濟鋼國際工程技術(shù)有限公司 孫新安 宋慧昌 李會龍

0 引言

在鋼鐵生產(chǎn)過程中，燒結(jié)工序的能耗約占總能耗的10%，僅次于煉鐵工序，位居第二。在燒結(jié)工序總能耗中，有近50%的熱能以燒結(jié)機煙氣和冷卻機廢氣的顯熱形式排入大氣。由于燒結(jié)環(huán)冷機廢氣的溫度不高，為150~450 ℃，加上此前余熱回收技術(shù)的局限，燒結(jié)冷卻廢氣余熱回收項目往往給人以“造價高，發(fā)電少，回收年限長”的印象，長期以來被人們忽略遺忘。

隨著近幾年來低溫余熱回收技術(shù)突飛猛進，鋼鐵行業(yè)的余熱回收項目造價大幅度降低，同時余熱回收效率大幅提高。

上世紀(jì) 90年代以來，國內(nèi)一些鍋爐廠結(jié)合鋼鐵行業(yè)余熱回收利用的特點已成功開發(fā)出不同類型的余熱鍋爐，在技術(shù)上獲得重大突破，為鋼鐵行業(yè)余熱回收創(chuàng)造了優(yōu)越的條件。目前正是國家能源緊缺、大力提倡生產(chǎn)過程節(jié)能降耗的關(guān)鍵時期，國家有關(guān)部門對企業(yè)節(jié)能指標(biāo)提出了很高的要求。在這樣的形勢和技術(shù)條件下，一些有遠見的鋼鐵企業(yè)，迅速啟動各種余熱回收項目，不但解決了鋼鐵企業(yè)的節(jié)能降耗任務(wù)，為企業(yè)本身創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益，也同時對鋼鐵企業(yè)的環(huán)境保護工作起到有力促進作用。

環(huán)冷機余熱的回收，是通過余熱鍋爐回收環(huán)冷機低溫?zé)煔獾牡推肺队酂崮茉矗a(chǎn)生過熱蒸汽，來推動低參數(shù)的汽輪發(fā)電機組做功發(fā)電的最新成套技術(shù)；其與火力發(fā)電相比，不需要消耗一次能源，不產(chǎn)生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其它有害氣體；它是當(dāng)前工業(yè)企業(yè)節(jié)能和環(huán)保要求下的必然趨勢和產(chǎn)物，具有充分利用低溫廢氣、變廢為寶、節(jié)能環(huán)保的多重意義。具體來講環(huán)冷機余熱回收的意義體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)利用燒結(jié)環(huán)冷機煙氣余熱發(fā)電，部分代替來自電網(wǎng)的以煤燃料為能源的供電，從而起到減少溫室氣體排放的效果；

(2)降低燒結(jié)工序能耗，促進資源節(jié)約，降低鋼鐵企業(yè)噸鋼單位產(chǎn)值的能耗，增加企業(yè)的效益；

(3)有利于企業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實現(xiàn)，減少當(dāng)?shù)赜沙Ｒ?guī)火力發(fā)電廠帶來的SO2、NOx、粉塵之類的大氣污染物。

1 濟鋼400 m2燒結(jié)環(huán)冷機余熱利用工程

濟鋼 400 m2燒結(jié)環(huán)冷機余熱利用工程是利用余熱鍋爐回收燒結(jié)環(huán)冷機上熟礦熱量生產(chǎn)蒸汽，配套建設(shè)燒結(jié)余熱發(fā)電。燒結(jié)余熱發(fā)電工藝采用 1＋1+1建制，即1臺燒結(jié)環(huán)冷機配套建設(shè)1臺余熱鍋爐和1臺蒸汽輪發(fā)電機組。余熱鍋爐產(chǎn)生兩種蒸汽：中壓蒸汽和低壓蒸汽，分別通過一根蒸汽管道輸送至電站。中壓蒸汽作為汽輪機主進汽，低壓蒸汽作為補汽用來發(fā)電。其工藝流程見圖1。

圖1 濟鋼400 m2燒結(jié)環(huán)冷機余熱利用工藝流程示意

余熱利用汽水流程：余熱鍋爐的給水(凝結(jié)水)經(jīng)各自的給水操縱臺進入省煤器加熱后，接近飽和溫度的水進入鍋筒，鍋筒內(nèi)的水經(jīng)下降管進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)受熱后成為汽水混合物又回到鍋筒(分離器)，在鍋筒(分離器)內(nèi)進行汽水分離，分離下來的水回到鍋筒的水空間，飽和蒸汽則通過飽和蒸汽引出管被送到過熱器，飽和蒸汽在過熱器內(nèi)被加熱成過熱蒸汽，然后經(jīng)減溫器調(diào)溫，達到規(guī)定的蒸汽溫度后，經(jīng)主汽管送入汽輪機。汽輪機冷凝水通過凝結(jié)水泵送入除鹽水箱，而后再通過低壓給水泵送入鍋爐省煤器進入下一輪汽水循環(huán)。

