燒結余熱發(fā)電在龍鋼公司的應用

董紅梅

        陜鋼集團龍鋼公司生產指揮控制中心

摘要：本文主要介紹了龍鋼公司450m²余熱發(fā)電采用新型發(fā)電技術，將低價值的熱量得到有效利用的實例。

關鍵詞：450m²燒結；余熱發(fā)電；低價值；利用

1  引言

鋼鐵行業(yè)產生大量的富有可利用熱量的廢氣，主要來自燒結機煙氣顯熱、紅焦顯熱、轉爐煙氣及加熱爐爐底的余熱回收裝置等，各種余熱資源約占全部生產能耗的 68%。充分說明在目前鋼鐵生產過程中 2/3以上的能量是以廢氣、廢渣和產品余熱形式消耗。采用純低溫回收利用技術，可大量回收和充分利用鋼鐵工業(yè)生產過程中產生的大量低溫廢氣（汽）余熱，并可用于制冷、采暖、發(fā)電或熱電聯(lián)供。此項技術已成為鋼鐵工業(yè)節(jié)能降耗重要措施之一。

近些年來，鋼鐵行業(yè)不斷關注和重視燒結節(jié)能技術的應用與開發(fā)，在利用燒結余熱資源中，越來越多地采用低溫余熱發(fā)電技術。“穩(wěn)定可靠，技術先進，降低能耗，節(jié)省投資”為基準，采用熱量梯級利用原則，最大程度回收煙氣熱量，選用技術先進、成熟、運行可靠的余熱回收及發(fā)電設備；其優(yōu)點在于不僅能夠回收余熱，同時也解決了余熱蒸汽的升值利用問題，并帶來了明顯的經濟效益和社會效益。

2  工藝簡介

陜西龍門鋼鐵有限責任公司450m²燒結機一臺，配套一臺520m²環(huán)冷機。環(huán)冷機配備的鼓風機送入的冷風在冷卻燒結礦的同時被加熱成40~100℃不等的低溫熱氣，余熱鍋爐為直聯(lián)爐罩式余熱鍋爐，即余熱鍋爐直接安裝于燒結冷卻機上。將高參數(shù)過熱器布置于高參數(shù)段余熱鍋爐的最下端，直接靠近~700℃的燒結礦并與其進行輻射換熱，提高傳熱效率，同時將燒結冷卻機第一段和第二段的高溫廢氣(360℃～ 500℃)直接經集氣罩導入高參數(shù)段余熱鍋爐的高溫換熱區(qū)進行對流換熱，換熱后的廢氣溫度降至224℃，相同質量的廢氣因溫降而體積縮小，再經較小直徑（為現(xiàn)有技術的0.3-0.5倍）的煙風管道引至低參數(shù)段余熱鍋爐。鍋爐出口煙氣經循環(huán)風機回至冷卻機風箱下部代替空氣冷卻燒結礦，從而完成整個系統(tǒng)循環(huán)。

3 技術特點

3.1 技術專利：

龍鋼450m²燒結余熱發(fā)電項目采用中冶長天國際工程有限責任公司的直聯(lián)爐罩式余熱鍋爐發(fā)電系統(tǒng)及技術（ZL 2010 1 0151375.x）和一種風機串、并聯(lián)的燒結冷卻機余熱利用系統(tǒng)（ZL2014 2 0548477.9）, 直聯(lián)爐罩式余熱鍋爐發(fā)電系統(tǒng)及技術已成功運用到國內外20多個項目。

3.2技術優(yōu)點

3.2.1熱電效率顯著。高溫煙氣幾乎“零”距離輸送。 

將余熱鍋爐高參數(shù)換熱組件及高參數(shù)汽包直接布置在冷卻機上方，利用冷卻機骨架支撐，使高溫煙氣幾乎“零”距離輸送，直接進入高參數(shù)換熱組件，避免了傳輸過程中的熱量損失，高溫煙氣無溫降，并且冷卻機上燒結礦(600-700℃)的輻射熱也得到利用。高溫蒸汽（高于350℃）的產汽量提高50%，高溫蒸汽驅動汽輪機高速運轉，使得發(fā)電效率提高12%，總體而言，顯著提高了熱效率。

3.2.2系統(tǒng)穩(wěn)定性好，燒結礦的熱量以高溫蒸汽的形式取走。

最大效率的使得燒結礦的熱量以高溫蒸汽的形式取走，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。由于余熱鍋爐高參數(shù)過熱器直接處于燒結礦溫度最高部位，當燒結工藝、燒結原料配比或氣候變化導致余熱煙風溫度過低時，高參數(shù)過熱器與高溫燒結礦輻射換熱，同時還與高溫煙氣進行對流換熱，可確保高參數(shù)蒸汽溫度在360℃以上，保證進汽輪機主汽溫度，從而使余熱回收系統(tǒng)穩(wěn)定性提高。其中高參數(shù)蒸汽溫度比現(xiàn)有技術至少提高了40-50℃，發(fā)電效率提高約12%，降低汽耗率3.5%。

