安鋼燒結(jié)余熱回收發(fā)電技術(shù)應用及潛力

李銅林

（安陽鋼鐵股份有限公司，河南安陽455004）

1 引言

2 安鋼燒結(jié)余熱基本情況

2.1 燒結(jié)機燒結(jié)煙氣余熱

燒結(jié)機煙氣水分含量大，含有大量的粉塵、且含有SO2等多種有害氣體，燒結(jié)主抽風煙道總管內(nèi)的煙氣溫度在100～160℃，余熱難以回收，一般的燒結(jié)機燒結(jié)煙氣經(jīng)除塵后直接排入大氣。但是從燒結(jié)機點火器起沿著燒結(jié)機臺車運行方向，各個抽風煙箱內(nèi)的煙氣溫度不同且逐步升高，360 m2、400 m2、500 m2燒結(jié)機尾部6個煙箱內(nèi)煙氣溫度為300～450℃（最高達495℃）比較高，煙氣量分別為：25 Nm3/h、26 Nm3/h 、29 Nm3/h。

2.2 燒結(jié)環(huán)冷機廢氣余熱

燒結(jié)工藝生產(chǎn)的高溫燒結(jié)礦進入冷卻工序后，高溫燒結(jié)礦沿環(huán)冷機運行方向不間斷的經(jīng)過多段環(huán)冷鼓風冷卻，燒結(jié)礦的溫度逐漸降低至200℃以下，在環(huán)冷機卸礦端進入下一生產(chǎn)工序。冷卻燒結(jié)礦的冷卻風由常溫升至450～150℃，冷卻風的溫升沿環(huán)冷機運行方向逐步降低，升溫后的冷卻廢氣和粉塵直接排入大氣。環(huán)冷三段溫度小于300℃。環(huán)冷1段2段余熱溫度較高，為300～400℃，三臺環(huán)冷 1 段 2 段廢氣量分別為：2×4.6×105 Nm3/h、2×4.7×105Nm3/h、2×4.9×105Nm3/h。

3 余熱回收應遵循的原則

（1）余熱回收不能影響原有的燒結(jié)工藝生產(chǎn)

原有的燒結(jié)工藝生產(chǎn)是第一位的，余熱回收是第二位的，余熱回收應在保證燒結(jié)工藝正常生產(chǎn)進行的基礎上進行，余熱回收利用設施的設置、運行、檢修不能影響燒結(jié)工藝設備的生產(chǎn)運行及檢修。否則，就會增加燒結(jié)工藝生產(chǎn)的成本，得不償失。

（2）根據(jù)可回收煙氣的溫度不同區(qū)別綜合考慮

由于可回收余熱煙氣的溫度不同，對余熱回收工藝、設備、成本均有不同影響，并受其制約，故應綜合考慮做到“按質(zhì)梯級利用”。

（3）充分綜合考慮余熱回收工藝和設備的先進、可靠性與經(jīng)濟性

1.3.1 色譜條件 色譜柱Acquity UPLC BEH C18 IVD(2.1 mm ×50 mm，1.7 μm)，柱溫50 ℃，進樣量5 μL，流速 0.5 mL/min。流動相:0.1%甲酸水溶液(A)，0.1%甲酸甲醇溶液 (B)，梯度洗脫，0～0.5 min使用 20%B，0.5～1.3 min使用20% ～80%B，1.3～1.7 min使用80% ～95%B，1.7～1.75 min使用95% ～20%B;1.75～2.0 min使用20%B。

余熱回收利用的工藝及系統(tǒng)中的各主要設備要對其可靠性、實用性、先進性、經(jīng)濟型綜合考慮。

4 安鋼燒結(jié)余熱發(fā)電設施的基本情況

安鋼有2套燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)。一套為360 m2和400 m2燒結(jié)的環(huán)冷余熱發(fā)電系統(tǒng)，利用每臺環(huán)冷機1段2段廢氣作熱源，每臺環(huán)冷機各配設一套環(huán)冷余熱鍋爐，兩臺余熱鍋爐生產(chǎn)的蒸汽供一臺汽輪發(fā)電機發(fā)電；另一套為500 m2燒結(jié)的主抽風和環(huán)冷余熱發(fā)電系統(tǒng)，分別燒結(jié)機尾部煙氣及環(huán)冷機1段2段廢氣作熱源各配設一臺余熱鍋爐，兩臺余熱鍋爐生產(chǎn)的蒸汽供一臺汽輪發(fā)電機發(fā)電。

