有限公司，吉林通化 134003）

前言

我國燒結(jié)工序余熱利用率不足30%，與發(fā)達(dá)國家差距非常大，每噸燒結(jié)礦的平均能耗要高于20 kg標(biāo)煤［1］，若能把燒結(jié)氣體的余熱加以利用，無疑是燒結(jié)節(jié)能的重要發(fā)展趨勢。燒結(jié)工序余熱利用是踐行經(jīng)濟(jì)環(huán)保理念、科學(xué)用能和經(jīng)濟(jì)用能理念、提高資源綜合利用效率、實(shí)施綠色清潔生產(chǎn)，提升能源利用效率和效益的重要途徑。

1 通鋼余熱利用現(xiàn)狀

通鋼現(xiàn)有2 臺(tái)360 m2燒結(jié)機(jī)，目前環(huán)冷機(jī)一段排煙溫度400 ℃左右，二段220 ℃左右，具有較高的余熱利用潛力，尚未建設(shè)余熱回收裝置。為充分利用現(xiàn)有燒結(jié)余熱資源，擬新建燒結(jié)余熱鍋爐及配套汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組。

360 m2燒結(jié)機(jī)環(huán)冷機(jī)面積約415 m2，其中I、II段熱風(fēng)溫度為400 ℃和220 ℃，具有余熱回收發(fā)電的潛力。根據(jù)上述余熱資源，按照能量梯級(jí)利用原則［2］，決定對(duì)360 m2燒結(jié)線環(huán)冷機(jī)1#煙罩（I 段）和2#煙罩（II 段）煙氣進(jìn)行回收利用。其中I 段高溫?zé)煔鈱?duì)應(yīng)1#鼓風(fēng)機(jī)的5 個(gè)風(fēng)箱上的熱煙氣，II 段高溫?zé)煔鈱?duì)應(yīng)2#鼓風(fēng)機(jī)的5 個(gè)風(fēng)箱上的熱煙氣。環(huán)冷機(jī)III 段熱風(fēng)冬季可用于解凍庫升溫使用。見表1。

表1 360 m2 燒結(jié)冷卻段參數(shù)

2 余熱回收工藝方案

2.1 煙氣系統(tǒng)

取360 m2燒結(jié)環(huán)冷機(jī)I、II 段鼓風(fēng)，配套熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，使環(huán)冷機(jī)I 段300 000 m3/h的廢熱煙氣在煙罩處保持380～450 ℃，經(jīng)風(fēng)管引至余熱鍋爐上部的過熱器，II 段煙罩廢氣300 000 m3/h，溫度約250～280 ℃、與I 段煙罩來的經(jīng)過熱器換熱后的煙氣混合，混合廢氣溫度約250 ℃，全部進(jìn)入余熱鍋爐中壓蒸發(fā)器，蒸發(fā)器出口廢氣溫度約220 ℃，然后按順序進(jìn)入余熱鍋爐二級(jí)省煤器、低壓蒸發(fā)器、一級(jí)省煤器、凝結(jié)水加熱器，煙氣從鍋爐下部排出，排氣溫度約145 ℃。環(huán)冷III 段設(shè)置3#煙罩，煙囪設(shè)置閥門，在冬季解凍庫啟動(dòng)時(shí)，III 段熱風(fēng)送解凍庫管道，其他季節(jié)放散；同時(shí)I、II段熱風(fēng)管道設(shè)置閥門，在冬季特殊時(shí)段，向解凍庫補(bǔ)充高溫?zé)犸L(fēng)。煙氣降溫后經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)返回到I 段風(fēng)箱、II 段風(fēng)箱，形成煙氣循環(huán)系統(tǒng)，原有1#風(fēng)機(jī)作為備用。