3.2.3電能損耗低、設備磨損少。 

高溫煙氣的取風口截面積大，只需小功率抽風機，煙氣流速低，高溫煙氣中的顆粒狀粉塵含量大大降低，顯著減少了鍋爐、風機和管道的磨損，因此，本系統(tǒng)無需設置慣性除塵器，加之抽風機功率減小，電能損耗大大降低。

3.2.4煙氣輸送管徑小，管路布置簡單 

由于高溫煙氣在高參數(shù)換熱組件內熱交換之后溫度降低（220℃）、煙氣體積收縮、密度變大，因此輸送管道管徑減小，進而使得：a. 散熱面積大大減少使得散熱損失小；b. 余熱利用系統(tǒng)占地面積小，管路布置簡單，投資造價低，設備(例如循環(huán)風機等)檢修更方便；c. 取風管道系統(tǒng)的最大阻力比機外布置余熱鍋爐取風管道最大阻力減少約257.9Pa，循環(huán)風機的能耗降低4%以上。

3.2.5低價值的熱量得到利用。 

冷卻機的低溫煙氣直接進入低參數(shù)鍋爐：進一步在冷卻機上設置第三段取風口，將低溫煙氣(約250℃)引入余熱鍋爐的低參數(shù)鍋爐，增加了低參數(shù)蒸汽的產生量，低價值的熱量也得到利用。

3.2.6余熱鍋爐檢修方便，不影響燒結主機的運行。

煙道隔斷技術，即電動插板閥的設計：在鍋爐下端與冷卻機之間設置電動插板閥，以保證系統(tǒng)能夠在鍋爐需要檢修時快速切斷煙氣，并能夠減少外界空氣的漏入和煙氣的漏出，杜絕了由于余熱利用系統(tǒng)故障影響燒結主機作業(yè)率的可能性。

3.2.7煙氣循環(huán)利用，顯著減少廢氣排放。 

將冷卻機（環(huán)冷機高溫I段和低溫II段）排出來的廢煙氣引至冷卻機的余熱鍋爐內，經余熱鍋爐換熱后排出、再經循環(huán)風機送回環(huán)冷機臺車風箱，以實現(xiàn)煙氣的循環(huán)利用，顯著減少煙氣排放。

4  265m²(400m²)與450m²燒結余熱發(fā)電對比

5  效益

5.1  經濟效益

450m²燒結生產線總利用廢氣量約為75萬Nm³/h；余熱鍋爐共回收高參數(shù)蒸汽48t/h，低參數(shù)蒸汽10.5t/h，高、低壓蒸汽全部用于發(fā)電。環(huán)冷機中后部低溫廢氣，經熱水加熱器產生80~90℃熱水供燒結工藝用。

項目發(fā)電系統(tǒng)年運行7500h，年發(fā)電6268萬kWh，發(fā)電系統(tǒng)設備自用電1377萬kWh；計算出年回收余熱所供電量為4891萬kWh。

電站新水年消耗量為48.45萬m³；站用耗電量1377萬kWh；各能源折算標煤系數(shù)按《綜合能耗計算通則》和當?shù)刂笜藞?zhí)行，節(jié)能量結果如下：

a項目發(fā)電系統(tǒng)年向公司供電4891萬kWh，年節(jié)約標準煤17118.5噸。

b利用環(huán)冷機中后部低溫廢氣，經熱水加熱器產生80~90℃熱水供燒結工藝用，年可加熱水18.42萬噸，節(jié)約標準煤2100.27噸。

項目余熱回收年節(jié)約標準煤合計19218.77噸。

c龍鋼燒結余熱發(fā)電項目于2017年11月10日具備熱負荷條件開始煮爐，11月28日汽輪發(fā)電機組成功并網。項目投產后截止到2019年3月31日累計發(fā)電量8235.45萬kw.h，上網電量6835.424萬kw.h，按0.5元/kw.h計算，已為龍鋼產生經濟效益3417.712萬元。

