華吉濤
（廣西柳鋼中金不銹鋼有限公司 廣西 玉林 537624）
摘 要：摘要介紹了廣西柳鋼中金不銹鋼有限公司180m2燒結(jié)機(jī)以紅土鎳礦為原料，充分利用燒結(jié)余熱進(jìn)行發(fā)電的應(yīng)用情況，以及運(yùn)行過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題和解決辦法，對(duì)燒結(jié)余熱發(fā)電設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問(wèn)題給出了建議。
關(guān)健詞：燒結(jié)余熱回收；發(fā)電；實(shí)踐
1 引言
隨著“雙控”升級(jí)，限電政策頻發(fā)，鋼鐵企業(yè)作為用電大戶，在積極相應(yīng)國(guó)家“雙碳”政策，在實(shí)施節(jié)能減排的同時(shí)，眼光向內(nèi)，增加企業(yè)自主“造血”能力，滿足企業(yè)正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。廣西柳鋼中金不銹鋼有限公司是一家以采用燒結(jié)—高爐法生產(chǎn)含鎳鐵水，作為不銹鋼母液供后續(xù)冶煉不銹鋼的全流程企業(yè)。由于紅土鎳礦物理水及結(jié)晶水含量高，燒損大，硅、鎂含量高，且不能采用高堿度生產(chǎn)工藝，從而導(dǎo)致紅土鎳礦燒結(jié)難度大，表現(xiàn)在燒結(jié)礦強(qiáng)度差、產(chǎn)量低及能耗高。其燒結(jié)性能類(lèi)似于褐鐵礦粉，但遠(yuǎn)比常規(guī)褐鐵礦難燒結(jié)。而且，目前常規(guī)鐵礦燒結(jié)工藝中，褐鐵礦配比最高為50%左右。因此，全紅土鎳礦燒結(jié)是一個(gè)世界性難題。針對(duì)全紅土鎳礦燒結(jié)工藝過(guò)程中的波動(dòng)，如何更好的協(xié)同余熱發(fā)電，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中資源利用做大化，是紅土鎳礦燒結(jié)從業(yè)者考慮的一刻課題。
廣西柳鋼中金不銹鋼有限公司燒結(jié)廠(以下簡(jiǎn)稱(chēng)中金公司) 180m2燒結(jié)機(jī)于2014年10月1竣工投產(chǎn),設(shè)計(jì)年產(chǎn)自熔性鎳礦燒結(jié)礦120萬(wàn)噸，投產(chǎn)當(dāng)月即達(dá)產(chǎn)。因受紅土鎳礦燒結(jié)工藝影響，配套余熱發(fā)電選型為純低溫余熱發(fā)電站。因項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度問(wèn)題，燒結(jié)余熱發(fā)電尚未與燒結(jié)主體工程同時(shí)投運(yùn)，余熱發(fā)電項(xiàng)目推遲到2017年5月開(kāi)始并網(wǎng)發(fā)電；5月27日完成168小時(shí)考機(jī)運(yùn)行,系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)逐漸趨于穩(wěn)定,日發(fā)電量可達(dá)10萬(wàn)kWh。
2 中金公司燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)概況
中金公司余熱發(fā)電具體工藝流程見(jiàn)圖1。通過(guò)引風(fēng)機(jī)將環(huán)冷機(jī)1號(hào)、2號(hào)煙囪的高溫?zé)煔?約400℃)引出,混合后進(jìn)入高效余熱鍋爐，加熱鍋爐內(nèi)的水產(chǎn)生375℃的過(guò)熱蒸汽和144℃的低壓蒸汽,供出,混合后進(jìn)入高效余熱鍋爐加熱鍋爐內(nèi)的水產(chǎn)生375℃的過(guò)熱蒸汽和144℃的低壓蒸汽,供給汽輪機(jī)發(fā)電。經(jīng)引風(fēng)機(jī)循環(huán)風(fēng)機(jī)增壓后返回2號(hào)環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)池作為冷卻介質(zhì)冷卻燒結(jié)礦, 以此來(lái)提高環(huán)冷機(jī)排煙溫度。
圖1余熱發(fā)電工藝流程圖
3投產(chǎn)后出現(xiàn)的問(wèn)題
由于中金公司180m2燒結(jié)余熱發(fā)電工程和燒結(jié)機(jī)工程并非同時(shí)設(shè)計(jì)、投運(yùn)，加之自熔性鎳礦燒結(jié)余熱發(fā)電在我國(guó)尚未起步,鮮有經(jīng)驗(yàn)可借鑒,尤其是發(fā)電機(jī)組與燒結(jié)機(jī)的運(yùn)行未能很好的銜接,燒結(jié)余熱發(fā)電項(xiàng)目在投產(chǎn)后表現(xiàn)出一系列的問(wèn)題。
