提升燒結(jié)余熱發(fā)電項目發(fā)電量實踐與改進

秦建新，張聯(lián)兵

（首鋼長治鋼鐵有限公司，山西 長治 046031）

首鋼長鋼公司始建于1947 年，是中國共產(chǎn)黨于戰(zhàn)爭年代在太行山革命根據(jù)地創(chuàng)建的第一個鋼鐵企業(yè)，2009 年與首鋼總公司聯(lián)合重組。經(jīng)過70 年的發(fā)展，形成年產(chǎn)鐵260 萬t、鋼360 萬t、材375 萬t 的生產(chǎn)能力，產(chǎn)品包括H 型鋼、棒材、線材、熱軋帶肋鋼筋、礦渣水泥。主要工藝裝備有2 座6.0 m 復熱式搗固焦爐年產(chǎn)焦炭140 萬t、200 m2燒結(jié)機2 臺、1 080 m3高爐2 座、80 t 轉(zhuǎn)爐3 座、20 000 m3/h 和30 000 m3/h制氧機組各一套、60 萬t/年熱軋H 型鋼生產(chǎn)線1條、55 萬t/年高速線材生產(chǎn)線2 條、棒材生產(chǎn)線3條、100 萬t/年礦渣超細粉水泥生產(chǎn)線1 條等。目前，高爐焦比、噴煤比、冶金焦灰分等技術經(jīng)濟指標位列全國同類型企業(yè)前列。

首鋼長鋼公司兩座200 m2燒結(jié)機，分別于2004和2008 年投產(chǎn)，年產(chǎn)能456 萬t。原燒結(jié)環(huán)冷機的余熱回收方式是將環(huán)冷機1 段產(chǎn)生的高溫煙氣通過螺旋翹翅式換熱器由蒸發(fā)器產(chǎn)生飽和蒸汽，再經(jīng)過熱器產(chǎn)生過熱蒸汽，用于燒結(jié)機混合料預熱，剩余部分并入公司蒸汽管網(wǎng)。多年運行以來，此傳統(tǒng)燒結(jié)余熱利用方式存在效率低、回收的廢氣余熱量少（僅占總熱量的10%左右）等弊端。近年來，隨著低溫煙氣余熱鍋爐技術和低參數(shù)補汽凝汽式汽輪發(fā)電機組技術不斷發(fā)展，燒結(jié)環(huán)冷機煙氣余熱發(fā)電項目在國內(nèi)多家鋼鐵企業(yè)得到成功實施，并能夠取得較好的經(jīng)濟效益。

為了高效利用余熱資源，充分利用燒結(jié)環(huán)冷機煙氣余熱，長鋼公司提出了實施燒結(jié)環(huán)冷機煙氣余熱發(fā)電項目。

1 燒結(jié)余熱發(fā)電項目情況簡介

2 臺200 m2燒結(jié)機，平均利用系數(shù)1.3～1.4 t/m2·h，工作制度為連續(xù)工作制，作業(yè)率94.98%。燒結(jié)機配套228 m2鼓風帶冷機，環(huán)冷機由臺車及回轉(zhuǎn)框架、鼓風系統(tǒng)等組成。帶冷機配有4 臺鼓風機，設計條件下風機風量450 000 m3/h，風機全壓3 800 Pa。

燒結(jié)環(huán)冷機煙氣余熱發(fā)電項目采用 “2+2+1”建制，即2 臺環(huán)冷機＋2 臺余熱鍋爐＋1 臺汽輪發(fā)電。兩臺燒結(jié)機配套建設兩套自除氧雙參數(shù)自然循環(huán)余熱鍋爐、一臺補汽—凝汽式汽輪發(fā)電機組，發(fā)電端電力就近接入企業(yè)10.5 kV 母線段，配套建設循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、除鹽水制備系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)等。

兩套余熱鍋爐型號為QC216（128）/380（280）-23.6（8）-2.0（0.39）/330（180），1 臺10 MW 的補汽凝汽式汽輪機組型號為BN10-1.9/0.35+QF-W12-2 10.5 kVQ，通過雙壓余熱鍋爐產(chǎn)生2.0 MPa、330 ℃（18.2 t/h）和0.65 MPa、192 ℃（6 t/h）的過熱蒸汽，驅(qū)動汽輪機進行發(fā)電。

按照設計，該項目建成投產(chǎn)后，小時發(fā)電量約8 000 kW·h，年發(fā)電達6 000 余萬kW·h，扣除自用電年凈發(fā)電量5 000 余萬kWh，所發(fā)電量分別并入燒結(jié)主抽風機配電站，自發(fā)自用。

燒結(jié)余熱發(fā)電項目總投資6 500 萬元，于2016年4 月10 日建成投運，投運初期，運行效果不理想2016 年4—6 月份總計發(fā)電705.7 萬kW·h，折合噸礦發(fā)電7.03 kW·h，與設計發(fā)電指標（噸礦發(fā)電15 kW·h）存在較大差距[1]。

