某燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

于利偉 蔣 森

（唐鋼國際工程技術(shù)有限公司，唐山 063008）

燒結(jié)余熱發(fā)電是指利用燒結(jié)環(huán)冷機(jī)一段420 ℃、二段300 ℃的熱空氣發(fā)電。這部分燒結(jié)余熱能量回收系統(tǒng)為鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排模式的全新嘗試，可大大降低投資及運(yùn)行成本，提高能量回收效率，為冶金行業(yè)節(jié)能減排思路帶來積極的示范作用。

1 工藝系統(tǒng)介紹

燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)是回收燒結(jié)環(huán)冷機(jī)內(nèi)冷卻燒結(jié)礦產(chǎn)生的高溫?zé)峥諝獾臒崮?，用鼓風(fēng)機(jī)引入燒結(jié)余熱鍋爐產(chǎn)生過熱蒸汽，并將過熱蒸汽送入汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電為主要目的的系統(tǒng)[1]。它的主要工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

2 余熱鍋爐系統(tǒng)

余熱鍋爐煙氣系統(tǒng)包括進(jìn)口直段煙道、切換檔板門、循環(huán)風(fēng)機(jī)以及出口直段煙道。余熱鍋爐采用雙壓自然循環(huán)鍋爐，適用于燒結(jié)環(huán)冷機(jī)排氣煙氣的余熱回收兼顧部分除塵功能，能夠快速適應(yīng)環(huán)冷機(jī)熱空氣的工況變化，快速啟停[2]。

燒結(jié)環(huán)冷雙壓自然循環(huán)鍋爐采用雙通道熱空氣進(jìn)氣系統(tǒng)。熱空氣分高低溫兩個(gè)通道進(jìn)入鍋爐，高溫?zé)峥諝饨?jīng)部分中壓受熱面換熱后，煙溫降至與低溫?zé)煔庀喈?dāng)?shù)臏囟龋瑑晒蔁峥諝饣旌显倥c其他的受熱面換熱。該結(jié)構(gòu)利用熱空氣各能級的熱能，降低排氣溫度，提高熱空氣余熱的利用效率。鍋爐自帶除氧器，采用自身產(chǎn)的低溫蒸汽除氧。雙壓自然循環(huán)鍋爐采用自然循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)。

循環(huán)風(fēng)機(jī)采用離心風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)葉片表面和風(fēng)機(jī)外邊緣機(jī)殼均采用耐磨襯板。循環(huán)風(fēng)機(jī)能夠承受鍋爐出口最大煙氣溫度。鍋爐為室外半露天布置，設(shè)有擋雨頂棚。鍋爐本體及附屬系統(tǒng)和管道要有防雨、保溫防凍以及防腐的措施。循環(huán)風(fēng)機(jī)流量為700 000 Nm3·h-1，風(fēng)壓為5 500 Pa，電壓為10 kV，功率為3 000 kW。

鍋爐給水系統(tǒng)的補(bǔ)給水經(jīng)管道送入凝汽器。正常運(yùn)行時(shí)，除氧用加熱蒸汽用余熱鍋爐自產(chǎn)蒸汽。余熱鍋爐省煤器循環(huán)動力均靠給水泵。

鍋爐采用加入磷酸鹽除去鍋爐內(nèi)水垢，加藥位置在鍋爐汽包預(yù)留接口。鍋爐選用1套磷酸鹽加藥設(shè)施，配套2臺加藥泵、1個(gè)溶液筒和1個(gè)攪拌器。正常運(yùn)行時(shí)，加藥泵一運(yùn)一備[3]。

鍋爐排氣管和安全閥排汽管均設(shè)消音器，滿足環(huán)保對噪聲的要求。

鍋爐汽包設(shè)有連排及定排系統(tǒng)。鍋爐的連續(xù)排污和定期排污共用一個(gè)排污擴(kuò)容器。鍋爐排污水在擴(kuò)容器內(nèi)擴(kuò)容降壓降溫后排入附近排水管網(wǎng)。

3 汽輪機(jī)系統(tǒng)

建設(shè)一套25 MW的燒結(jié)余熱蒸汽發(fā)電機(jī)組。環(huán)冷機(jī)雙壓余熱鍋爐生產(chǎn)的110 t·h-1中壓蒸汽為主汽，20 t·h-1低壓蒸汽為補(bǔ)汽，進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電。