環(huán)冷機余熱鍋爐入口煙氣參數(shù)見表1。

表1 環(huán)冷機余熱鍋爐入口煙氣參數(shù)

煙氣量工況波動按20%考慮。煙氣成份：N2、O2、H2O，其中：N2占78%，O2占21%，H2O占1%，煙氣含灰量為小于1 g/m3。成分為鐵礦石燒結(jié)熟料，粒徑為100 μm。

環(huán)冷機煙氣的余熱回收利用方案，采用煙氣再循環(huán)方式，即：循環(huán)風(fēng)機出口風(fēng)(原有2區(qū)段的環(huán)冷鼓風(fēng)機作備用)通過環(huán)冷機被加熱到300~500 oC后，分別通過切換擋板門及沉降室后引入到余熱鍋爐(當(dāng)余熱鍋爐故障時切換擋板風(fēng)門可切換到排空)。1#煙囪被加熱的煙氣在進入余熱爐之前先以沉降室簡單除塵(除塵效率50%)，環(huán)冷1、2區(qū)段被加熱的煙氣分別通過余熱鍋爐換熱后，溫度降為130 oC左右，然后通過循環(huán)風(fēng)機，經(jīng)三通擋板閥及環(huán)冷機入口電動風(fēng)門后進入環(huán)冷機。當(dāng)余熱鍋爐故障時，切換擋板門關(guān)閉，煙氣排空，環(huán)冷機1區(qū)需要的冷卻風(fēng)由循環(huán)風(fēng)機提供。此時余熱鍋爐出口煙道電動蝶閥關(guān)閉。循環(huán)風(fēng)機通過其前的冷風(fēng)吸入口吸入冷風(fēng)。2區(qū)段原有鼓風(fēng)機供應(yīng)。

循環(huán)風(fēng)機入口前需要再補充 5%~15%的冷風(fēng)進入(此風(fēng)量需根據(jù)燒結(jié)機的實際風(fēng)泄露率確定)，以使循環(huán)風(fēng)機進入的風(fēng)量能滿足環(huán)冷機工藝?yán)鋮s風(fēng)量的需求，若環(huán)冷機的熱風(fēng)泄漏率變大，可通過調(diào)節(jié)補冷風(fēng)口的進口電動調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)進風(fēng)量。

考慮到燒結(jié)環(huán)冷機的燒結(jié)料量的變化和燒結(jié)量厚度對熱煙氣循環(huán)風(fēng)機運行的影響，循環(huán)風(fēng)機采用入口擋板調(diào)節(jié)。環(huán)冷機的冷卻風(fēng)風(fēng)箱入口設(shè)置電動風(fēng)門，調(diào)節(jié)進入環(huán)冷機的風(fēng)量和風(fēng)壓。

熱煙氣再循環(huán)風(fēng)機出口新增一座30 m高的鋼煙囪，以備余熱鍋爐故障時，煙氣排空用。

環(huán)冷機排出的高、低溫?zé)煔夥謩e通過高、低溫?zé)煹肋M入余熱鍋爐回收熱量，余熱鍋爐排出的約140 ℃煙氣再由循環(huán)風(fēng)機送入環(huán)冷機冷卻礦料。這樣做的好處在于：(1)可以大幅提高余熱鍋爐的能量回收效率；(2)可以大幅度減少煙氣中礦塵直接排空帶來的環(huán)境污染；(3)熱風(fēng)冷卻燒結(jié)礦可減少礦料的急冷破碎現(xiàn)象，提高燒結(jié)礦料品質(zhì)。

本燒結(jié)環(huán)冷機余熱利用項目擬利用循環(huán)風(fēng)機抽取環(huán)冷機 1、2區(qū)段內(nèi)的較高溫度的煙氣，分別進入余熱鍋爐高、低溫區(qū)段，回收煙氣能量，用于發(fā)電。

由于環(huán)冷機 3區(qū)段及以后的排出煙氣溫度很低，回收價值較低，所以本項目不考慮回收。

本項目在相關(guān)鍋爐廠、汽輪機廠的大力支持配合下，通過多次理論分析計算，得出本項目余熱鍋爐、汽輪發(fā)電機組出力詳見表2。

表2 余熱鍋爐、汽輪發(fā)電機組出力情況

本項目設(shè)備選型原則：

(1)引進國內(nèi)外先進技術(shù)及軟件，采用成熟穩(wěn)定、實用可靠的中低溫?zé)煔庥酂峄厥瞻l(fā)電技術(shù)(余熱高效回收及能量梯級利用技術(shù))和工藝流程及設(shè)備，技術(shù)裝備水平達到國內(nèi)先進水平；