鑒此，公司成立項目專題攻關組，從設備、工藝、操作和生產(chǎn)組織及外圍配套協(xié)調(diào)等方面，深入分析研究，采取多項措施，取得積極成效。

2 主要采取措施及成效

1）合理調(diào)整、優(yōu)化燒結(jié)機生產(chǎn)組織模式，為機組穩(wěn)定高效運行提供有力支撐。

燒結(jié)機穩(wěn)定、連續(xù)的生產(chǎn)秩序是燒結(jié)余熱發(fā)電項目正常運行的基礎和保障。為盡快摸索出燒結(jié)機生產(chǎn)與余熱發(fā)電的最佳運行模式和參數(shù)，結(jié)合公司機燒和鐵產(chǎn)能及爐料配比等情況，前后嘗試采用兩臺燒結(jié)機同時適當控制產(chǎn)能、以不攢料不停機的生產(chǎn)模式，但試驗效果欠佳（日發(fā)電量超過10 萬kW·h天數(shù)僅有4 d，且僅為略超過10 萬kW·h）；之后，在總結(jié)經(jīng)驗的基礎上，調(diào)整為采用兩臺燒結(jié)機滿負荷生產(chǎn)至存夠一定燒結(jié)礦后交替安排燒結(jié)機檢修的生產(chǎn)方式，在2 臺燒結(jié)機正常生產(chǎn)時，日發(fā)電量均在11 萬度以上（7 月28 日至8 月2 日連續(xù)6 d 日均發(fā)電量16.2 萬kW·h，折合噸礦發(fā)電13.7 kW·h），但在燒結(jié)機交替檢修期間發(fā)電量影響較大（7 月15—17日、22 日、25 日、26 日6 天檢修期間日均發(fā)電量僅為5.9 萬度，折合噸礦發(fā)電7.3 度）。

針對上述狀況，在繼續(xù)鞏固現(xiàn)有燒結(jié)機生產(chǎn)模式的基礎上進行適當調(diào)整，在保證目前日產(chǎn)量的前提下，安排燒結(jié)機集中生產(chǎn)，適當庫存燒結(jié)礦，結(jié)合環(huán)保及檢修工作，階段性安排一臺燒結(jié)機停產(chǎn)檢修，保障燒結(jié)噸礦發(fā)電量。通過上述實踐，驗證了該種模式在提升發(fā)電量及控制燒結(jié)成本方面存在較大的優(yōu)勢，并在后續(xù)生產(chǎn)組織中予以沿用。

2）發(fā)揮技術專業(yè)優(yōu)勢，強化工藝操作和改進，通過技術措施提高機組發(fā)電量。

強化燒結(jié)環(huán)冷機漏風治理，減少熱量損失。環(huán)冷機漏風是影響燒結(jié)煙氣溫度的重要因素之一，在實際生產(chǎn)過程中，動力廠、煉鐵廠對環(huán)冷機的密封狀況進行重點監(jiān)控，適時掌握環(huán)冷機漏風狀況，并利用燒結(jié)機停產(chǎn)時機及時更換維護環(huán)冷機臺車密封板，開展漏風治理工作，降低煙風系統(tǒng)熱量損失。

利用燒結(jié)機檢修時機，在環(huán)冷機煙氣高低溫段設置隔斷，降低冷風摻入量。改造完成后平均煙氣溫度提高10 ℃以上，提溫效果比較明顯。

調(diào)節(jié)優(yōu)化燒結(jié)生產(chǎn)工藝，通過控制燒結(jié)礦終點溫度、終點位置和大煙道煙氣溫度等方式，盡力實現(xiàn)滿足發(fā)電運行的最優(yōu)生產(chǎn)模式。7 月份以來燒結(jié)工藝按300～350 ℃的范圍控制終點溫度，終點位置保持在23 號（倒數(shù)第二個）風箱，同時控制大煙道排煙溫度不高于150 ℃，以降低燒結(jié)礦余熱損失量。

加強設備點檢維護工作，確保設備正常連續(xù)運轉(zhuǎn)提高機組發(fā)電量。8 月23 日至9 月12 日期間燒結(jié)及發(fā)電設備基本維持100%的運轉(zhuǎn)率，總計發(fā)電量332.2 萬度，折合噸礦發(fā)電13.7 度，平均發(fā)電負荷達到6 600 kW，基本達到設計指標。

摸索總結(jié)經(jīng)驗，提高機組的運行操作技術水平。循環(huán)風機是燒結(jié)生產(chǎn)工藝和余熱鍋爐發(fā)電機組之間建立聯(lián)系的關鍵設施設備，對取熱量多少、鍋爐進氣溫度、產(chǎn)蒸汽量及品質(zhì)等影響機組發(fā)電量的關鍵性指標有著至關重要的作用。動力廠在總結(jié)前期運行管控經(jīng)驗的基礎上，逐步摸索規(guī)范循環(huán)風機運行操作，使循環(huán)風機的工作狀態(tài)進一步趨近風量及風壓滿足取熱量條件的最佳匹配工況，機組發(fā)電量得以有效提升[2]。

