唐鋼、承鋼燒結(jié)余熱發(fā)電工藝特點及對比分析

＊鄭成博

（河鋼集團唐鋼公司能源科技分公司 河北 063000）

唐鋼、承鋼燒結(jié)余熱發(fā)電工藝特點及對比分析

＊鄭成博

（河鋼集團唐鋼公司能源科技分公司 河北 063000）

通過介紹燒結(jié)余熱發(fā)電的熱源要求，技術(shù)特點和相關(guān)參數(shù)，選取了有代表性的兩個鋼鐵冶金企業(yè)唐鋼和承鋼作為實例，分析了唐鋼閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)電，唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電，承鋼無補燃裝置燒結(jié)熱發(fā)電和帶補燃裝置的燒結(jié)余熱發(fā)電的四種工藝模式特點，針對兩企業(yè)均選用360m2燒結(jié)機作為余熱鍋爐的熱源供應，根據(jù)每種工藝模式配備的余熱鍋爐結(jié)構(gòu)情況進行了詳細的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和計算對比。

燒結(jié)余熱發(fā)電；閃蒸；雙壓；補燃

唐鋼、承鋼的燒結(jié)工序均選用360m2燒結(jié)機配套相應的環(huán)冷風機，燒結(jié)余熱鍋爐基本都是在燒結(jié)冷卻機的高溫段和中溫段獲取熱源，混合煙溫在300-350℃范圍之內(nèi)，每臺環(huán)冷風機的可用風量為45-50萬m3/h，經(jīng)過余熱鍋爐熱交換后排放出來的煙溫大約為120～150℃左右，其中附帶一定比例的礦物粉塵，所以定期要對余熱鍋爐的循環(huán)風機進行清理。

1.唐鋼閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)電

(1)唐鋼閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)電的工藝特點及相關(guān)技術(shù)參數(shù)選定

煙氣溫度與進入蒸發(fā)器飽和水的溫度差值，通常是整個余熱鍋爐中煙氣側(cè)與工質(zhì)側(cè)溫度差的最小點，我們稱之為窄點溫度。窄點溫差的合理選擇是設(shè)計余熱鍋爐的重要因素之一。鑒于此，唐鋼閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)電的窄點溫差選用了不同的數(shù)值進行優(yōu)化設(shè)計，結(jié)合國內(nèi)其他冶金企業(yè)的生產(chǎn)實際，最終選定9.7℃最為唐鋼閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)電的窄點溫度。

省煤器出口的水溫與相應壓力下飽和水溫之間的差值我們成為接近點溫差，這也是鍋爐設(shè)計的一個重要因素，為了避免余熱鍋爐省煤器內(nèi)的除鹽水發(fā)生汽化現(xiàn)象，要求在最初設(shè)計時余熱鍋爐省煤器的出口水溫就要略低于相應壓力之下的飽和水溫。對于閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)電的接近點溫度考慮到避免省煤器出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象，影響省煤器的使用壽命，接近點溫度不能選取過小，同時接近點溫度不合適也會造成部分熱水從省煤器進入過熱器，出現(xiàn)管振或者閃蒸汽量不足的問題。綜合各方面因素，選取接近點溫差為4.6℃。

唐鋼閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)工藝模式采用單爐對單機的形式，一臺燒結(jié)機配備了一臺余熱鍋爐，選用一臺帶有補汽的12MW汽輪機拖動一臺15MW的發(fā)電機。余熱鍋爐產(chǎn)生2.12MPa主蒸汽進入汽輪機的中壓缸部分，0.31MPa 的低壓補氣由閃蒸器產(chǎn)生在汽輪機低壓缸部分補入，與汽輪機內(nèi)部降能后的中壓蒸汽混合在低壓缸繼續(xù)做功，這樣的系統(tǒng)設(shè)計能夠充分利用低品位熱能，提高了汽輪機的發(fā)電效率。做功后的混合蒸汽經(jīng)凝汽器冷卻成水，再經(jīng)除氧器后由給水泵返回余熱鍋爐。汽輪機為補汽凝汽式汽輪機，設(shè)計應能滿足滑壓參數(shù)運行要求（穩(wěn)定運行的進汽參數(shù)范圍為：0.8MPa～2.0MPa，蒸汽過熱度不小于25℃），并能夠快速啟動。汽輪機采用數(shù)字電控調(diào)速系統(tǒng)。整個工藝流程系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 唐鋼閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)圖