3.1 汽輪機(jī)系統(tǒng)及設(shè)備

項(xiàng)目選用補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)系統(tǒng)。汽水系統(tǒng)包含蒸汽系統(tǒng)和凝結(jié)水系統(tǒng)。汽輪機(jī)采用二道二流程表面式，換熱面積為3 000 m2，循環(huán)冷卻水不高于34 ℃。汽輪機(jī)設(shè)2臺凝結(jié)水泵，每臺泵出力為額定工況下的凝結(jié)水量加10%的裕量。

3.2 抽真空系統(tǒng)

凝汽器抽真空系統(tǒng)采用射水抽氣器，由射水抽氣器、射水箱以及射水泵汽水管路等組成[4]。射水泵型號為IS150-125-310，2臺一用一備，流量為145 m3·h-1，揚(yáng)程為0.4 MPa，轉(zhuǎn)速為1 480 r·min-1。電動機(jī)型號為Y200L-4型，功率為38 kW，電壓為380 V。射水箱體積為35 m3。

汽機(jī)間跨度為18 m，采用封閉式框排架結(jié)構(gòu)。1臺25 MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組采用順列縱向島式布置，運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高為8 m。汽機(jī)間0.0 m底層鄰近B列布置凝結(jié)水泵，鄰近A列布置射水箱、射水泵等鋪助設(shè)備。底層空位設(shè)檢修場地，設(shè)32 t起重機(jī)，供機(jī)組檢修時(shí)起吊設(shè)備及檢修部件。電氣控制間跨度為18 m，框架結(jié)構(gòu)。一層為高壓配電室，二層為低壓配電室，+8.0 m運(yùn)轉(zhuǎn)層設(shè)有機(jī)爐電集中控制室。

4 水系統(tǒng)

新建燒結(jié)及余熱發(fā)電循環(huán)供水泵站1座。除余熱發(fā)電循環(huán)水設(shè)備外，燒結(jié)系統(tǒng)循環(huán)水設(shè)備和消防加壓設(shè)備也放在泵站內(nèi)。循環(huán)供水泵站包括泵房和循環(huán)水池。此外，水池上設(shè)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)冷卻塔，而控制設(shè)備在全廠控制中心。

泵站內(nèi)設(shè)備如下：（1）消防供水設(shè)備1套，穩(wěn)壓泵2臺，氣壓罐1個(gè)，控制柜1個(gè)，主要供燒結(jié)區(qū)域內(nèi)高層廠房室內(nèi)消防用水；（2）燒結(jié)循環(huán)水供水泵3臺；（3）燒結(jié)供水管道自清洗過濾器1臺；（4）余熱發(fā)電循環(huán)給水泵4臺；（5）旁濾給水泵2臺；（6）旁濾過濾器2套；（7）循環(huán)水加藥裝置2套；（8）電動單梁起重機(jī)1臺，質(zhì)量為5 t；（9）潛污泵2臺；（10）冷卻塔1座。

5 供配電

燒結(jié)蒸汽發(fā)電系統(tǒng)供配電包括發(fā)電機(jī)并網(wǎng)、廠用電接線、電氣傳動、二次線、繼電保護(hù)、直流電、電氣設(shè)備布置、電纜敷設(shè)、防雷防靜電接地、保護(hù)接地、照明及檢修網(wǎng)絡(luò)。

6 主要儀表檢測和控制

6.1 余熱鍋爐

余熱鍋爐的主要儀表檢查和控制包括煙氣溫度檢測、省煤氣前后煙氣溫度檢測、循環(huán)風(fēng)機(jī)前煙氣溫度與壓強(qiáng)檢測、飽和蒸汽壓強(qiáng)檢測、過熱蒸汽壓強(qiáng)與溫度檢測、給水壓強(qiáng)檢測、省煤器出口壓強(qiáng)檢測、省煤器進(jìn)水與出水溫度檢測、給水流量檢測、鍋爐出口蒸汽流量檢測、除鹽水壓強(qiáng)與流量檢測及控制。

6.2 汽輪發(fā)電機(jī)及其輔助系統(tǒng)