5.2社會經濟效益

采用純低溫余熱發(fā)電技術，將燒結系統(tǒng)排放的廢氣余熱回收并轉換為電能再用于鋼鐵生產，廢氣溫度大幅降低后排入大氣，這對降低鋼鐵企業(yè)生產的綜合能耗、減排CO2、削減熱污染將是非常有效途徑。符合國家產業(yè)政策及資源綜合利用，有利于回收資源，節(jié)約能源，促進我國產業(yè)化的發(fā)展，有利于國民經濟的發(fā)展。

a回收利用燒結環(huán)冷機廢熱氣余熱，可實現(xiàn)企業(yè)資源優(yōu)化配置，不僅可以提高鋼鐵企業(yè)的資源利用效率和自供電率，也為實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排目標奠定基礎，降低企業(yè)能耗和生產成本，增加企業(yè)的經濟效益和市場競爭能力。

b余熱鍋爐有一定的集塵能力，大幅度減少環(huán)冷機廢熱氣直接向空排放帶來的礦粉對環(huán)境的影響；極大改善了周邊環(huán)境。

c本余熱利用裝置屬清潔能源生產技術，整個工藝過程不需要燃燒燃料（煤、油和燃氣），對大氣環(huán)境不增加任何污染物（TSP、SO2、NOX）的排放。

d年節(jié)約標準煤19218.77噸，使燒結工序能耗下降8-10kgce/t左右，年經濟效益3134萬元。

5.3  與原有發(fā)電機組效益對比分析

 265m²(400m²)噸礦發(fā)電量2018年平均在10kWh/t礦，450m²燒結噸礦發(fā)電量可達到15kWh/t礦，噸礦發(fā)電量增加5kWh/t，電單價按0.5元/kWh核算，噸礦經濟效益2.5元/噸礦。

6  近年來主要改進措施

6.1  總結經驗

經過多年對燒結余熱發(fā)電機組運行摸索，不斷總結影響燒結余熱發(fā)電因素，定期對凝汽器進行清洗，確保機組真空度，另一方面加大與工藝溝通協(xié)調，燒結終點位置、廢氣溫度、環(huán)冷機料層厚度等參數(shù)的控制，為機組發(fā)電量提升奠定堅實的基礎。

6.2. 400燒結余熱利用潛能挖掘方向

6.2.1燒結臺車終點位置控制優(yōu)化：400燒結目前有21.5個風箱（0.5個風箱為大修期間新增加的小風箱），原正常生產時終點位置控制在19^#風箱，造成最后兩個風箱熱能浪費；通過優(yōu)化操作，將燒結終點位置控制在20～21風箱，一方面降低熱損失，另一方面還提高燒結產量約4～5%。

6.2.2、400余熱鍋爐循環(huán)風機風量偏小。目前環(huán)冷一段煙溫約為430℃，二段煙氣溫度約為330℃，根據(jù)設計二段煙溫偏高，說明一段煙氣溫度未充分提取，循環(huán)風機風量偏小?，F(xiàn)400余熱循環(huán)風機配備4000KW電機，132萬m3/h風機，但實際風量遠遠達不到要求（風量提升，風機振動偏大）；根據(jù)計算，燒結余熱鍋爐約1萬m3煙氣流量產生1T蒸汽，按照60T/h能力計算，400余熱循環(huán)風機風量應保證60萬m³/h；2019年4月份利用檢修對循環(huán)風機進行了更換后，循環(huán)風機風量得到了較大提升。

6.2.3、優(yōu)化環(huán)冷煙道風量分配。燒結環(huán)冷余熱主要回收一段、二段煙氣溫度，目前400燒結二段、三段煙道貫通，造成二段熱量的損失；將二段、三段風道隔斷，同時給2^#環(huán)冷風機增加變頻控制，在2^#熱風罩安裝微壓控制器，通過聯(lián)鎖設置將熱風罩負壓控制在-50Pa,以提高余熱回收效率。

 6.3 優(yōu)化成品礦溫度控制，降低環(huán)冷風機電耗

行業(yè)標準要求成品礦溫度控制≤150℃，現(xiàn)國內先進行業(yè)礦溫控制約為100～120℃，一方面降低冷卻電耗，另一方面給高爐冶煉增加物理熱量，降低固然比。

通過以上措施，265m²（400m²）噸礦發(fā)電量由7.5kWh/t增加到10kWh/t,效果顯著。

6.4、450m²余熱發(fā)電上在線膠球清洗裝置

2019年計劃對450m²燒結余熱發(fā)電上一套在線膠球清晰裝置，降低因凝氣器因為清潔度變差造成的真空度較低，影響發(fā)電機組效率。

7  結束語

燒結余熱發(fā)電在龍鋼公司得到了很好的應用，項目實施后效果顯著，一方面響應了國家節(jié)能減排的政策，充分利用了燒結煙氣熱量，另一方面增加企業(yè)電力供應的穩(wěn)定性，降低公司的用電成本。 但龍鋼公司燒結余熱發(fā)電指標與鋼鐵行業(yè)先進指標還存在較大差異,還有較大提升空間,這還需要我們不斷探索、提升指標，為國家節(jié)能減排做出更大的貢獻。