(1)唐鋼閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)電機組的相關(guān)技術(shù)參數(shù)匯總

唐鋼閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)電配備一臺余熱鍋爐和一臺汽輪機，主蒸汽溫度一般比燒結(jié)機混合煙氣溫度低20℃-30℃之間，從余熱鍋爐主蒸汽管道出來的蒸汽當運送到汽輪機做工時大約有3℃-5℃降溫，通過汽輪機調(diào)節(jié)閥的工作選擇適合汽輪機組的進汽溫度及相應的進汽壓力，一般情況下汽輪機主蒸汽進口壓力比鍋爐產(chǎn)生的蒸汽壓力低5%～10%左右，相關(guān)技術(shù)參數(shù)匯總?cè)绫?。

表1 唐鋼閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)電汽輪 機運轉(zhuǎn)參數(shù)

2.唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電

(1)唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電的工藝特點及相關(guān)技術(shù)參數(shù)選定

由上文論述的余熱鍋爐窄點溫度和接近點溫差含義可知，如果選取的窄點溫度過小，余熱鍋爐的整體建設(shè)成本和單位回收費用都很高。所以在項目建設(shè)初期從成本角度考慮，余熱鍋爐的窄點溫度選取較大的數(shù)值，但是若從鍋爐本身的熱效應出發(fā)窄點溫度應該選取較小值。綜合考慮各方面因素，唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱鍋爐中壓蒸發(fā)器和煙氣側(cè)的窄點溫差選取15℃。當余熱鍋爐的中壓窄點溫度確定后，相應減小接近點溫差就可以相應增加鍋爐的換熱面，降低鍋爐的投資總成本。不過這個數(shù)值選取的過小也容易對省煤器造成設(shè)備損傷，所以綜合各方面因素考慮選取接近點溫差為10℃。該系統(tǒng)中的低壓工作系統(tǒng)與中壓工作系統(tǒng)的選取原則一樣。

唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電工藝有四臺余熱鍋爐，對應一臺汽輪機組，分別產(chǎn)生中壓和低壓兩種蒸汽。中壓蒸汽作為汽輪機的主蒸汽推動汽輪機做功，低壓蒸汽作為汽輪機補汽進入汽輪機做功。余熱鍋爐產(chǎn)生中壓蒸汽后，進入鍋爐的煙氣隨著熱交換而溫度降低，品位下降。較低品位煙氣會繼續(xù)進行熱交換產(chǎn)生低壓蒸汽從而提高汽輪機的做功功率，提升余熱發(fā)電的系統(tǒng)產(chǎn)量。唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)圖

(2)唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電機組的相關(guān)技術(shù)參數(shù)匯總

唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電采用的是四爐對單機的工藝模式，有四臺燒結(jié)機對應四臺鍋爐產(chǎn)生飽和蒸汽推動汽輪機做功，主蒸汽溫度一般比燒結(jié)機混合煙氣溫度低20℃-30℃之間，從余熱鍋爐主蒸汽管道出來的蒸汽當運送到汽輪機做功時大約有3℃-5℃降溫，通過汽輪機調(diào)節(jié)閥的工作選擇適合汽輪機組的進汽溫度及相應的進汽壓力，一般情況下汽輪機主蒸汽進口壓力比鍋爐產(chǎn)生的蒸汽壓力低5%～10%左右，要確保汽輪機的主蒸汽壓力和補汽壓力相匹配，相關(guān)技術(shù)參數(shù)匯總?cè)绫?所示。

表2 唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電汽輪機運轉(zhuǎn)參數(shù)