3．1 蒸汽參數(shù)不穩(wěn)定, 不能滿足汽輪機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的要求
汽輪機(jī)的正常運(yùn)行對(duì)蒸汽參數(shù)有一定的要求, 中金公司180 m2 燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電工程選用的汽輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí)蒸汽溫度為370 ℃, 最低為320 ℃, 最高為390 ℃。但是由于燒結(jié)過(guò)程波動(dòng)和余熱發(fā)電操作經(jīng)驗(yàn)缺乏, 投產(chǎn)后, 蒸汽溫度經(jīng)常低于300 ℃, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到汽輪機(jī)的要求, 從而導(dǎo)致機(jī)組頻繁停機(jī)。
3.1.1 原因分析
鍋爐蒸汽溫度低的直接原因是鍋爐入口煙氣溫度低。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致鍋爐入口煙氣溫度低的原因主要有兩個(gè): ①燒結(jié)礦嚴(yán)重過(guò)燒或嚴(yán)重欠燒。當(dāng)燒結(jié)礦嚴(yán)重過(guò)燒時(shí),在燒結(jié)機(jī)尾部燒結(jié)礦的冷卻過(guò)程就已開(kāi)始進(jìn)行了;嚴(yán)重欠燒時(shí),燒結(jié)混合料中的碳未能得到充分燃燒,所產(chǎn)生的熱量更少。這兩種情況都將導(dǎo)致給入冷卻機(jī)上的燒結(jié)礦攜帶的熱量減少,進(jìn)而導(dǎo)致煙氣溫度降低; ②鍋爐引風(fēng)量和環(huán)冷機(jī)鼓風(fēng)量不匹配。穿過(guò)環(huán)冷機(jī)熱礦層的高溫廢氣才是鍋爐的有效熱源,但是由于帶冷機(jī)和煙罩密封不嚴(yán),當(dāng)鍋爐引風(fēng)量大于廢氣回收段帶冷機(jī)的鼓風(fēng)量時(shí),將有大量冷風(fēng)漏入,導(dǎo)致進(jìn)入鍋爐的煙氣溫度急劇下降。
3.1.2 解決方法
對(duì)上述兩點(diǎn)原因,我們?cè)谕懂a(chǎn)后采取了相應(yīng)的措施。第一,穩(wěn)定燒結(jié)過(guò)程,嚴(yán)禁出現(xiàn)嚴(yán)重過(guò)燒和欠燒的情況,尤其是不能出現(xiàn)過(guò)燒的情況,重點(diǎn)加強(qiáng)了對(duì)一、二混添加水的控制。同時(shí)發(fā)揮中金公司180 m2 燒結(jié)機(jī)自動(dòng)化程度高的優(yōu)勢(shì),利用SPSS(燒結(jié)過(guò)程智能控制系統(tǒng)) 合理的控制燒結(jié)過(guò)程的BRP 點(diǎn),使該點(diǎn)維持在58 m～62 m 之間,從而穩(wěn)定了燒結(jié)過(guò)程。第二，正常運(yùn)行時(shí),引風(fēng)機(jī)應(yīng)該工作在所示的蒸發(fā)a 點(diǎn),若實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)煙氣溫度下降,可視情況通過(guò)關(guān)小引風(fēng)機(jī)的風(fēng)門(mén)(或同時(shí)關(guān)小鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的風(fēng)門(mén)) 來(lái)使煙氣溫度達(dá)到所要求的溫度。通過(guò)采取這些措施,蒸汽溫度的穩(wěn)定性得到了提高,2020年以后沒(méi)有出現(xiàn)因蒸汽溫度低而導(dǎo)致的停機(jī)現(xiàn)象。
3. 2 燒結(jié)機(jī)短時(shí)間停機(jī)嚴(yán)重影響余熱發(fā)電系統(tǒng)的作業(yè)率
燒結(jié)機(jī)短時(shí)間的停機(jī)(30 min 左右) 在燒結(jié)生產(chǎn)中是很難避免的,這種停機(jī)對(duì)燒結(jié)機(jī)作業(yè)率影響不大,但是對(duì)余熱發(fā)電機(jī)組影響卻很大。
3.2.1 原因分析
