邯鋼435m2燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用

呂金奎,趙獻(xiàn)峰

(河北鋼鐵股份有限公司邯鄲分公司能源中心，河北邯鄲056015)

邯鋼435m2燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用

呂金奎,趙獻(xiàn)峰

(河北鋼鐵股份有限公司邯鄲分公司能源中心，河北邯鄲056015)

介紹了邯鋼435 m2燒結(jié)余熱發(fā)電項(xiàng)目，包括其中環(huán)冷機(jī)煙罩柔性密封在內(nèi)的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，不僅能實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)的節(jié)能降耗，也能為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

燒結(jié)余熱;發(fā)電;技術(shù);創(chuàng)新

1 方案制定

1.1435 m2燒結(jié)余熱發(fā)電工藝的設(shè)計(jì)

435 m2燒結(jié)系統(tǒng)包括配料、混合、燒結(jié)、破碎、冷卻、整粒等主要工藝，主要供邯鋼東區(qū)3200 m3高爐燒結(jié)礦，2009年6月份投產(chǎn)。燒結(jié)機(jī)有效抽風(fēng)面積為450 m2，設(shè)計(jì)利用系數(shù)為1.30 t/h·m2，設(shè)備年作業(yè)率為92%，設(shè)計(jì)年產(chǎn)燒結(jié)礦438.21萬t。環(huán)冷機(jī)面積為520 m2，冷卻方式為鼓風(fēng)冷卻，排礦溫度小于120℃。日產(chǎn)11800～12700 t，利用系數(shù)1.15～1.21 t/h·m2，固體燃料消耗58.5 kg/t。435 m2燒結(jié)環(huán)冷機(jī)配5臺相同的風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)風(fēng)量為560783 m3/h。上述風(fēng)機(jī)的冷風(fēng)經(jīng)過環(huán)冷機(jī)冷卻燒結(jié)料后變?yōu)?50～400℃高溫廢煙氣，直接排向大氣，其中還含有一定數(shù)量的礦物粉塵。通過上述燒結(jié)工藝系統(tǒng)及其各參數(shù)的研究和論證，設(shè)計(jì)安裝一套燒結(jié)余熱發(fā)電工藝系統(tǒng)。按照“節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境”的原則，在435 m2燒結(jié)環(huán)冷機(jī)附近設(shè)置1臺雙壓余熱鍋爐，并布置1臺15 MW的補(bǔ)汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，來最大限度地回收環(huán)冷機(jī)排出的余熱。

1.2 煙氣系統(tǒng)工藝流程

設(shè)計(jì)安裝兩條煙道將環(huán)冷機(jī)1#和2#煙囪與雙壓余熱鍋爐的煙氣入口相連接。通過這兩條煙道將環(huán)冷機(jī)1#和2#煙囪的高溫?zé)煔夥謩e引入余熱鍋爐，高溫?zé)煔庠阱仩t內(nèi)放熱，余熱鍋爐排出的冷煙氣通過循環(huán)風(fēng)機(jī)回鼓至環(huán)冷機(jī)的底部重新吸收環(huán)冷機(jī)臺車上燒結(jié)礦的熱量后向上進(jìn)入環(huán)冷機(jī)1#和2#煙囪。

這樣布置的工藝流程好處在于：第一、可以同時停開兩臺環(huán)冷機(jī)的鼓風(fēng)機(jī)，以提高進(jìn)入余熱鍋爐的煙氣溫度和節(jié)約環(huán)冷機(jī)系統(tǒng)電耗。第二、煙氣的循環(huán)利用可以大幅提高余熱鍋爐能量回收效率。第三、可以大幅減少煙氣排空所造成的礦塵污染，改善生產(chǎn)區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量。第四、用回風(fēng)冷卻燒結(jié)礦可以減少燒結(jié)礦與冷卻風(fēng)的溫差，減少高溫礦料因急劇冷卻產(chǎn)生的破碎現(xiàn)象，提高燒結(jié)礦的品質(zhì)。

為了切實(shí)保證環(huán)冷機(jī)主體生產(chǎn)不受燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的影響，在余熱鍋爐的尾部設(shè)置有補(bǔ)冷風(fēng)口，在回鼓管道上設(shè)置有煙氣應(yīng)急放散口，以便調(diào)節(jié)回鼓煙氣的溫度和處理突發(fā)事故。

