李麗，馬慶爽，王瑩，趙錄
（天津天鋼聯合特鋼有限公司，天津301500）
【摘要】為提高能源利用率，天津天鋼聯合特鋼有限公司實施了燒結環冷機余熱發電工程，配置2 臺雙壓立式余熱鍋爐、1 臺12 MW 雙壓補汽凝汽式汽輪機及1 臺15 MW 發電機，充分利用2×230 m2 燒結環冷機產生的大量低品質廢氣的熱量，并將其轉化成電能，實現了資源的循環利用，降低了生產成本，減少了廢渣和粉塵等污染物對環境的污染。
【關鍵詞】 燒結環冷機；余熱；發電系統；節能減排
1 引言
隨著鋼鐵行業的快速發展，作為煉鐵主要原料的燒結礦，其產量也大幅度提高，因此，燒結生產中伴生的高溫廢氣也越來越多。通過數據分析得出，燒結工序中的余熱資源量約占噸鋼余熱資源總量的19.3%，如何回收利用這部分余熱資源已經引起人們的高度重視。
近年來，國內鋼鐵行業中廣泛推廣低溫余熱發電技術，通過實施這種技術可以大大降低燒結工序能耗、提高能源利用效率。
本著“節約能源，保護環境”的原則，天津天鋼聯合特鋼有限公司實施燒結環冷機余熱發電工程，以此回收利用2×230 m2 燒結環冷機所產生的廢氣顯熱，該工程設置2 臺余熱鍋爐和1 臺汽輪發電機組，利用中低溫的廢氣產生蒸汽，來推動汽輪機組做功發電。
2 余熱發電系統介紹
聯合特鋼公司目前擁有兩條燒結生產線，每條生產線配備一臺230 m2 燒結機和一臺280 m2 環冷機，燒結機有效燒結面積230 m2，臺車寬3.5 m，有效抽風長度66 m，臺車欄板高700 mm，燒結機的利用系數正常為1.34 t/m2·h，最大為1.65 t/m2·h。環冷機有效冷卻面積280 m2，每臺環冷機配置4 臺相同的鼓風機，每臺鼓風機風量為32.6 萬m3/h，風壓為5 675 Pa；從環冷機出來的煙氣成分主要為熱空氣，含塵量200～800 mg/Nm3。
由于230 m2 燒結環冷機2# 段及以后段的廢熱氣溫度較低，余熱發電的價值較低，因而采用了230 m2 燒結環冷機1# 段和2# 段高溫部分的廢熱氣進行余熱發電。本工程配置2 臺雙壓立式余熱鍋爐和1 臺12 MW 雙壓補汽凝汽式汽輪機及1 臺15 MW 發電機，配套建設公輔設施。
3 余熱發電系統技術方案
余熱發電系統工藝流程圖見圖1 所示。
3.1 雙壓立式無補燃自然循環鍋爐[2]
余熱鍋爐熱力系統采用雙壓系統，其熱力回收率在擬實施的各種余熱方案中都相對較高，能夠最大限度地回收環冷廢氣中的熱量。余熱鍋爐在雙壓系統下產生兩種不同壓力的蒸汽，其中壓過熱蒸汽作為主蒸汽進入汽輪機進行發電，低壓過熱蒸汽作為補汽進入汽輪機。
3.2 雙壓補汽凝汽式汽輪機
燒結余熱的熱源品位決定了余熱鍋爐產生的蒸汽品質不是很高，本工程選用了1.8 MPa 次中壓汽輪機。采用雙壓補汽凝汽式汽輪機可以充分利用余熱鍋爐產生的過熱蒸汽，提升發電量，以獲取最大的經濟效益。
3.3 熱風系統方案
3.3.1 環冷機料層上部煙罩密封處理
環冷機漏風主要是其煙罩和臺車之間、臺車與風箱之間的縫隙，因煙罩、風箱是固定的，而臺車和兩側臺車擋板一起做圓周運動，無法做機械密封。
對環冷機的密封處理主要考慮以下三個方面的措施：
（1）在燒結環冷機的2# 煙罩高溫部分設置隔板，合理確定隔板位置，使2# 段前部較高溫部分煙氣納入1# 段煙囪排出，增加1# 段總煙氣量。