為保證燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)正常進(jìn)行，在余熱鍋爐煙氣系統(tǒng)各段均設(shè)置一套切換擋板門，當(dāng)余熱回收系統(tǒng)故障時(shí)進(jìn)行隔離。當(dāng)燒結(jié)機(jī)煙氣溫度低、負(fù)荷降低時(shí)，調(diào)小2#環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)入口的擋板角度，使進(jìn)氣量降低、煙氣溫度提升。當(dāng)燒結(jié)機(jī)負(fù)荷增加，煙氣溫度過高時(shí)，可增大調(diào)節(jié)環(huán)冷機(jī)2#入口擋板門角度，補(bǔ)充冷風(fēng)降低煙氣溫度。循環(huán)風(fēng)機(jī)采用的是變頻調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速使系統(tǒng)正壓的排出風(fēng)量和負(fù)壓的進(jìn)入風(fēng)量相等，達(dá)到平衡，使系統(tǒng)熱損減少，并控制煙氣含塵濃度。環(huán)冷機(jī)1#、2#煙罩設(shè)置旁通閥門，在冬季解凍庫啟動(dòng)時(shí)，部分煙氣通過旁通閥門引至解凍庫熱風(fēng)管道。

2.2 熱力系統(tǒng)

在燒結(jié)環(huán)冷機(jī)旁設(shè)置（39.5+15）t/h 余熱鍋爐。同時(shí)，按照燒結(jié)余熱發(fā)電的特點(diǎn)，選擇雙壓余熱鍋爐，過熱蒸汽參數(shù)為2.0 MPa、330 ℃和低壓蒸汽參數(shù)0.5 MPa、200 ℃。來自余熱鍋爐的中壓蒸汽約20 t/h 通過減壓閥，與低壓蒸汽30 t/h 匯合，送至焦化和燒結(jié)工藝系統(tǒng)，剩余中壓蒸汽經(jīng)管道送至汽輪機(jī)入口，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)做功后進(jìn)入凝汽器凝結(jié)成水，凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水泵加壓后送入低壓段受熱面，低壓鍋筒兼做除氧水箱，除氧后由鍋爐中壓給水泵加壓后送入余熱鍋爐中壓段受熱面，完成一個(gè)完整的熱力循環(huán)。

2.3 汽水循環(huán)

鍋爐給水來自汽輪機(jī)凝結(jié)水，經(jīng)水箱和水泵后進(jìn)入鍋爐省煤器、汽包，經(jīng)高溫蒸發(fā)段、高溫過熱段，產(chǎn)生2.0 MPa 和0.5 MPa 兩路過熱蒸汽；中壓蒸汽部分減溫減壓用作燒結(jié)和焦化工藝使用，剩余中壓蒸汽作為主汽進(jìn)入汽輪機(jī)入口；低壓蒸汽部分作除氧器消耗，剩余部分進(jìn)廠區(qū)蒸汽管網(wǎng)也用于燒結(jié)和焦化工藝使用。發(fā)電后的凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水泵送至余熱鍋爐低壓段換熱除氧，再通過中壓給水泵送至余熱鍋爐中壓段換熱。按照以上條件，考慮余熱鍋爐至汽輪機(jī)入口的主蒸汽溫降10～20 ℃左右，余熱鍋爐至汽輪機(jī)主廠房蒸汽壓力降約0.1～0.15 MPa，汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)為1.9 MPa，320 ℃和0.4 MPa，190 ℃。

2.4 系統(tǒng)流程

系統(tǒng)流程圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)流程圖

3 改造實(shí)施

（1）燒結(jié)環(huán)冷機(jī)采用環(huán)冷密封改造，余熱回收采用熱風(fēng)全循環(huán)工藝。密封改造把原來的橡膠密封［3］改為水密封，環(huán)冷機(jī)的上部煙罩、煙氣插板閥、上部水密封、環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)框架、環(huán)冷機(jī)臺(tái)車、托輥、擋棍、下部水密封、傳動(dòng)摩擦系統(tǒng)進(jìn)行改造。此處密封改造后可降低漏風(fēng)總量的5%左右。環(huán)冷機(jī)高溫?zé)煔饨?jīng)余熱鍋爐后全部返回環(huán)冷機(jī)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)煙氣系統(tǒng)閉路循環(huán)，沒有煙氣外排。

（2）采用熱風(fēng)循環(huán)技術(shù)，提升進(jìn)余熱鍋爐的煙氣溫度（經(jīng)計(jì)算，建立煙氣循環(huán)后，一段排煙溫度提升至380～450 ℃，二段排煙溫度提升至250～280 ℃），既能增加機(jī)組的發(fā)電量，又能防止燒結(jié)礦極冷破碎，保證燒結(jié)礦的品質(zhì)。

