馬鋼2×380 m2燒結(jié)余熱發(fā)電現(xiàn)狀及優(yōu)化實(shí)踐

劉曉軍,胡海青

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司 煉鐵總廠 安徽馬鞍山 243000)

燒結(jié)工序是煉鐵生產(chǎn)的配套工序之一，其工序能源消耗總量僅次于高爐，因此燒結(jié)節(jié)能工作一直占鋼鐵企業(yè)內(nèi)部節(jié)能工作的重要地位。在燒結(jié)生產(chǎn)中，有50%以上的熱能通過帶式冷卻機(jī)廢氣和燒結(jié)機(jī)煙氣以顯熱形勢排入大氣，回收利用這部分余熱資源對燒結(jié)在有限的資源內(nèi)降低工序能耗十分重要。

馬鋼兩臺(tái)380 m2燒結(jié)機(jī)分別于2006年、2007年竣工投產(chǎn)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)燒結(jié)礦840萬噸。而燒結(jié)余熱發(fā)電項(xiàng)目于2008年7月開工建設(shè)，2009年10月底建成投產(chǎn)，發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量為20MW，年作業(yè)率80%的情況下，發(fā)電在1.4億度。

1 馬鋼380 m2余熱發(fā)電系統(tǒng)基本情況

1.1 帶冷余熱設(shè)備

馬鋼380 m2余熱發(fā)電項(xiàng)目的主體設(shè)備由A、B機(jī)兩套鍋爐系統(tǒng)，一套水循環(huán)系統(tǒng)、一臺(tái)補(bǔ)汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組等設(shè)備組成。余熱鍋爐為雙溫雙壓，蒸汽產(chǎn)汽量設(shè)計(jì)值為中壓35 t/h，低壓10 t/h，熱源為兩臺(tái)燒結(jié)帶冷機(jī)排放的高溫廢氣。

1.2 大煙道余熱設(shè)備

燒結(jié)機(jī)大煙道余熱資源豐富，為促進(jìn)燒結(jié)節(jié)能降耗水平，提升余熱利用效率。在確保對燒結(jié)主體工藝影響較小的前提下， A燒結(jié)機(jī)大煙道余熱利用項(xiàng)目于2014年5月建成投產(chǎn)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)氣量：≥15 t/h，大煙道余熱產(chǎn)蒸汽通過旋轉(zhuǎn)隔板并入主蒸汽管道進(jìn)入汽輪機(jī)做功發(fā)電。

馬鋼380 m2燒結(jié)余熱系統(tǒng)流程見圖1。

圖1 燒結(jié)余熱系統(tǒng)流程

2 燒結(jié)余熱系統(tǒng)運(yùn)行的現(xiàn)狀

2.1 帶冷機(jī)密封的影響

馬鋼兩臺(tái)380 m2燒結(jié)機(jī)自投產(chǎn)至2017年11月，已運(yùn)行11年，期間沒有進(jìn)行過大中修，原帶冷機(jī)臺(tái)車與風(fēng)箱間密封為橡膠件，高溫環(huán)境下易老化，使用壽命較短，造成帶冷機(jī)沿線撒料較多，環(huán)境狀況較差，高溫廢氣損失較大。

2.2 余熱系統(tǒng)補(bǔ)水率較高

余熱補(bǔ)水率取決于鍋爐排污率和汽水損失率。以軟水為補(bǔ)給水的蒸汽余熱鍋爐，一般控制排污率不超過5%，汽水損失率不超過3%。而余熱系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中余熱鍋爐補(bǔ)水率達(dá)到11%-20%，軟化水實(shí)際消耗量為300 t/d-340 t/d，熱損失大。從表1可以看出，軟水硬度基本達(dá)標(biāo)，負(fù)荷國家標(biāo)準(zhǔn)軟化水≤2 mg/L，而燒結(jié)A爐、B爐、煙道余熱鍋爐水品質(zhì)嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值。綜合比較，可判斷出：① 余熱鍋爐受熱面有結(jié)垢；② 除氧器除氧效果差，給水系統(tǒng)氧腐蝕較嚴(yán)重；③ 汽輪機(jī)凝汽器冷凝管內(nèi)壁有結(jié)垢。

表1 2017年4-5月份水質(zhì)日檢數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.3 汽輪機(jī)氣耗偏大，效率下降

2014年新上A機(jī)大煙道余熱鍋爐后，余熱發(fā)電指標(biāo)未得到顯著提升，從表2數(shù)據(jù)上看，發(fā)電機(jī)組的自身流通率下降，通過發(fā)電效率下降分析判斷，機(jī)組內(nèi)部轉(zhuǎn)子葉片、隔板等結(jié)垢。機(jī)組設(shè)計(jì)負(fù)荷較大，長期在低負(fù)荷運(yùn)行，存在不同程度氣蝕，水蝕現(xiàn)象等并發(fā)問題。

2.4 燒結(jié)工藝進(jìn)步影響

從表3看出，近些年,馬鋼燒結(jié)工藝燒結(jié)工藝在料層厚度突破至900 mm以上超厚料層后，燒結(jié)機(jī)速逐漸從2.05 m/min下降至1.52 m/min。其主要熱源中焦粉、煤粉利用率上升用量下降，余熱發(fā)電系統(tǒng)受其影響，蒸汽產(chǎn)生量及品質(zhì)不斷下降。