（2）完善臺車與煙罩之間的密封：環冷機運行的時候臺車與煙罩之間也是相對運動的，臺車上邊緣與煙罩下邊緣之間存在著不小的間隙。在煙罩下端和臺車上端各裝一塊擋熱鋼板，兩鋼板之間留有一定間隙，此間隙用耐高溫橡膠密封。耐高溫橡膠固定于煙罩上，相對于臺車上的擋熱鋼板相對滑動，從而減少與低溫段之間的串風。并合理確定隔板位置，盡量選取高溫部分的煙氣。
（3）合理選擇煙囪內的零壓點是關鍵，使煙罩與臺車擋板接觸處的壓力維持在微負壓狀態，減少漏風。
3.3.2 煙氣再循環系統
將通過余熱鍋爐后的煙氣再送入環冷機進口風箱入口，形成煙氣再循環，提高環冷機入口進風溫度。合理選擇循環風量，并適當加大后段冷卻風量，可同樣保證燒結礦的最終冷卻效果。本工程采用的煙氣再循環系統，其流程如下：
燒結環冷機1# 段和2# 段高溫部分的300~400℃煙氣通過切換閥門后引入余熱鍋爐進口，余熱鍋爐出口經過換熱后的約140 ℃煙氣由循環風機排出，全部送入1# 段環冷機入口風箱。
循環風機入口設置吸風口，以補入循環冷卻風泄漏損失量，并調節環冷機入口風溫至130 ℃ 左右。循環風機出口設置旁通排風口，在風量超出時排出多余煙氣。
3.4 主要設備參數
3.4.1 余熱鍋爐（見表1）
3.4.2 汽輪發電機組（見表2）
4 余熱發電系統運行過程存在問題及相應改造
該系統投運后，日常觀察發現其存在若干小問題；在現場專業技術人員的認真分析、探討下，上述問題得以成功解決，不僅確保了設備的有序穩定運轉，而且還實現了資源的部分節約利用。
4.1 射水箱溢流節水改造工程
改造前運行情況：射水箱是汽輪機組的重要設備之一，其射水箱內的溫度（正常保持在26 ℃）直接決定了凝汽器真空的保持程度。為了保證射水箱內部的溫度在一定范圍內，在正常運行中，射水箱需保持補水閥門常開狀態，以保證水溫及真空，這就造成射水箱水滿后，自溢流管直接排入地溝，造成工業水的極大浪費。
改善措施：在射水箱內距溢流口30 cm 處加裝一臺抽水泵，投入自啟裝置，出口接至凝汽器循環水的出口，溢出的水可直接流入循環水池，既避免了工業水的不必要浪費，又保障了循環水池的補水量。
改善成果：射水箱改善后，每天節約工業水400 t 左右，每年共節約14.4 萬t 工業水，極大程度地做到了節能降耗。
4.2 對循環水池溢流水及無閥過濾器排污水回收工程
改造前的運行情況：無閥過濾器不定期進行反沖洗，每次沖洗時大約有50 t 水流入明渠。循環水是通過循環水泵來保障凝汽器、冷油器、空冷器等換熱設備溫度的，各種轉動設備的冷卻水又回流循環水池，當循環水池的水位達到3.1 m 時，循環水自溢流管流入明渠，造成了極大的浪費。
改善措施：在無閥過濾器旁放一水罐，當反沖洗及循環水池溢流時，水流入罐體，達到一定液位時，自吸泵啟動，抽到成品水池。
改善成果：通過這一年多的運行，現每日節水量達到380 t 之多，既改善了現場環境，又極大地節約了生產用水。
4.3 1#、2# 鍋爐疏水回收工程
改造前的運行情況：每一次啟停鍋爐時，每一道疏水系統必須開啟，在冬季，為防止疏水閥門凍結必須長期打開，各疏水通過連接的母管流入明渠，造成了浪費。
