余熱綜合利用技術在某鋼鐵企業(yè)的應用實例

楊 飛 ， 馬 賽

（1.北京市鋼鐵冶金節(jié)能減排工程技術研究中心， 北京 100029；2.北京中冶設備研究設計總院有限公司， 北京 100029）

“十三五”期間節(jié)能減排已成為各鋼鐵企業(yè)的重點工作任務。隨著國家相關法律法規(guī)的逐步完善，鋼鐵企業(yè)的環(huán)保成本將進一步加大，鋼鐵生產(chǎn)低碳化趨勢不可逆轉。深度挖潛改造，使能源得到高效利用，降低噸鋼成本，增強產(chǎn)品的市場競爭力，已成為各鋼鐵企業(yè)的工作重點。

為此，某鋼鐵企業(yè)采用余熱綜合利用技術，將企業(yè)富余余熱資源、低壓蒸汽資源整合利用，新建電站一座，達到良好的節(jié)能減排效果，為企業(yè)發(fā)展注入新的活力，實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)的和諧發(fā)展。

1 余熱綜合利用技術簡介

余熱綜合利用技術包括鋼鐵企業(yè)低溫余熱綜合高效利用技術、燒結冷卻機密封技術、燒結大煙道余熱發(fā)電技術、白灰窯余熱利用技術、低壓飽和蒸汽煙氣過熱發(fā)電技術等一系列余熱綜合利用的核心技術。這些技術遵循先進、實用、可靠、高效的指導方針，優(yōu)化工藝流程和布置方案，在不影響鋼鐵生產(chǎn)的情況下，綜合考慮，把鋼鐵企業(yè)富余低品位熱源，包括熱低壓蒸汽、余熱資源等分梯級綜合高效使用，最終通過蒸汽帶動汽輪機發(fā)電，達到能源匹配綜合化，能源利用率高效化，利用效益最大化。工程運行過程中不會產(chǎn)生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其他有害氣體，為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟和社會效益。同時為企業(yè)提供部分電力，而且還可以為企業(yè)降低用電生產(chǎn)成本。

2 企業(yè)余熱現(xiàn)狀及綜合利用方案

目前，某鋼鐵企業(yè)蒸汽主要情況見表1。

表1 蒸汽平衡表

根據(jù)該企業(yè)蒸汽平衡表，采用余熱綜合利用技術，將燒結大煙道余熱鍋爐、轉爐及豎爐產(chǎn)生的0.7 MPa、26 t/h飽和蒸汽，進入到燒結余熱鍋爐的過熱器，與2臺燒結余熱鍋爐產(chǎn)生的21 t/h、0.7 MPa飽和蒸汽一起過熱至300℃，和白灰窯煙氣余熱鍋爐產(chǎn)生的7 t/h、0.6 MPa、300℃過熱蒸汽合并形成54 t/h、0.6MPa、300℃過熱蒸汽，進入1×7.5MW汽輪機發(fā)電。

裝機方案見下頁圖1。本方案是在綜合考慮了各種因素后，根據(jù)該鋼鐵企業(yè)富余余熱及低壓蒸汽資源實際分布確定的最優(yōu)方案。其優(yōu)點如下：系統(tǒng)簡單，運行靈活，汽輪發(fā)電機組效率高。當其中一個汽源檢修時，機組降低負荷發(fā)電而不停車。

工程建成后年發(fā)電量為0.6×108kWh，年供電量0.523 8×108kWh，小時向外供電量為 6.548×103kWh。降低了企業(yè)生產(chǎn)成本、達到了良好的節(jié)能減排效果，符合國家相關政策。

圖1 裝機方案

3 主要設備參數(shù)簡介

1）本工程采用江蘇中天能源設備有限公司生產(chǎn)的燒結余熱鍋爐及燒結大煙道余熱鍋爐，采用山東岱榮節(jié)能環(huán)保科技有限公司的白灰窯煙氣余熱鍋爐，主要設計參數(shù)見表2、表3、表4。

表2 燒結余熱鍋爐（QC163/302-12-0.8）主要技術數(shù)據(jù)

表3 燒結大煙道余熱鍋爐（QC77/300-4.0-0.85）主要技術數(shù)據(jù)

表4 白灰窯煙氣余熱鍋爐[QC110/400-11.5-0.8（350）]主要技術數(shù)據(jù)

2）本工程采用杭州中能汽輪動力有限公司生產(chǎn)的30 MW凝汽式汽輪機及配套發(fā)電機，主要技術數(shù)據(jù)見表5、表6。

表5 凝汽式汽輪機（N7.5-0.6）主要技術數(shù)據(jù)

表6 發(fā)電機（QF-W7.5-2）主要技術數(shù)據(jù)