4.1 煙氣的流程

余熱汽輪機發(fā)電的關(guān)鍵動力是要有足夠壓力的蒸汽供應，余熱鍋爐要生產(chǎn)出保證汽輪機正常運行發(fā)電的蒸汽，就要求有一定的溫度煙氣（廢氣）作熱源。所以燒結(jié)余熱利用發(fā)電的煙氣（廢氣）的收集及流程是很關(guān)鍵的。

4.1.1 燒結(jié)環(huán)冷機余熱廢氣流程

360 m2、400 m2及500 m2燒結(jié)環(huán)冷余熱利用廢氣的流程相同，均以環(huán)冷的1段2段的廢氣作熱源，以循環(huán)風機作動力使余熱利用的環(huán)冷廢氣閉路循環(huán)。其流程如圖1所示。

圖1 環(huán)冷機余熱利用煙風系統(tǒng)示意圖

環(huán)冷機1段2段不同溫度廢氣在各自系統(tǒng)循環(huán)風機的作用下，分別通過各自的集氣罩、煙道，從余熱鍋爐的不同溫度煙氣入口進入余熱鍋爐，經(jīng)余熱鍋爐熱交換后的廢氣經(jīng)循環(huán)風機加壓后分別送至環(huán)冷機的1段2段再次冷卻燒結(jié)礦循環(huán)往復。由于環(huán)冷機臺車與鼓風箱及集氣罩不可避免地存在著漏風，所以在環(huán)冷廢氣循環(huán)系統(tǒng)設有新風補風口，補入20%左右的常溫大氣新風。

正常工況下，燒結(jié)礦通過冷卻機后溫度低于

200℃，此時循環(huán)風機啟用，冷卻鼓風機關(guān)閉，煙罩上的煙囪擋板門切換至旁通側(cè)，出口煙道切換到循環(huán)煙道側(cè)（旁路煙囪風門關(guān)閉），此工況煙氣系統(tǒng)循環(huán)，發(fā)電效率高。異常工況下，燒結(jié)礦通過冷卻機后溫度遠高于200℃，此時循環(huán)風機關(guān)閉，冷卻鼓風機啟用，煙罩上的煙囪擋板門切換至旁通側(cè)，出口煙道切換到排空側(cè)（旁路煙囪風門開啟），此工況煙氣系統(tǒng)不循環(huán)，發(fā)電效率低。

4.1.2 燒結(jié)機尾部余熱煙氣回收利用流程

500 m2燒結(jié)機有兩個煙氣抽風降塵管，每根降塵管有26個煙箱，將每根抽風降塵管尾部的第21#～25#煙箱之間較高溫度的煙氣匯集，在余熱鍋爐引風機的作用下通過余熱煙道進入余熱鍋爐，熱交換后由余熱鍋爐引風機煙道送至燒結(jié)主抽風煙道與其余的燒結(jié)煙氣混合由燒結(jié)機主引風機排至大氣。

其工藝流程如圖2所示。

圖2 燒結(jié)機主軸余熱利用煙氣系統(tǒng)示意圖

主抽風余熱鍋爐投運時，啟用變頻余熱引風機，同時開啟余熱鍋爐入口電動閥門，將降塵管高溫段煙氣導入余熱鍋爐，并檢測風機出口與鍋爐入口煙道煙氣壓力變化，通過變頻余熱引風機來調(diào)節(jié)鍋爐入口煙氣量，從而不影響燒結(jié)機燒結(jié)工藝的生產(chǎn)正常進行。

4.2 余熱利用發(fā)電的主要設備情況

燒結(jié)余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的設備很多，但關(guān)鍵主要的是余熱鍋、汽輪機和發(fā)電機。360 m2燒結(jié)環(huán)冷系統(tǒng)、400 m2燒結(jié)環(huán)冷系統(tǒng)和500 m2燒結(jié)環(huán)冷系統(tǒng)的余熱鍋爐均為雙壓余熱鍋爐。500 m2燒結(jié)機主抽風系統(tǒng)的余熱鍋爐為單壓余熱鍋爐。余熱鍋爐主要參數(shù)見表1。

表1 余熱發(fā)電系統(tǒng)余熱鍋爐主要參數(shù)

360 m2燒結(jié)環(huán)冷、400 m2燒結(jié)環(huán)冷余熱發(fā)電系統(tǒng)和500 m2燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)配套的汽輪發(fā)電機均為雙壓補汽凝汽式汽輪發(fā)電機，主要參數(shù)見表2。