燒結(jié)機(jī)停機(jī)以后,不再有熱燒結(jié)礦卸到帶冷機(jī)上,此時(shí)鍋爐的熱源只是環(huán)冷機(jī)上燒結(jié)礦的物理熱,這部分熱量在鼓風(fēng)冷卻下很快就會(huì)消耗完,從而導(dǎo)致蒸汽溫度急劇下降,機(jī)組解列;另外,在燒結(jié)機(jī)短時(shí)間停機(jī)時(shí),操作人員一般是不主動(dòng)關(guān)主抽風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)，這便導(dǎo)致燒結(jié)機(jī)上原有的料層嚴(yán)重過(guò)燒，往往出現(xiàn)重新開(kāi)機(jī)后環(huán)冷機(jī)煙氣溫度先小幅度上升然后再急劇下降的情況。在不采取任何措施的情況下,燒結(jié)機(jī)停機(jī)10 min 以上就將導(dǎo)致余熱發(fā)電機(jī)組停機(jī)。從發(fā)電機(jī)解列到并網(wǎng)，至少需要2小時(shí)，若燒結(jié)機(jī)開(kāi)機(jī)后燒結(jié)過(guò)程不穩(wěn)定，所需要的時(shí)間將更長(zhǎng)。如果這種短時(shí)間的停機(jī)不能很好的解決且沒(méi)有很好的應(yīng)對(duì)措施,余熱發(fā)電將不能穩(wěn)定的運(yùn)行。
3.2.2 解決方法
燒結(jié)機(jī)停機(jī)后及時(shí)關(guān)小環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)和鍋爐引風(fēng)機(jī)的風(fēng)門(mén),同時(shí)將發(fā)電機(jī)組負(fù)荷快速減到10 %左右,以避免因煙氣溫度低導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組停機(jī);另外,還應(yīng)及時(shí)關(guān)小主抽風(fēng)機(jī)的風(fēng)門(mén)(根據(jù)預(yù)判故障處理時(shí)間風(fēng)門(mén)應(yīng)減至15 %左右) ,同時(shí)視停機(jī)時(shí)的燒成情況關(guān)閉燒結(jié)機(jī)后部的風(fēng)箱翻版,防止燒結(jié)機(jī)上的料層在停機(jī)期間嚴(yán)重過(guò)燒。燒結(jié)機(jī)停機(jī)重開(kāi)后帶冷煙氣溫度變化趨勢(shì)通過(guò)采取這些措施,大大減少了因燒結(jié)機(jī)短時(shí)間停機(jī)導(dǎo)致的余熱發(fā)電機(jī)組停機(jī)。目前,燒結(jié)機(jī)在30 min 以內(nèi)的停機(jī),燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組一般不會(huì)停機(jī)。
3.3 余熱鍋爐煙氣回收系統(tǒng)漏風(fēng)降低了余熱回收效率
煙氣回收系統(tǒng)的漏風(fēng)是導(dǎo)致余熱回收效率低和煙氣溫度低的主要原因,減少漏風(fēng)對(duì)提高余熱回收效率有重要意義。
3.3.1 原因分析
由于環(huán)冷機(jī)臺(tái)車(chē)與煙罩作相對(duì)運(yùn)動(dòng),二者之間存在間隙,因此在煙罩下部壓力與外界常溫空氣壓力不一致時(shí),就必然存在漏風(fēng)。實(shí)際上漏風(fēng)有兩種情況,一種是熱煙氣漏出系統(tǒng)(煙罩內(nèi)為正壓) ;另一種就是常溫空氣順著間隙進(jìn)入煙罩(煙罩內(nèi)的壓力小于外界壓力) 。這兩種漏風(fēng)都會(huì)降低余熱回收效率,由于煙道排煙溫度遠(yuǎn)高于常溫空氣溫度,所以常溫空氣漏入系統(tǒng)的危害更甚。
3.3.2 解決辦法
為減少漏風(fēng),正常運(yùn)行時(shí)帶冷機(jī)煙罩下部盡量保持微正壓,同時(shí)減小煙罩與臺(tái)車(chē)邊緣的間距,采用軟密封,在環(huán)冷機(jī)風(fēng)道內(nèi)側(cè)加裝風(fēng)向?qū)Я靼澹岣呃鋮s風(fēng)的利用率，降低漏風(fēng)。
4 關(guān)于燒結(jié)余熱發(fā)電的思考
隨著國(guó)內(nèi)新建燒結(jié)機(jī)面積逐漸擴(kuò)大,利用燒結(jié)礦冷卻余熱廢氣進(jìn)行發(fā)電已經(jīng)具備了基本條件。筆者認(rèn)為,在設(shè)計(jì)、建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)該兼顧以下幾點(diǎn):
4.1 燒結(jié)機(jī)必須具有較高的作業(yè)率