1.3 蒸汽發(fā)電系統(tǒng)工藝流程

本工程蒸汽發(fā)電系統(tǒng)配置有1臺雙壓余熱鍋爐和1臺補(bǔ)汽、凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。

雙壓余熱鍋爐產(chǎn)生的中壓過熱蒸汽通過布置在汽機(jī)間的中壓蒸汽管，送往汽輪機(jī)主汽閥進(jìn)口，低壓蒸汽經(jīng)補(bǔ)汽管道進(jìn)入汽輪機(jī)的補(bǔ)汽閥進(jìn)口。主蒸汽和補(bǔ)汽通過不同的入口進(jìn)入汽輪機(jī)，帶動汽輪機(jī)做功發(fā)電。做完功的蒸汽在凝汽器內(nèi)冷凝后由凝結(jié)水

泵送回鍋爐繼續(xù)吸熱，再變成過熱蒸汽送往汽機(jī)。

2 創(chuàng)新與應(yīng)用

2.1 減少環(huán)冷機(jī)上部煙罩漏風(fēng)為核心的柔性密封技術(shù)

在燒結(jié)礦質(zhì)量相對穩(wěn)定的情況下，減少環(huán)冷機(jī)上部煙罩漏風(fēng)是提高煙氣溫度和發(fā)電量的關(guān)鍵技術(shù)。由理論和實(shí)踐可知，冷風(fēng)漏進(jìn)煙罩內(nèi)以后會對高溫?zé)煔猱a(chǎn)生冷卻作用，造成煙氣溫度降低，在余熱鍋爐內(nèi)的換熱效率下降，發(fā)電量降低；高溫?zé)煔鈴臒熣謨?nèi)漏出，同樣造成熱量的損失，使得進(jìn)入鍋爐的熱量減少，而影響發(fā)電量。

為了攻克這一難題，本項(xiàng)目開展了從煙罩漏風(fēng)各個結(jié)構(gòu)裝置控制到操作工藝控制的全面技術(shù)研究。包括環(huán)冷機(jī)臺車上部柔性自吸密封技術(shù)、煙罩端部動態(tài)密封技術(shù)、煙罩內(nèi)部負(fù)壓動態(tài)控制防泄漏技術(shù)等。應(yīng)用并形成專利1項(xiàng)。關(guān)鍵技術(shù)如下：

2.1.1環(huán)冷機(jī)臺車上部柔性自吸密封技術(shù)

燒結(jié)余熱發(fā)電最關(guān)鍵的核心問題是能否將環(huán)冷機(jī)余熱收集過來。收集的多少，直接關(guān)系到余熱發(fā)電量的多少和效益高低。余熱收集的關(guān)鍵是環(huán)冷機(jī)臺車兩側(cè)與煙罩的動密封。目前國內(nèi)外多采用金屬密封、高溫橡膠密封及水密封，因環(huán)冷機(jī)都不同程度存在設(shè)備跑偏、煙罩受熱變形等問題。如采用金屬硬密封不可避免存在密封間隙大、漏風(fēng)嚴(yán)重問題，使煙氣溫度降低發(fā)電量減少。如采用高溫橡膠密封，高溫橡膠在400～500℃的溫度下工作，會在不長時間內(nèi)高溫老化，橡膠嚴(yán)重變形硬化，密封間隙密增大，密封效果變差漏風(fēng)增大。采用水密封設(shè)備運(yùn)行一段時間水槽積塵嚴(yán)重運(yùn)轉(zhuǎn)困難，技術(shù)也不過關(guān)。

為此自主創(chuàng)新，經(jīng)多次試驗(yàn)，設(shè)計(jì)成功了以硅酸鋁纖維布為主要密封材料的環(huán)冷機(jī)余熱回收臺車的密封裝置。將該密封裝置安裝在煙罩與臺車兩側(cè)的縫隙處，通過在柔性密封墊上施加預(yù)壓緊力，實(shí)現(xiàn)預(yù)密封，再跟負(fù)壓控制技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)柔性密封墊的自吸密封。并通過楔形銷速拆裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了柔性密封墊的迅速拆裝維護(hù)。該密封裝置具有耐高溫不變形、柔性好密封嚴(yán)、價格低廉更換方便等優(yōu)點(diǎn)，完全不會出現(xiàn)因?yàn)榕_車跑偏和煙罩變形造成密封間隙大而漏風(fēng)的問題。