表2 余熱發(fā)電系統(tǒng)汽輪機發(fā)電機主要參數(shù)

不同溫度的燒結(jié)及環(huán)冷煙氣（廢氣）從余熱鍋爐不同入口進入余熱鍋爐熱交換后，生產(chǎn)出的不同壓力不同溫度的蒸汽分別從不同的進汽入口進入雙壓補汽凝汽式汽輪發(fā)電機做功發(fā)電。若余熱鍋爐或汽輪發(fā)電機組出現(xiàn)故障，控制系統(tǒng)可快速將煙氣系統(tǒng)切換至排空狀態(tài)（正常的燒結(jié)工藝狀態(tài)），故障排除后，控制系統(tǒng)可以很快將其切換返回，充分保障余熱發(fā)電系統(tǒng)和燒結(jié)工藝生產(chǎn)系統(tǒng)均能正常生產(chǎn)。

汽輪發(fā)電機組的運行能以定壓與滑壓兩種運行方式進行啟、停、正常運行。機組可在30%～110%額定負荷范圍內(nèi)滑壓運行。兩種模式之間可無擾動交替切換。

5 應用情況及潛力

5.1 余熱發(fā)電應用情況

（1）360 m2、400 m2燒結(jié)環(huán)冷余熱發(fā)電系統(tǒng)，投產(chǎn)初期由于回收煙氣系統(tǒng)的煙氣罩、環(huán)冷機臺車、環(huán)冷鼓風風箱密封不嚴，漏風量大，回收的煙氣量和溫度不理想，導致余熱發(fā)電的效果不好。通過采取相應的密封改進措施，效果明顯改觀技術(shù)指標達到了設計要求，指標見表3。

（2）500 m2燒結(jié)發(fā)電系統(tǒng)，由于余熱利用循環(huán)風機配套的液力耦合器本身問題導致系統(tǒng)多次故障，經(jīng)過更換新液力耦合器設備，系統(tǒng)經(jīng)熱負荷調(diào)試，目前基本達到設計要求，指標見表3。

表3 燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)主要指標

5.2 余熱發(fā)電的潛力

（1）360 m2和400 m2燒結(jié)機主抽降塵管尾部6個煙箱的煙氣溫度都在300～450℃，煙氣余熱可以回收利用，每臺燒結(jié)機主抽可利用煙氣量約為25×105Nm3/h?？梢园?00 m2燒結(jié)機主抽煙氣余熱鍋爐的方案設2套單壓余熱鍋爐。再配1套單壓汽輪發(fā)電機組發(fā)電。從而增加余熱回收發(fā)電量，擴大余熱利用發(fā)電的效果。

（2）環(huán)冷余熱回收系統(tǒng)的煙氣循環(huán)風機入口前的補充冷風入口處增設調(diào)節(jié)裝置，并與環(huán)冷機三段的煙囪相連，以環(huán)冷三段的低溫煙氣（200～250℃）代替常溫冷風補充到余熱回收系統(tǒng)的煙氣循環(huán)風機入口前，以提高進入余熱鍋爐的煙氣溫度，從而提高余熱回收量增加蒸汽發(fā)生量，進而增加汽輪機發(fā)電量。

6 結(jié)束語

安鋼兩套燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的成功應用，使燒結(jié)生產(chǎn)有效地降低了能耗和生產(chǎn)成本，同時減少了高溫廢氣的排放，保護了環(huán)境，對實現(xiàn)節(jié)能減排的目標向前邁進了一大步。燒結(jié)環(huán)冷廢氣和燒結(jié)機尾部煙氣余熱回收發(fā)電技術(shù)應用為安鋼內(nèi)部余熱回收利用提供了拓展的成功經(jīng)驗，同時也為國內(nèi)同類企業(yè)提供了可參考的實例。隨著余熱發(fā)電技術(shù)應用的經(jīng)驗積累和管理的精細化，安鋼的余熱回收利用的應用面將進一步擴大，余熱利用發(fā)電的潛力會進一步挖掘開發(fā)，余熱回收利用的經(jīng)濟效果會大幅提高。隨著人們低碳經(jīng)濟的意識進一步提高，節(jié)能減排政策的嚴格要求，燒結(jié)余熱回收發(fā)電技術(shù)會在全國更快的推廣和提高，會產(chǎn)生更大的社會效益和環(huán)境效益。

[1]徐鴻，趙斌.雙熱源集成發(fā)電系統(tǒng)研究 [J].動力工程學報，2011，31（12）：933-937.