3）建立、完善聯(lián)系協(xié)作、管控及考核機制，為提升發(fā)電水平提供支撐和激勵。

鑒于發(fā)電機組運行及燒結(jié)生產(chǎn)分屬動力廠和煉鐵廠管控，對上述單位從調(diào)度、中控和崗位等各個層面建立完善了聯(lián)系協(xié)作制度，避免出現(xiàn)發(fā)電運行及燒結(jié)生產(chǎn)之間的管理及信息脫節(jié)，保障了上下游環(huán)節(jié)的均衡穩(wěn)定。

制定并下發(fā)《燒結(jié)環(huán)冷機煙氣余熱發(fā)電項目運行管理辦法》，結(jié)合設計指標對操作管理、技術參數(shù)管控、職責分工等方面予以明確。同時采用正向激勵的考核機制，以10 萬度/日為保底目標，設立發(fā)電量攻關臺階，充分調(diào)動開展攻關工作的積極性。期間發(fā)電量最好指標完成20.01 萬度/日，折合噸礦發(fā)電16.72 kW·h，并且實現(xiàn)了在燒結(jié)正常生產(chǎn)的前提下發(fā)電量≥10 萬度/日的目標。

定期組織召開總結(jié)分析會，對下階段的工作目標及任務進行安排部署并督促落實，同時針對機組運行出現(xiàn)的問題及時進行分析討論并提出改進意見，鞏固攻關工作取得的成效。

3 下一步鞏固措施和改進建議

通過上述措施和努力，燒結(jié)余熱項目運行得到較大提升和改善，發(fā)電量從日均8～9 萬kW·h 逐步并穩(wěn)定到日均12～13 萬kW·h 的水平，取得了明顯效果。針對存在制約發(fā)電量提升的管理、操作等因素，下一步的措施和建議如下。

3.1 理順燒結(jié)發(fā)電管理體制

燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)與燒結(jié)生產(chǎn)主體息息相關，燒結(jié)礦粉種類配比、燒結(jié)生產(chǎn)穩(wěn)定、終點位置、終點溫度、石灰摻入量、固體燃料消耗和漏風率等情況直接決定著后續(xù)燒結(jié)余熱發(fā)電機組的正常運行，而目前由于燒結(jié)余熱發(fā)電和燒結(jié)生產(chǎn)分屬兩個單位，實際運行過程中存在信息不對稱、協(xié)調(diào)聯(lián)系渠道不夠暢通、分析調(diào)整時機和手段較為滯后和被動等問題，同時經(jīng)咨詢相關鋼企，大部分將燒結(jié)余熱發(fā)電歸燒結(jié)生產(chǎn)主體統(tǒng)一管理，因此考慮參照高爐TRT 發(fā)電運行管理模式，將燒結(jié)余熱發(fā)電機組統(tǒng)一劃歸煉鐵廠運行管理，以提升生產(chǎn)和發(fā)電之間的協(xié)調(diào)力度和溝通渠道，便于統(tǒng)籌運行管理，樹立“一盤棋”運行思路，實現(xiàn)一體化協(xié)調(diào)管理。

3.2 提高精細化操作水平

影響燒結(jié)余熱發(fā)電量的因素較多且存在交織，最直接、直觀的參數(shù)是燒結(jié)煙氣溫度，盡管前期圍繞提升煙氣溫度采取了一些措施并取得一定成效，但更深層次的影響因素（如燒結(jié)礦粉配比、石灰摻入量、固體燃料消耗等燒結(jié)機內(nèi)部因素）由于受專業(yè)、系統(tǒng)和管理體制等限制，無法進行具體的量化分析和明晰判定并整改；另外，當前循環(huán)風機的頻率調(diào)整操作，由于沒有一個直觀性參數(shù)能反應出是否達到最佳取熱效果，在發(fā)電量波動的情況下更增加了調(diào)整循環(huán)風機至最佳匹配工況的工作難度，一定程度上也制約了發(fā)電量的提升。在整體劃歸煉鐵廠后，下一步要求煉鐵廠進一步提高燒結(jié)生產(chǎn)的精細化操作水平，為定性定量分析余熱發(fā)電量變化提供數(shù)據(jù)支撐，同時結(jié)合燒結(jié)工況條件繼續(xù)探索循環(huán)風機的最佳運行工況，推進標準化操作，實現(xiàn)發(fā)電量最大化。

3.3 提高機組發(fā)電效率及持續(xù)穩(wěn)定運行

重點針對余熱蒸汽品質(zhì)達不到設計標準導致發(fā)電汽耗高、效率低（主蒸汽設計指標為1.9 MPa，現(xiàn)場實際僅為1.4～1.5 MPa）和受煙氣溫度變化影響（燒結(jié)機計劃、非計劃檢修、環(huán)保停機、故障停機、臨停檢修、工藝調(diào)整等因素均能造成煙氣溫度較大變化），機組的發(fā)電量波動現(xiàn)象，下一步在保證蒸汽產(chǎn)量的基礎上要盡力提高蒸汽品質(zhì)以提高發(fā)電效率，同時加強設施設備的巡檢維護，盡量避免非計劃故障停機，為穩(wěn)定提升余熱發(fā)電量奠定基礎。