補(bǔ)燃型燒結(jié)余熱利用燃料量與蒸汽產(chǎn)量的研究

徐迎超，樊 泳，周玉磊，寇彥德

（1北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司能源環(huán)保事業(yè)部；2北京市冶金三維仿真設(shè)計(jì)工程技術(shù)研究中心，北京 100043）

前言

補(bǔ)燃型余熱利用目前在各行各業(yè)均已展開了研究，已不是什么新名詞。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電中補(bǔ)燃余熱鍋爐解決了余熱鍋爐蒸汽量和溫度不達(dá)標(biāo)的問題[1]，補(bǔ)燃可以提高聯(lián)合循環(huán)中蒸汽動(dòng)力裝置部分效率[2]。哈爾濱鍋爐廠針對(duì)水泥行業(yè)低溫余熱利用采用了外部補(bǔ)燃的鍋爐，對(duì)不滿足汽輪機(jī)進(jìn)汽要求的蒸汽參數(shù)進(jìn)行提高[3]。燒結(jié)余熱利用補(bǔ)燃技術(shù)可以降低排煙損失，提高余熱鍋爐效率，因此提高了系統(tǒng)循環(huán)效率[4]。但是對(duì)不同蒸汽參數(shù)工況條件下補(bǔ)燃燃料量與蒸汽產(chǎn)量之間的關(guān)系，目前還未有人涉及。

本文結(jié)合首鋼京唐550 m2燒結(jié)余熱回收，補(bǔ)燃燃料采用高爐煤氣（BFG），對(duì)不同蒸汽參數(shù)工況下燃料量與蒸汽產(chǎn)量之間的關(guān)系進(jìn)行研究。

1 首鋼京唐550 m2燒結(jié)環(huán)冷機(jī)概述

首鋼京唐550 m2燒結(jié)環(huán)冷機(jī)設(shè)有6臺(tái)循環(huán)冷卻風(fēng)機(jī)，每臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)4個(gè)風(fēng)箱，將循環(huán)冷卻風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)的風(fēng)箱的出風(fēng)口設(shè)置為余熱回收的入口，共可以設(shè)置6段煙氣回收口。每臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)風(fēng)量為60萬m3/h，考慮到環(huán)冷機(jī)罩殼及風(fēng)箱漏風(fēng)，每段煙氣回收量按40萬m3/h設(shè)計(jì)，環(huán)冷機(jī)不同風(fēng)箱出口空氣溫度見表1。

表1 環(huán)冷機(jī)風(fēng)箱出口空氣溫度

根據(jù)表1中的不同風(fēng)箱溫度，可以計(jì)算出環(huán)冷機(jī)對(duì)應(yīng)的6段煙氣回收溫度，見表2。

根據(jù)表1和表2中的參數(shù)，考慮只采用優(yōu)質(zhì)熱源的原則，本次補(bǔ)燃型燒結(jié)余熱利用取用I段、Ⅱ段及Ⅲ段前2個(gè)風(fēng)箱熱風(fēng)。各段取用風(fēng)量為I段40萬m3/h、Ⅱ段40萬m3/h、Ⅲ段9號(hào)和10號(hào)風(fēng)箱共20萬m3/h，熱煙氣共計(jì)100萬m3/h。

表2 環(huán)冷機(jī)回收煙氣溫度

2 補(bǔ)燃型燒結(jié)余熱利用不同蒸汽參數(shù)工況下燃料量與蒸汽產(chǎn)量的研究

補(bǔ)燃型燒結(jié)余熱利用根據(jù)汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)選取了以下三個(gè)工況進(jìn)行燃料量與蒸汽產(chǎn)量的研究，余熱鍋爐模型均采用三壓余熱鍋爐模型進(jìn)行計(jì)算比較。

（1）高壓高溫工況

主蒸汽參數(shù)：P=9.81 MPa，T=540 ℃；

低壓蒸汽參數(shù)：P=1.0 MPa，T=250℃；

低低壓蒸汽參數(shù)：P=0.5 MPa，飽和。

（2）中溫中壓工況

主蒸汽參數(shù)：P=3.82 MPa，T=450 ℃；

低壓蒸汽參數(shù)：P=1.0 MPa，T=210℃；

低低壓蒸汽參數(shù)：P=0.5 MPa，飽和。

（3）次中溫中壓工況

主蒸汽參數(shù)：P=2.0 MPa，T=360 ℃；

低壓蒸汽參數(shù)：P=1.0 MPa，T=200℃；

低低壓蒸汽參數(shù)：P=0.5 MPa，飽和。

2.1 高壓高溫工況下補(bǔ)燃燃料量與蒸汽量的研究

根據(jù)圖1可知，在無補(bǔ)燃工況下燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱回收無高壓高溫蒸汽產(chǎn)出，純高爐煤氣工況時(shí)可以產(chǎn)出高壓高溫蒸汽，且隨著燃料量增加，蒸汽量增加。