該技術(shù)已申請專利《一種環(huán)冷機(jī)余熱回收臺車的密封裝置》，國家專利受理號：201320060653.X。

2.1.2 煙罩端部動態(tài)密封技術(shù)

環(huán)冷機(jī)臺車上部煙罩兩端的空隙雖然相對較小，但其所處位置的漏風(fēng)同樣影響余熱的利用率和發(fā)電量。為此設(shè)計(jì)了自由擺動擋板，將擋板通過可旋轉(zhuǎn)的軸銷吊裝在煙罩兩端部的上側(cè)，下側(cè)與燒結(jié)礦接觸。由于其上部是可旋轉(zhuǎn)的，當(dāng)燒結(jié)礦的料層加厚時，擋板會隨著的燒結(jié)礦的向后移動而以上部軸銷為中心也向后擺動，當(dāng)燒結(jié)礦的料層減薄時，擋板會在自重的作用下又趨向于垂直的位置，這就實(shí)現(xiàn)了擋板的下邊緣始終與燒結(jié)礦的上表面接觸，從而實(shí)現(xiàn)煙罩端部的動態(tài)密封。這種密封結(jié)構(gòu)簡單，可現(xiàn)場制作也可以提前預(yù)制。

2.1.3 煙罩內(nèi)部負(fù)壓動態(tài)控制防泄漏技術(shù)

為了輔助配合上述煙罩柔性自吸密封裝置的工作，正常生產(chǎn)中的操作也很重要。因?yàn)樯鲜鋈嵝悦芊庋b置的密封墊為纖維布，在煙罩內(nèi)是負(fù)壓狀態(tài)時，密封墊會因?yàn)樨?fù)壓的作用而更加緊密的貼近密封面，實(shí)現(xiàn)更嚴(yán)密的密封，而如果煙罩內(nèi)為正壓狀態(tài)時，密封墊就會被內(nèi)部的高溫?zé)煔獯灯鸲a(chǎn)生高溫?zé)煔庀蛲獾男孤Ｒ虼嗽谶\(yùn)行過程中保持煙罩內(nèi)適當(dāng)?shù)呢?fù)壓是非常必要的。為此在煙罩內(nèi)安裝了測負(fù)壓傳感器，將傳感器的信號引至主控制的操作監(jiān)控臺，通過監(jiān)視負(fù)壓的變化隨時調(diào)整循環(huán)風(fēng)機(jī)擋板的開度，保證煙罩內(nèi)負(fù)壓在一定范圍穩(wěn)定運(yùn)行。

通過上述技改后的實(shí)施，減少了環(huán)冷機(jī)冷風(fēng)漏風(fēng)率90%以上，提高了煙氣溫度10℃，每小時提高發(fā)電機(jī)組發(fā)電量300 kWh。按照年運(yùn)行8000 h計(jì)算，年提高發(fā)電量240萬kWh，按每度電平均價格0.56元計(jì)算，全年直接經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)130余萬元。

2.2 消除高溫?zé)煔夤艿婪峭匠两祵Νh(huán)冷機(jī)主體設(shè)備影響為核心的柔軟連接技術(shù)

435 m2燒結(jié)余熱發(fā)電項(xiàng)目中，高溫?zé)煹阑A(chǔ)在環(huán)冷機(jī)內(nèi)場地中，要求支架基礎(chǔ)沉降量很小，否則將對環(huán)冷機(jī)產(chǎn)生很大的向下壓力，使環(huán)冷機(jī)臺車變形造成停產(chǎn)。原設(shè)計(jì)為混凝土預(yù)制樁，但因在環(huán)冷機(jī)內(nèi)受場地狹小限制，打樁機(jī)無法進(jìn)入場地，此方案行不通。設(shè)計(jì)單位又制定了人工挖樁的方法，但因場地地下水位近-2 m，附近就是運(yùn)行的冷卻風(fēng)機(jī)，振動較大無法施工此方案也不行。請市內(nèi)地基設(shè)計(jì)專業(yè)設(shè)計(jì)院，出了幾個方案仍然行不通，場地地面下2 m以上為回填土沒有什么承載力，如對地基不做有效處理，一旦發(fā)生較大沉降會造成環(huán)冷機(jī)損壞，本項(xiàng)目組創(chuàng)新思路，將基礎(chǔ)不允許下沉改為可以適當(dāng)均勻下沉，創(chuàng)造性的采用了在高溫?zé)煹郎习惭b非金屬膨脹節(jié)，用于吸收下沉量，以柔性連接代替剛性連接的創(chuàng)新方案，這樣基礎(chǔ)可只做簡單加固處理即可滿足要求，徹底解決了環(huán)冷機(jī)場地內(nèi)高溫?zé)煹阑A(chǔ)因受