4 工藝系統(tǒng)簡介

4.1 煙氣系統(tǒng)

4.1.1 煙氣收集（燒結冷卻機）

燒結冷卻機煙氣采用循環(huán)系統(tǒng)（增加循環(huán)風機）。

根據(jù)余熱鍋爐系統(tǒng)的熱量分布情況，將燒結冷卻機密閉段（一、二段）收集的熱煙氣引入燒結余熱鍋爐。

為使燒結熱煙氣得到有效利用，對收集熱煙氣的溫度和數(shù)量進行精準調節(jié)控制，將原燒結冷卻機一、二段煙罩進行改造密封，通過循環(huán)風機及閥門調整熱煙氣品質，提高燒結余熱鍋爐效率。

4.1.2 煙氣系統(tǒng)流程（燒結冷卻機）

燒結冷卻機產(chǎn)生的不同品質的熱煙氣分別進入燒結余熱鍋爐相應的部位。

燒結冷卻機一段與二段密封罩排出的熱煙氣通過煙風管道送入余熱鍋爐煙氣進風口，經(jīng)過綜合蒸汽過熱器、蒸發(fā)器、省煤器等換熱設施，從余熱鍋爐底部排出引入循環(huán)風機循環(huán)使用。

為保證燒結系統(tǒng)正常運行，在燒結余熱鍋爐進風口及燒結冷卻機煙囪上分別設置煙風閥門。當燒結余熱鍋爐正常運行時將燒結余熱鍋爐進風口閥門打開，煙囪閥門關閉；當燒結余熱鍋爐停運時將燒結余熱鍋爐進風口閥門關閉，煙囪閥門打開，不影響燒結正常生產(chǎn)。

4.2 鍋爐汽水系統(tǒng)

給水經(jīng)鍋爐給水泵進入燒結余熱鍋爐、燒結大煙道余熱鍋爐（自燒結余熱鍋爐省煤器）、白灰窯煙氣余熱鍋爐，經(jīng)熱煙氣加熱后，產(chǎn)生蒸汽，蒸汽進入汽輪機做功發(fā)電。

蒸汽做功后變?yōu)槔淠M入凝汽器，經(jīng)凝結水泵抽出，再經(jīng)鍋爐給水泵進入余熱鍋爐，產(chǎn)生蒸汽進入汽輪機做功發(fā)電，實現(xiàn)完整的熱力循環(huán)。

通過調節(jié)汽水系統(tǒng)可減少由于燒結工藝系統(tǒng)及白灰窯系統(tǒng)煙氣參數(shù)波動對發(fā)電系統(tǒng)影響，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

4.3 直接空冷系統(tǒng)

直接空冷系統(tǒng)工藝流程為：汽輪機的排汽經(jīng)管道進入空冷凝汽器，采用軸流風機使低溫空氣進入空冷凝汽器，以此使蒸汽得到冷凝，冷凝水經(jīng)處理后送回至鍋爐給水系統(tǒng)，補水量為鍋爐BMCR工況流量的3%～5%。

在夏季空氣溫度為34℃，外界環(huán)境風速不大于5m/s，汽輪機的排汽量為54t/h，排汽焓為2530.3kJ/kg時，風機100%轉速的情況下，應保證汽輪機排汽口處背壓不大于25 kPa。

5 主廠房布置介紹

主廠房為封閉式（與35 MW電站共用），抗震設防烈度為8度。

汽機房跨度18 m、柱距6 m、總長度45 m。汽機主廠房共分兩層：0.00 m、8.00 m。汽輪機及發(fā)電機布置在主廠房8.00 m。頂部為鋼屋架、鋼檁條、鋼支撐。屋架下弦標高為19.0 m。屋架下設一臺橋式吊車，軌頂標高為15.11 m。

輔助跨跨度9 m，總長度45 m。共分五層：分別為 0.00 m、5.00 m、8.00 m、12.00 m、15.00 m。0.00 m層布置高、低壓配電間，5.00 m層布置電纜夾層、油站，8.00 m層布置電子設備間、機爐電控制室等，12.00 m布置管道夾層，15.00 m布置除氧間。操作間地面均做防靜電地板，屋面做吊頂。

6 結語

余熱綜合利用技術主要利用企業(yè)富余低品位熱源，包括熱低壓蒸汽、余熱資源進行發(fā)電，有效節(jié)約了能源。從經(jīng)濟性上看，整個項目投資及運行較低，回收期短，可大幅降低鋼鐵企業(yè)電費。同時余熱綜合利用工程又屬環(huán)保類工程，不會產(chǎn)生二次污染，可為企業(yè)創(chuàng)造良好的環(huán)境效益?？傊?，余熱綜合利用技術在某鋼鐵企業(yè)的應用對鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排具有借鑒作用。