汽輪發(fā)電機(jī)及其輔助系統(tǒng)的主要儀表檢查和控制包括蒸汽系統(tǒng)溫度、壓強(qiáng)、流量檢測，汽機(jī)轉(zhuǎn)速、軸位移、熱膨脹、軸振動、軸瓦溫度以及軸承回油溫度檢測，汽機(jī)抽汽系統(tǒng)、汽機(jī)凝汽水系統(tǒng)、汽機(jī)潤滑油系統(tǒng)的溫度、壓強(qiáng)、液位檢測，汽機(jī)保護(hù)聯(lián)鎖系統(tǒng)檢測，發(fā)電機(jī)溫度檢測，空冷器循環(huán)水溫度檢測，以及汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（Digital Electric Hydraulic Control System，DEH）、汽輪機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)（Turbine Supervisory Instruments，TSI）、轉(zhuǎn)速儀表、軸系儀表以及均壓箱調(diào)節(jié)閥等隨汽機(jī)成套檢測[5]。

6.3 燒結(jié)及余熱發(fā)電循環(huán)水泵站

燒結(jié)及余熱發(fā)電循環(huán)水泵站的主要儀表檢查和控制包括消防供水主管壓強(qiáng)、流量檢測，燒結(jié)機(jī)循環(huán)水供水主管溫度、壓強(qiáng)、流量檢測，余熱發(fā)電循環(huán)水供水主管溫度、壓強(qiáng)、流量檢測，循環(huán)水池液位檢測，補(bǔ)水流量檢測（信號取自燒結(jié)區(qū)），冷卻塔風(fēng)機(jī)油溫與振動檢測，所有涉及廠際結(jié)算儀表均配備流量積算儀，具備通信接口上傳公司能源管控接口。

7 電信與火災(zāi)報(bào)警

根據(jù)燒結(jié)余熱發(fā)電建設(shè)規(guī)模及工藝生產(chǎn)操作對電信的要求，需滿足工廠科學(xué)管理、生產(chǎn)調(diào)度指揮及業(yè)務(wù)信息聯(lián)絡(luò)等要求。

8 車間建筑組成

車間建筑主要包括發(fā)電主廠房、發(fā)電輔跨、余熱鍋爐系統(tǒng)、水泵間、鍋爐循環(huán)風(fēng)機(jī)配電室、汽機(jī)電氣室、泵站、循環(huán)水池以及冷卻塔等，具體的類型、高度、面積等信息如表1所示。

表1 車間建筑組成的相關(guān)信息

9 采用的先進(jìn)技術(shù)

第一，建立合理的能流系統(tǒng)，設(shè)置經(jīng)濟(jì)合理的裝機(jī)規(guī)模，以滿足燒結(jié)工藝對低壓蒸汽和熱煙氣的需求。第二，余熱鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)與原環(huán)冷機(jī)煙風(fēng)系統(tǒng)之間通過自動調(diào)節(jié)閥控制，確保環(huán)冷機(jī)正常運(yùn)行。第三，使用鍋爐排氣再利用技術(shù)，穩(wěn)定煙溫和增加熱回收量。第四，采用取風(fēng)梯級利用技術(shù)，提高發(fā)電蒸汽參數(shù)，提高熱效率，減少汽輪機(jī)停機(jī)率。第五，收集的粉塵送入燒結(jié)成品輸送裝置，防止二次污染。第六，通過燒結(jié)-環(huán)冷機(jī)-余熱電站工況優(yōu)化控制軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)三位一體有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)環(huán)冷機(jī)余熱最大限度的利用。

10 結(jié)語

系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅實(shí)現(xiàn)了技術(shù)裝備的現(xiàn)代化、大型化與高效化，而且從高質(zhì)量、高性能的產(chǎn)品定位上確保了余熱余能裝置在同等規(guī)模鋼鐵企業(yè)中處于領(lǐng)先水平，能夠?yàn)槠髽I(yè)清潔高效的生產(chǎn)保駕護(hù)航。余熱發(fā)電系統(tǒng)竣工投產(chǎn)后取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，推動了企業(yè)自身節(jié)能減排，同時(shí)推廣了余熱發(fā)電技術(shù)在國內(nèi)冶金行業(yè)的應(yīng)用。