場地限制無法施工這一難題，保證了工程順利實(shí)施。

2.3 消除鍋爐汽包水位計(jì)液位劇烈波動為核心的汽包水位計(jì)液位穩(wěn)定技術(shù)

雙壓余熱鍋爐調(diào)試運(yùn)行期間，中低壓汽包就低水位波動較大，影響鍋爐安全運(yùn)行。經(jīng)過拆開汽包認(rèn)真分析，發(fā)現(xiàn)造成水位波動原因是因?yàn)檎舭l(fā)器管路進(jìn)入汽包后汽水混合物直接沖擊造成汽包水位劇烈波動。針對這個缺陷，對汽包內(nèi)部水位計(jì)的汽、水管出口進(jìn)行了改善，自主設(shè)計(jì)研發(fā)了水位計(jì)液位穩(wěn)定裝置，改造安裝后應(yīng)用效果良好，解決了汽包水位較大波動問題。形成專利1項(xiàng)，技術(shù)交底書已報公司，已申報《汽包水位計(jì)液位穩(wěn)定裝置》實(shí)用新型專利。

2.4 消除自除氧器除氧頭滿水為核心的蒸汽前導(dǎo)平衡技術(shù)

雙壓余熱鍋爐自投運(yùn)后，鍋爐自除氧器一直無法正常投入，水箱溶解氧嚴(yán)重超標(biāo)。打開除氧頭頂部排氣門時，排氣管滿管向外流水，打開除氧器中間人孔附近的DN15壓力表閥門，也是滿管流水。根據(jù)以上現(xiàn)象判斷為除氧頭填料以上部分處于滿水狀態(tài)。經(jīng)多次調(diào)整除氧蒸汽閥開度及除氧頭排汽閥開度均無效。如除氧器不能及時正常投入，鍋爐會在短時間內(nèi)造成嚴(yán)重腐蝕，如長期運(yùn)行將會造成鍋爐因腐蝕而報廢的嚴(yán)重后果。多次與總承包單位聯(lián)系，要求拿出整改方案，但他們始終找不到原因，又與除氧器生產(chǎn)廠家該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員直接聯(lián)系，他也找不到具體原，因拿不出改造方案。經(jīng)認(rèn)真分析研究我們認(rèn)為除氧器本身存在結(jié)構(gòu)缺陷，需改造處理，制定了具體改造方案，利用停爐檢修機(jī)會對除氧器內(nèi)部淋水盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，加裝了前導(dǎo)蒸汽平衡系統(tǒng)，通過將自除氧蒸汽分出一部分前導(dǎo)引至除氧頭淋水盤的上部，解決了除氧頭滿水問題，實(shí)現(xiàn)了除氧器的正常運(yùn)行。改造后除氧效果良好，在鍋爐不添加任何輔助除氧藥劑的情況下，實(shí)際運(yùn)行中鍋爐給水溶解氧含量≤8 μg/L，優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)，國家標(biāo)準(zhǔn)要求不高于15 μg/L（此標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)摘自《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》GB/T12145-2008）。徹底解決了余熱鍋爐自除氧器因滿水而不能除氧這一技術(shù)難題。此技術(shù)成果正在申報專利。

3 項(xiàng)目實(shí)施效果

3.1 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)達(dá)指標(biāo)國內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先水平