改善措施：把疏水管路的母管通往疏水擴容器內，流入排污池由泵打到成品循環水池再利用。改善成果：每啟一次鍋爐，可回收水量在20 t，冬季每天回收10 t。
4.4 1#、2# 鍋爐循環風機減溫水改造工程
改造前的運行情況：在外網管道出現問題或其他特殊情況時，哪怕是停1 h 供水的情況下，余熱系統就必須停機停爐，啟停一次至少需要3h，按平均發電量計算，少發電30 000 kW·h。
改善措施：從循環水泵出口母管焊接DN100管路，通過分支變徑DN80 通向1#、2# 鍋爐循環風機進行設備冷卻。
改善成果：既可在短時間（4 h）內外網停水的情況下，保證設備的正常運行，而且可以在春、秋、冬季長時間使用循環水池冷卻水，每天可節約工業水480 t。
4.5 環冷機高溫段煙道增高改造工程
改造前的運行情況，以2015 年8 月份下旬為例：
鍋爐高溫段平均煙溫：394.5 ℃；
中溫段平均煙溫：371.6 ℃；
鍋爐入口平均煙溫：（340±5）℃；
平均負荷：4 437.5 kW。
改善措施：在燒結機下料口到高溫段煙罩加高。
改造成果，以2015 年9 月份上旬為例：
鍋爐高溫段平均煙溫：420.3 ℃；
中溫段平均煙溫：390.2 ℃；
鍋爐入口平均煙溫：（360±5）℃；
平均負荷：4 638.5 kW。
從以上數據可以看出，經過改造煙溫平均提高20 ℃左右，單線每小時可多發電200 kW·h 左右。
5 余熱發電系統運行效果
5.1 節能降耗效果
本工程自投運后，設備運行良好，可實現年供電量6.68 ×107 kW·h，在未實施燒結環冷機余熱發電工程之前，燒結工序能耗約為46～47 kgce/t 礦，發電項目實施后，燒結工序能耗降為44～45 kgce/t礦，其余熱降耗效果突出。不僅減少了企業自外網的購電量，年節約能源消費量2.67 萬tce，在促進資源節約的同時，有助于改善當地的能源結構，提高能源安全，而且還降低了企業成本，增加了企業的經濟效益和市場競爭能力。
5.2 減排效果
燒結環冷機煙氣中不可避免地帶有一定質量的粉塵，在余熱鍋爐內，這些粉塵大部分會沉降下來，并被集中收集，減少了粉塵排放。系統正常運行時，煙氣在完成熱交換后，全部返回到燒結環冷機中，不僅實現資源的循環利用，而且減少了廢渣和粉塵等污染物對環境的污染。利用燒結環冷機上的純低溫余熱進行發電，減少了CO2排放量6.68 萬t，SO2排放量427.43 t。
本工程充分利用排放的二次能源建設發電機組并供熱，避免了廢氣對大氣的嚴重污染，改善了周邊環境，同時，對聯合特鋼公司所在地區的可持續發展也起到了很大作用。
6 結語
綜上所述，鋼鐵廠的燒結環冷機上的純低溫余熱發電的控制，充分利用了燒結環節中產生的大量低品質廢氣的熱量，并將其轉化成電能。如果每個鋼鐵企業都能充分利用余熱進行發電，每年所產生的經濟效益將十分巨大。這項控制技術將為改善產業結構，節能減排以及提高能源的利用率提供一條重要途徑[3]。
參考文獻
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[2] 沈東，張皓，周勇平.安鋼燒結環冷機低溫余熱發電工程[J].能源工程，2005（3）：58-60.
[3] 王旭偉，劉新堯.燒結環冷機低溫煙氣余熱發電的控制研究[J].新能源，2013（11）：159-160.