3.承鋼無補燃裝置燒結(jié)余熱發(fā)電

(1)承鋼無補燃裝置燒結(jié)余熱發(fā)電的工藝特點及相關(guān)技術(shù)參數(shù)選定

承鋼無補燃裝置的燒結(jié)余熱發(fā)電工藝與唐鋼閃蒸式燒結(jié)發(fā)電工藝流程大體相同，也是配備了一臺鍋爐和一臺汽輪機，只是沒有閃蒸器補汽做功，主要依靠燒結(jié)機的高溫段和中溫段煙溫作為余熱鍋爐的熱源。綜合考慮各方面因素，承鋼無補燃裝置的燒結(jié)余熱窄點溫度選取12℃，選取接近點溫差為10℃。其工藝流程大致為給水泵將水送至鍋爐省煤器，經(jīng)過汽包之后進入蒸發(fā)器加熱至飽和返回汽包，經(jīng)汽水分離之后進入過熱器加熱提高蒸汽運行參數(shù)經(jīng)主蒸汽管道送至汽輪機做功發(fā)電。汽輪機的排氣模式也采用凝汽器模式，與唐鋼燒結(jié)余熱發(fā)電工藝流程相同。承鋼無補燃裝置式燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)圖如圖3所示。

圖3 承鋼無補燃裝置式燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)圖

(2)承鋼無補燃裝置式燒結(jié)余熱發(fā)電機組相關(guān)技術(shù)參數(shù)匯總

承鋼無補燃裝置式燒結(jié)余熱發(fā)電采用單爐對單機的工藝模式，受當?shù)氐貏莸淖匀豢陀^條件限制只有一臺燒結(jié)機作為余熱鍋爐的熱源，主蒸汽溫度一般比燒結(jié)機混合煙氣溫度低20℃-35℃之間，從余熱鍋爐主蒸汽管道出來的蒸汽當運送到汽輪機做工時大約有5℃-10℃降溫，通過汽輪機調(diào)節(jié)閥的工作選擇適合汽輪機組的進汽溫度及相應的進汽壓力，一般情況下汽輪機主蒸汽進口壓力比鍋爐產(chǎn)生的蒸汽壓力低5%～10%左右，相關(guān)技術(shù)參數(shù)匯總?cè)绫?所示。

表3 承鋼無補燃式燒結(jié)余熱發(fā)電汽輪機運轉(zhuǎn)參數(shù)

4.承鋼帶補燃裝置燒結(jié)余熱發(fā)電

(1)承鋼帶補燃裝置燒結(jié)余熱發(fā)電的工藝特點及相關(guān)技術(shù)參數(shù)選定

承鋼帶補燃裝置的燒結(jié)余熱發(fā)電工藝有配備2臺燒結(jié)機對應2臺余熱發(fā)電鍋爐，汽輪機組為一臺30MW的汽輪機組。綜合考慮各方面因素，承鋼帶補燃裝置的燒結(jié)余熱窄點溫度選取12℃，選取接近點溫差為10℃。由于高爐生產(chǎn)過程中管道的剩余的煤氣量較多所以在余熱鍋爐的進口加裝了補燃裝置，這樣的工藝模式也是相對于無補燃裝置的余熱鍋爐而言。在生產(chǎn)中主要熱源還是依靠燒結(jié)冷卻機產(chǎn)生，加裝補燃裝置只是為了進一步提高余熱鍋爐的蒸汽量和蒸汽壓力，除此之外，在遇到生產(chǎn)特殊情況時可以利用補燃裝置對余熱鍋爐過進行加熱。補燃裝置的燃料都來自高爐管道中的剩余煤氣，在鍋爐的進口處設(shè)置燃燒室，不利用外界燃料，同時在鍋爐進口加裝補燃風機為補燃裝置提供空氣。這樣的設(shè)備裝置不但對能源進行了有效地利用，保護了環(huán)境，也可以在有生產(chǎn)事故時維持鍋爐的穩(wěn)定運行，缺點就是前期投資成本較高，后期維護相對繁瑣。不過承鋼選用的內(nèi)補燃裝置設(shè)計相對而言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，后期維護也相對方便。在富裕煤氣較多的冶金企業(yè)中可以優(yōu)先考慮這樣的工藝模式。承鋼帶補燃裝置式燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)圖如圖4所示。

圖4 承鋼帶補燃裝置式燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)圖

(2)承鋼帶補燃裝置燒結(jié)余熱發(fā)電機組的相關(guān)技術(shù)參數(shù)匯總

承鋼帶補燃裝置式燒結(jié)余熱發(fā)電采用雙爐對單機的工藝模式，有兩臺臺燒結(jié)機作為余熱鍋爐的熱源，同時加裝了補燃裝置。主蒸汽溫度一般比燒結(jié)機混合煙氣溫度低20℃-35℃之間，從余熱鍋爐主蒸汽管道出來的蒸汽當運送到汽輪機做工時大約有5℃-10℃降溫，通過汽輪機調(diào)節(jié)閥的工作選擇適合汽輪機組的進汽溫度及相應的進汽壓力，一般情況下汽輪機主蒸汽進口壓力比鍋爐產(chǎn)生的蒸汽壓力低5%～10%左右，相關(guān)技術(shù)參數(shù)匯總?cè)绫?所示。