燒結(jié)機(jī)具備較高的作業(yè)率是余熱發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的前提條件。如前所述,燒結(jié)機(jī)短時(shí)間的停機(jī)可能導(dǎo)致機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間的停機(jī),影響余熱發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行和發(fā)電量。另外,頻繁的開(kāi)、停機(jī)對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和汽缸的損害也非常大,將嚴(yán)重影響汽輪機(jī)的使用壽命。目前,中金公司180 m2 燒結(jié)機(jī)作業(yè)率維持在98 %以上,每月除安排一次計(jì)劃?rùn)z修外,另外還會(huì)出現(xiàn)3～4 次零星停機(jī)。出現(xiàn)30 min 以內(nèi)的短時(shí)間停機(jī)時(shí),通過(guò)調(diào)整燒結(jié)機(jī)和余熱發(fā)電機(jī)組的操作,一般可以避免余熱發(fā)電機(jī)組停機(jī),余熱發(fā)電機(jī)組運(yùn)行較穩(wěn)定。
4.2 燒結(jié)過(guò)程要穩(wěn)定
燒結(jié)余熱發(fā)電對(duì)熱源有一定的要求,除要求有一定的數(shù)量外,煙氣溫度還要滿足汽輪機(jī)對(duì)蒸汽參數(shù)的要求。余熱發(fā)電機(jī)組投運(yùn)初期多次出現(xiàn)因煙氣溫度低而導(dǎo)致的機(jī)組停機(jī)現(xiàn)象。其根本原因是燒結(jié)過(guò)程不夠穩(wěn)定,出現(xiàn)嚴(yán)重過(guò)燒或欠燒的情況。后來(lái)通過(guò)嚴(yán)格混合料水分控制和燒結(jié)過(guò)程BRP控制,穩(wěn)定了燒結(jié)過(guò)程,基本上杜絕了嚴(yán)重過(guò)燒或欠燒的情況,余熱發(fā)電機(jī)組基本上沒(méi)有再出現(xiàn)因燒結(jié)過(guò)程不穩(wěn)定而導(dǎo)致的停機(jī)。
4.3 汽輪機(jī)的型號(hào)要與熱源的品位相匹配
汽輪機(jī)是整個(gè)余熱發(fā)電機(jī)組的核心設(shè)備,其運(yùn)行情況直接關(guān)系到機(jī)組工作的穩(wěn)定。汽輪機(jī)對(duì)進(jìn)汽參數(shù)有著嚴(yán)格的要求,太高或太低都不能進(jìn)入汽輪機(jī)。當(dāng)蒸汽溫度過(guò)高時(shí)還可以通過(guò)噴減溫水來(lái)降低蒸汽溫度;蒸汽溫度過(guò)低則沒(méi)有有效的解決措施。因此,余熱發(fā)電機(jī)組中蒸汽參數(shù)不能滿足汽輪機(jī)要求的,絕大多數(shù)是由于蒸汽溫度太低。在設(shè)計(jì)過(guò)程中汽輪機(jī)的選型應(yīng)該與廢氣溫度相匹配,盡量選擇進(jìn)汽參數(shù)稍微低一點(diǎn),且允許波動(dòng)范圍大一點(diǎn)的汽輪機(jī),從而保證投運(yùn)后汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。
4.4 除塵與環(huán)保
在余熱鍋爐引風(fēng)機(jī)和環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)的雙重作用下,燒結(jié)礦冷卻廢氣的含塵濃度往往會(huì)超過(guò)國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn),因此需要在煙氣回收系統(tǒng)中設(shè)置除塵裝置。增加除塵器必然導(dǎo)致煙氣系統(tǒng)阻力上升,從而要加大引風(fēng)機(jī)功率；另外,增加除塵器還會(huì)帶來(lái)一定的熱量損失,降低余熱回收的效率。盡管這兩點(diǎn)都是我們不愿意看到的,但是在目前的這種煙氣回收非閉式循環(huán)系統(tǒng)(鍋爐排煙全部或部分排入大氣) 中安裝除塵器卻是必須的。要解決這一問(wèn)題,將來(lái)可考采用煙氣全閉式循環(huán)系統(tǒng)(鍋爐排煙全部循環(huán)用作燒結(jié)礦的冷卻介質(zhì)) ,這樣可免去在系統(tǒng)中安設(shè)除塵器,它應(yīng)是今后燒結(jié)余熱回收系統(tǒng)的發(fā)展方向。
5 結(jié) 語(yǔ)
中金公司燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,取得了很好的效果。實(shí)際運(yùn)行情況表明,該余熱發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行正常的情況下,能向燒結(jié)廠提供35 %～40 %的用電量,為企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。目前在我國(guó)利用紅土鎳礦燒結(jié)余熱進(jìn)行發(fā)電的廠家還不多,但隨著國(guó)內(nèi)大型燒結(jié)機(jī)的發(fā)展，該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用回更加廣泛。