(2)設(shè)備原則上選用國產(chǎn)成熟設(shè)備，降低生產(chǎn)成本和基建投入；

(3)節(jié)約投資，確保系統(tǒng)簡潔可靠、方便檢修維護的原則，充分利用原廠現(xiàn)有設(shè)施，合理布置熱力發(fā)電機組設(shè)備、系統(tǒng)。

本項目主要設(shè)備為余熱鍋爐和汽輪發(fā)電機組。余熱鍋爐為雙壓、立式、無補燃自然循環(huán)鍋爐，適用于燒結(jié)環(huán)冷機排氣——煙氣的余熱回收及除塵。

鍋爐采用雙通道煙氣進氣系統(tǒng)，高溫?zé)煔饨?jīng)部分高壓受熱面換熱，低溫?zé)煔饨?jīng)部分低壓受熱面換熱，高溫?zé)煔鉄煖亟抵僚c低溫?zé)煔庀喈?dāng)后，兩股煙氣混合再與其余的受熱面換熱，充分利用煙氣的不同品質(zhì)，實現(xiàn)煙氣熱能的梯級利用。

鍋爐自帶除氧裝置，無需額外的除氧裝置及其所需的加熱蒸汽。特別是在余熱鍋爐冷態(tài)啟動階段，現(xiàn)場無法提供除氧加熱蒸汽的情況下，該優(yōu)點尤為重要，可有效保障余熱鍋爐的正常運行。

本項目循環(huán)風(fēng)機的選擇較為關(guān)鍵。循環(huán)風(fēng)機具有雙重作用：在余熱鍋爐停運時作為環(huán)冷機冷卻一區(qū)的鼓風(fēng)機使用；當(dāng)余熱鍋爐投入運行時作為引風(fēng)機將進入余熱鍋爐的高、低溫?zé)煔獬槌霾⑺腿氕h(huán)冷機冷卻一區(qū)。循環(huán)風(fēng)機壓頭既要滿足作為余熱鍋爐引風(fēng)機的需要，將環(huán)冷機高、低溫?zé)煔庥行б胗酂徨仩t滿足換熱要求，又要滿足環(huán)冷機冷卻熟礦的需要。所選的風(fēng)機壓頭應(yīng)適中，過大易將大量細(xì)碎粉塵引入鍋爐煙道，加速煙管磨損，降低余熱鍋爐壽命，同時引起環(huán)冷機漏入冷風(fēng)量增加，不利于煙氣的回收利用，風(fēng)機能耗增大。當(dāng)然，如果風(fēng)機壓頭過小，造成煙氣不能有效進入余熱鍋爐進行熱交換，蒸汽量及品質(zhì)大幅降低、進而失去余熱利用的意義。

采用凝汽補汽式雙壓汽輪機組，提高發(fā)電效率。余熱鍋爐中壓蒸汽進入汽輪機中壓段做功，低壓蒸汽從低壓段入口進入汽輪機做功，采用雙壓汽輪機雖然增加了汽輪機末級葉片高度和制作強度要求，一定程度上增加了汽輪機的造價，但同時產(chǎn)生的經(jīng)濟效益相當(dāng)明顯。通過測算，雙壓汽輪機組比單壓汽輪機組發(fā)電量約增加15%~20%，在2年內(nèi)即可收回投資。

汽輪機本體抽真空系統(tǒng)采用真空泵用于拉真空。濟鋼320 m2燒結(jié)機余熱發(fā)電站真空泵運行實踐表明，該設(shè)備能夠長期穩(wěn)定運行，檢修量小，是電站抽真空設(shè)備的良好選擇。

本項目主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)見表3。

表3 濟鋼燒結(jié)環(huán)冷機余熱利用項目主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

3 結(jié)語

余熱回收發(fā)電項目不僅能獲得良好的經(jīng)濟效益，減少鋼鐵廠能耗，還能減少溫室氣體和酸性氣體的排放，有效地防治環(huán)境污染，將是一項一舉多得的資源綜合利用項目，完全有必要大力推廣，尤其是在我國要實現(xiàn)經(jīng)濟持續(xù)、快速、健康發(fā)展的前提下。

濟鋼集團作為全國首批循環(huán)經(jīng)濟試點單位積極響應(yīng)國家號召，在節(jié)能降耗、節(jié)水、減排等方面大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，已取得非常大的成功。目前該項目在濟鋼集團公司的大力支持下正有條不紊地迅速建設(shè)中。