圖1 高壓高溫工況下補(bǔ)燃燃料量與蒸汽量的關(guān)系

在補(bǔ)燃余熱回收工況下燃料量小于4萬m3/h時(shí)，高壓高溫蒸汽產(chǎn)量高于純高爐煤氣，這說明余熱回收在發(fā)揮作用，燒結(jié)環(huán)冷機(jī)2.0 MPa蒸汽和1.0 MPa的部分蒸汽受到高爐煤氣能量的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化為了高壓高溫蒸汽，所以比純高爐煤氣蒸汽產(chǎn)量高；燃料量在4萬m3/h附近時(shí)，純高爐煤氣和補(bǔ)燃余熱回收蒸汽產(chǎn)量有了交點(diǎn)，之后純高爐煤氣高壓高溫蒸汽產(chǎn)量大于補(bǔ)燃型余熱回收，交點(diǎn)處說明燒結(jié)余熱回收可被轉(zhuǎn)化為高壓高溫蒸汽的蒸汽量已經(jīng)用完，所以此交點(diǎn)是最佳補(bǔ)燃工況點(diǎn)。

在補(bǔ)燃余熱回收工況下，1.0 MPa的蒸汽產(chǎn)量大于無補(bǔ)燃工況，隨著燃料量的增加，蒸汽產(chǎn)量降低且趨于穩(wěn)定；0.5 MPa的蒸汽產(chǎn)量大于無補(bǔ)燃工況，與燃料量的增加無關(guān)。

2.2 中溫中壓工況下補(bǔ)燃燃料量與蒸汽量的研究

根據(jù)圖2可知，在無補(bǔ)燃工況下燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱回收無中溫中壓蒸汽產(chǎn)出，純高爐煤氣工況時(shí)可以產(chǎn)出中溫中壓蒸汽，且隨著燃料量增加，蒸汽量增加。

在補(bǔ)燃余熱回收工況下中溫中壓蒸汽產(chǎn)量高于純高爐煤氣，且燃料量小于1.2萬m3/h時(shí)，中溫中壓蒸汽產(chǎn)量小于2.0 MPa的蒸汽產(chǎn)量，這說明燒結(jié)環(huán)冷機(jī)2.0 MPa蒸汽作為高爐煤氣能量的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化為了中溫中壓蒸汽主要來源，所以比純高爐煤氣蒸汽產(chǎn)量高很多；燃料量在4.75萬m3/h附近時(shí)，純高爐煤氣和補(bǔ)燃余熱回收蒸汽產(chǎn)量間距明顯收窄，且趨于平行，這也說明燃料量大于4.75萬m3/h時(shí)，余熱回收能力的主要地位被高爐煤氣取代，說明此點(diǎn)是補(bǔ)燃工況的最佳點(diǎn)。

圖2 中溫中壓工況下補(bǔ)燃燃料量與蒸汽量的關(guān)系

在補(bǔ)燃余熱回收工況下，1.0 MPa的蒸汽產(chǎn)量大于無補(bǔ)燃工況，隨著燃料量的增加，蒸汽產(chǎn)量降低且趨于穩(wěn)定；0.5 MPa的蒸汽產(chǎn)量大于無補(bǔ)燃工況，與燃料量的增加無關(guān)。

2.3次中溫中壓工況下補(bǔ)燃燃料量與蒸汽量的研究

根據(jù)圖3可知，在無補(bǔ)燃工況下燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱回收可以產(chǎn)出次中溫中壓蒸汽，純高爐煤氣工況時(shí)也可以產(chǎn)出次中溫中壓蒸汽，且隨著燃料增加，蒸汽量增加。

在補(bǔ)燃余熱回收工況下次中溫中壓蒸汽產(chǎn)量高于純高爐煤氣，且高于環(huán)冷機(jī)余熱回收2.0 MPa的蒸汽產(chǎn)量，這說明此時(shí)的次中溫中壓蒸汽產(chǎn)量為余熱回收和高爐煤氣的蒸汽產(chǎn)量的疊加，所以比純高爐煤氣蒸汽產(chǎn)量高很多；燃料量在4.75萬m3/h附近時(shí)，純高爐煤氣和補(bǔ)燃余熱回收蒸汽產(chǎn)量間距明顯收窄，且趨于平行，這也說明燃料量大于4.75萬m3/h時(shí)，余熱回收能力的主要地位被高爐煤氣取代，說明此點(diǎn)是補(bǔ)燃工況的最佳點(diǎn)。

圖3 次中溫中壓工況下補(bǔ)燃燃料量與蒸汽量的關(guān)系

在補(bǔ)燃余熱回收工況下，1.0 MPa的蒸汽產(chǎn)量大于無補(bǔ)燃工況，隨著燃料量的增加，蒸汽產(chǎn)量降低且趨于穩(wěn)定；0.5 MPa的蒸汽產(chǎn)量大于無補(bǔ)燃工況，與燃料量的增加無關(guān)。

3 結(jié)論

(1)補(bǔ)燃技術(shù)對(duì)蒸汽品質(zhì)的提高有積極影響，從3種不同工況來看，次中溫中壓工況下雖然蒸汽產(chǎn)量提高了，但是蒸汽品質(zhì)沒有提高，所以在次中溫中壓工況下進(jìn)行補(bǔ)燃的意義不大。

(2)補(bǔ)燃余熱利用技術(shù)中余熱利用起到主要作用的工況是中溫中壓工況，所以燒結(jié)余熱利用補(bǔ)燃工況最好采用中溫中壓工況。

(3)從以上3種不同工況分析，可以得出首鋼京唐550 m2燒結(jié)機(jī)余熱利用最佳燃料補(bǔ)燃量為4.75萬m3/h。