項目單位運轉(zhuǎn)參數(shù)額定轉(zhuǎn)速r/min 3000額定氣消耗率kg/KW·h 9.25排氣壓力MPa 0.083額定功率MW 30

表4 承鋼帶補燃式燒結(jié)余熱發(fā)電汽輪機運轉(zhuǎn)參數(shù)

5.唐鋼與承鋼燒結(jié)余熱發(fā)電四種工藝模式對比

在鋼鐵冶金企業(yè)的燒結(jié)余熱發(fā)電作業(yè)中，唐鋼所采用的閃蒸式和雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電，承鋼所采用的無補燃裝置和帶補燃裝置的燒結(jié)余熱發(fā)電模式都普遍被應用，四種余熱發(fā)電工藝模式有所不同，系統(tǒng)的熱力特性也給有千秋。四種工藝模式熱力特性對比匯總?cè)绫?所示。

表5 唐鋼與承鋼四種燒結(jié)余熱發(fā)電工藝模式熱力特性對比

由上面的匯總表可以看出，在四種燒結(jié)余熱發(fā)電的工藝模式中，唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電的熱力特性最優(yōu)，由于唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電機組有四臺燒結(jié)機對應四臺鍋爐為汽輪機提供飽和蒸汽，其蒸汽量是唐鋼閃蒸工藝模式的3倍左右，并且相應的排煙溫度也得到有效控制，大部分熱源都進行了熱交換，熱源在得到了充分利用的同時也減小了對大氣的環(huán)境污染。承鋼的無補燃裝置和帶補燃裝置燒結(jié)余熱發(fā)電工藝模式由于帶補燃裝置配備了兩臺燒結(jié)機對應兩臺鍋爐為汽輪機提供飽和蒸汽，其蒸汽量是不帶補燃裝置的2.5倍，加上補燃裝置的配合使用工作效率也較高。

[1]畢德貴,張忠孝,蔡海軍等．燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的分析[J]．上海理工大學學報,2012,05:494-498+510．

[2]黃小剛．燒結(jié)余熱發(fā)電項目合同能源管理模式的風險分析[J]．燒結(jié)球團,2013,01:54-55+59．

[3]齊彩虎．寧波鋼鐵公司余熱發(fā)電項目經(jīng)濟效益評估研究[D]．保定:華北電力大學,2012,19-25．

[4]趙斌．燒結(jié)余熱能高效發(fā)電研究[D]．保定:華北電力大學,2012, 31-32．

[5]魏婷．燒結(jié)余熱發(fā)電的熱經(jīng)濟性分析[D]．北京:華北電力大學（北京）,2010,44-46．

(責任編輯 王躍梅)

Analysis of the Features and Comparison of the Power Generation Technology by Sintering Waste Heat Between Tangshan Iron Steel and Chengde Iron Steel

Zheng Chengbo
（Energy Science and Technology Branch Company, Tangshan Iron Steel Company, Hebei Iron Steel Group, Tangshan, 063000, Hebei）

Through introducing the heat source requirement, technical features and relevant parameters of the power generation by sintering waste heat, it has selected two representative iron and steel metallurgical enterprises--Tangshan Iron Steel and Chengde Iron Steel as the examples and analyzed the features of four technical modes, like, fl ashing power generation by sintering waste heat and dual-pressure power generation by sintering waste heat of Tangshan Iron Steel Company, power generation by sintering waste heat by non-afterburning device and afterburning device of Chengde Iron Steel Company. In terms of the adoption of 360m2 sintering machine by the two enterprises as the heat sources supply for waste heat boiler and the waste heat boiler structure condition for each technical mode, it has taken detail data statistics analysis and calculation comparison.

power generation by sintering waste heat, fl ashing, dual pressure, afterburning

T

A

鄭成博（1981～），男，碩士，工程師，河鋼集團唐鋼公司能源科技分公司技術(shù)員；主要研究方向：工業(yè)節(jié)能。