單以A機(jī)為列，夏季取7-9月份，冬季取1-3月份。13-14年夏季鍋爐主蒸汽溫度360 ℃，主蒸汽量24 t/h；冬季主蒸汽溫度320 ℃，主蒸汽量20 t/h。到了16年-17年夏季鍋爐主蒸汽溫度320 ℃，主蒸汽量16 t/h；冬季主蒸汽溫度不到300 ℃，主蒸汽量12 t/h。從以上數(shù)據(jù)看，自16年開始不僅主蒸汽品質(zhì)在下降，而且產(chǎn)氣量也在萎縮。

表2 大煙道余熱投入前后數(shù)據(jù)對比

歷年燒結(jié)機(jī)速變化、發(fā)電和固耗數(shù)據(jù)見表3。

表3 2013-2017年燒結(jié)機(jī)固耗、余熱發(fā)電數(shù)據(jù)

3 提高余熱發(fā)電采取的措施

3.1 帶冷機(jī)密封綜合技術(shù)創(chuàng)新

(1)2017年3月-8月進(jìn)行帶冷密封工藝綜合治理研究。選具有良好耐蝕、耐熱、低溫強(qiáng)度的柔性符合密封裝置，并多次進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)形成最終方案。

(2)2017年12月份利用B#燒結(jié)機(jī)檢修機(jī)會(huì)在帶冷機(jī)進(jìn)行實(shí)施應(yīng)用。從運(yùn)行情況看，帶冷機(jī)沿線環(huán)境狀況得到大大改善，尾部漏風(fēng)明顯降低，帶冷風(fēng)機(jī)電耗相對下降，余熱發(fā)電量同步提升4%。

3.2 燒結(jié)發(fā)電鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)優(yōu)化

2017年11月在燒結(jié)現(xiàn)場增設(shè)一座15 t/h二級(jí)反滲透除鹽水站。到2018年5月，經(jīng)過一段時(shí)間的水量置換和排污調(diào)整后，排污率從22%下降至8%左右，余熱鍋爐日補(bǔ)水量從投運(yùn)前300 t左右，下降至170 t左右，現(xiàn)場三套鍋爐水質(zhì)得到明顯改善。

3.3 余熱鍋爐對流受熱面熱負(fù)荷性能優(yōu)化

2017年11-12月利用余熱檢修計(jì)劃，結(jié)合鍋爐換熱段割管后的腐蝕和結(jié)垢情況，將A、B爐凝加管內(nèi)所有爐管換為鰭片管，并根據(jù)爐管外壁積灰較為輕微，將鰭片密度由4 mm改為3 mm，增加煙氣換熱量。改造后帶冷兩臺(tái)余熱蒸發(fā)量合計(jì)上升約9 t/h(B機(jī)蒸汽量上升較多，含帶冷密封改造優(yōu)化后的提升)。表4為A、B帶冷蒸發(fā)量趨勢。

表4 2015年-2018年A、B機(jī)帶冷鍋爐蒸汽量數(shù)據(jù)

3.4 汽輪機(jī)及輔機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化

(1)2017年10月對汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)和軸密封系統(tǒng)優(yōu)化改造，降低機(jī)組冷端損失，提高機(jī)組發(fā)電效率。改造后發(fā)電氣耗較前期下降，發(fā)電總量明顯提升。表5為改造后發(fā)電氣耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

表5 改造后發(fā)電氣耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

(2)2017年10月對凝汽器進(jìn)行酸洗消除冷凝管內(nèi)壁結(jié)垢，并新增加在線膠球清洗裝置。根據(jù)冷凝管管徑，一次投放Φ21 mm膠球1500只，回收率95%，保持凝汽器清潔度。改造后凝汽器真空明顯得到改善，真空度從-78 kPa提高到-90 kPa。

3.5 穩(wěn)定終點(diǎn)溫度，優(yōu)化操作提升余熱系統(tǒng)穩(wěn)定率 (1)穩(wěn)定燒結(jié)終點(diǎn)溫度，對每班終點(diǎn)溫度操作曲線進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并根據(jù)余熱發(fā)電量高低進(jìn)行績效考評(píng)，提高燒結(jié)生產(chǎn)人員與發(fā)電系統(tǒng)配合的積極性。

(2)組織技術(shù)攻關(guān)，余熱熱源的連續(xù)性，降低了因補(bǔ)爐篦條、更換臺(tái)車等停機(jī)事件造成余熱系統(tǒng)甩爐次數(shù)。

4 效果

經(jīng)過一段時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行，2018年3月份-10月份在繼續(xù)保持930 mm超高料層厚度下，燒結(jié)機(jī)速1.52 m/min和固耗50.37 kg/t.礦雙下降的情況，發(fā)電指標(biāo)較2015年-2017年平均水平提升2.0 kwh/t.礦以上，節(jié)能效益較為明顯。表7為2015年-2018年燒結(jié)機(jī)固耗、余熱發(fā)電等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

5 結(jié)語

針對余熱發(fā)電機(jī)組的狀況，進(jìn)行有針對性的技改技措，合理調(diào)整工藝允許參數(shù)，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)等工作著手，實(shí)現(xiàn)兩者有機(jī)結(jié)合，繼而實(shí)現(xiàn)負(fù)荷提升，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性提升的目的。維護(hù)和建設(shè)好燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)，既有利于企業(yè)內(nèi)部提升自發(fā)電能力，對于節(jié)能減排也有較好的經(jīng)濟(jì)效益，更能取得較好的環(huán)境效益和社會(huì)效益，符合鋼鐵企業(yè)綠色發(fā)展的需求。

表7 2015-2018年燒結(jié)機(jī)固耗、余熱發(fā)電等數(shù)據(jù)