項(xiàng)目實(shí)施后，435 m2燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱實(shí)現(xiàn)了高效回收利用，日最大噸礦發(fā)電量達(dá)到20.86 kWh/t，燒結(jié)余熱發(fā)電利用水平步入了行業(yè)領(lǐng)先水平。鍋爐給水溶解氧指標(biāo)方面，在鍋爐不添加任何輔助除氧藥劑的情況下，實(shí)際運(yùn)行中鍋爐給水溶解氧含量≤8 μg/L，優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)，國家標(biāo)準(zhǔn)要求不高于15 μg/L（此標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)摘自《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》GB/T12145-2008）。燒結(jié)環(huán)冷機(jī)上部煙罩密封技術(shù)國內(nèi)領(lǐng)先，環(huán)冷機(jī)煙罩的漏風(fēng)率從大約50%降低到20%以下，煙氣溫度提高了10℃。

3.2 形成4項(xiàng)專利技術(shù)

本項(xiàng)目共形成專利4項(xiàng)，其中1項(xiàng)發(fā)明和1項(xiàng)實(shí)用新型正在申請，1項(xiàng)實(shí)用新型已報公司知識產(chǎn)權(quán)科，正等待申請?zhí)枺?項(xiàng)實(shí)用新型國家已受理。

3.3 緊跟國家前沿政策，為國家鋼鐵工業(yè)節(jié)能和低碳探索經(jīng)驗(yàn)

我國鋼鐵工業(yè)節(jié)能和低碳發(fā)展技術(shù)發(fā)展目標(biāo)中，針對重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)，到2020年，要求燒結(jié)礦顯熱回收利用技術(shù)、煤調(diào)濕（CMC）和電爐煙氣余熱回收技術(shù)等節(jié)能技術(shù)的普及率提高到50%（摘自《2011～2020年中國鋼鐵工業(yè)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展指南》）。在我國鋼鐵工業(yè)節(jié)能和低碳發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)中要求加快推廣的關(guān)鍵技術(shù)共有5項(xiàng)，燒結(jié)礦余熱發(fā)電技術(shù)是其中1項(xiàng)。在我國鋼鐵工業(yè)節(jié)能和低碳發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)中要求積極探索、研發(fā)、加快工程化的關(guān)鍵技術(shù)共有9項(xiàng)，排在前2項(xiàng)的分別是中低溫?zé)煔庥酂峄厥张c利用技術(shù)和鋼鐵企業(yè)余熱蒸汽綜合利用技術(shù)。本項(xiàng)目既是對燒結(jié)礦顯熱回收利用技術(shù)的具體實(shí)踐，又是對鋼鐵企業(yè)余熱蒸汽綜合利用技術(shù)的積極探索，為其他鋼鐵企業(yè)繼續(xù)推進(jìn)節(jié)能和低碳關(guān)鍵技術(shù)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

3.4 經(jīng)濟(jì)和社會效益

該項(xiàng)目實(shí)施以來，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益均顯著。燒結(jié)發(fā)電機(jī)組平均發(fā)電功率約10 MW,平均對外供電比例為75%。按照每年運(yùn)行8000 h計(jì)算，直接創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益3360萬元，降低生產(chǎn)工序能耗30400 t標(biāo)煤，環(huán)保方面每年二氧化碳減排量為72960 t。

4 結(jié)論

本項(xiàng)目研發(fā)了包括環(huán)冷機(jī)煙罩柔性密封在內(nèi)的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，解決了行業(yè)技術(shù)難題，其技術(shù)指標(biāo)達(dá)國內(nèi)領(lǐng)先水平。已申請及正在申請國家專利4項(xiàng)。部分關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)在邯寶能源中心、厄瓜多爾等推廣應(yīng)用，技術(shù)推廣前景廣闊。

[1]丁明舫.鍋爐技術(shù)問答[M].北京：中國電力出版社，2001.

Innovation and Application of Waste Heat Power Generation Technology for the 435 m2Sinter of Handan Steel

LV Jinkui,ZHAO Xianfeng
(The Energy Sources Center of Handan Co.,Hebei Iron&Steel Group,Handan,Hebei 056015,China)

The waste heat power generation project for the 435m2sinter of Handan Steel is introduced.The project adopted various essential technologies including movable sealing of hood of recirculation cooler,which can not only achieve energy saving and emission reduction but also create significant economic benefit for steelmakers.

waste heat from sinter;power generation;technology;innovation

TM61

B

1006-6764（2014）05-0046-03

2013-08-22

呂金奎（1979-），男，大學(xué)本科學(xué)歷，工程師，現(xiàn)從事鍋爐設(shè)備管理工作。