（3）為保證余熱利用的有效生產(chǎn)，環(huán)冷機(jī)I、II 段風(fēng)箱應(yīng)相互隔離，根據(jù)風(fēng)溫實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)各段進(jìn)入鍋爐的風(fēng)量，保證鍋爐處于最佳工況。

①在保證燒結(jié)工藝正常的情況下，為了使環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐獲得更多的熱量，要求燒結(jié)嚴(yán)格控制燒結(jié)終點(diǎn)（BTP）的位置，減少燒結(jié)礦在燒結(jié)機(jī)上的冷卻時(shí)間。

②煙氣循環(huán)與燒結(jié)余熱發(fā)電對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)工藝的正常運(yùn)行無不良影響，僅對(duì)燒結(jié)操作的工藝調(diào)整提出更高的要求。環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐布置在環(huán)冷機(jī)的附近，使用余熱鍋爐的取風(fēng)管從環(huán)冷機(jī)煙罩上方引出廢氣，廢氣經(jīng)余熱鍋爐換熱降溫后，由循環(huán)風(fēng)機(jī)引出。

（4）在廢氣引風(fēng)管和環(huán)冷機(jī)排氣筒上分別設(shè)有閥門，當(dāng)余熱鍋爐生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉環(huán)冷機(jī)排氣筒閥門，打開余熱鍋爐取風(fēng)管閥門；當(dāng)余熱鍋爐停止生產(chǎn)時(shí)，打開環(huán)冷機(jī)排氣筒上的閥門，關(guān)閉余熱鍋爐的取風(fēng)口閥門，使環(huán)冷機(jī)廢氣對(duì)空外排，無論余熱鍋爐投入還是退出均不影響環(huán)冷機(jī)正常生產(chǎn)。余熱鍋爐投入運(yùn)行后，對(duì)余熱廢氣具有一定的降塵作用，其沉降下來的粉塵將通過余熱鍋爐排灰口排出，其主要成分是燒結(jié)礦粉，經(jīng)回收后送入燒結(jié)產(chǎn)品礦輸送裝置。

（5）余熱鍋爐出口設(shè)鍋爐循環(huán)風(fēng)機(jī)，循環(huán)風(fēng)機(jī)后的循環(huán)風(fēng)管設(shè)電動(dòng)蝶閥，余熱鍋爐正常生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)支管上的電動(dòng)蝶閥，余熱鍋爐排出的煙氣回到環(huán)冷機(jī)。在余熱鍋爐或循環(huán)風(fēng)機(jī)檢修時(shí)，使用原1 號(hào)環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)作為備用風(fēng)機(jī)。原1 號(hào)環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)出口設(shè)置電動(dòng)隔離蝶閥，以便運(yùn)行方式的切換。循環(huán)風(fēng)機(jī)入口管道設(shè)置冷風(fēng)吸入口，出口設(shè)置對(duì)外放空管道，整個(gè)余熱回收系統(tǒng)設(shè)置多個(gè)切換閥門，包括：環(huán)冷機(jī)集氣罩煙囪、余熱鍋爐進(jìn)口、出口管道。閥門主要作用，一方面匹配余熱回收煙氣與煙道低溫?zé)煔獾呢?fù)壓和流量，提高熱回收效率；另一方面，當(dāng)余熱鍋爐出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，可以關(guān)閉余熱鍋爐前后電動(dòng)閥門，從燒結(jié)線上解列下來，以確保燒結(jié)工藝正常生產(chǎn)。

4 效益分析

項(xiàng)目建設(shè)充分利用公司現(xiàn)有的余熱資源，提高能源利用效率，減少污染物排放，符合國家當(dāng)前和長遠(yuǎn)發(fā)展的節(jié)能減排政策。充分利用廠內(nèi)燒結(jié)機(jī)熱風(fēng)資源，產(chǎn)生蒸汽供汽輪機(jī)發(fā)電，節(jié)約標(biāo)煤量3.3萬t/a，CO2減排量9.6 萬t/a。同時(shí)，2 臺(tái)燒結(jié)機(jī)環(huán)冷I、II 段熱風(fēng)循環(huán)使用，可減少粉塵排放2.33 萬t/a，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。