馬忠民

安鋼提高燒結(jié)余熱利用的生產(chǎn)實(shí)踐

馬忠民

（安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南安陽455004）

對(duì)安鋼燒結(jié)余熱利用的生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行了總結(jié)，介紹了安鋼兩套燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電機(jī)組的建設(shè)、運(yùn)行情況，并對(duì)機(jī)組發(fā)電情況進(jìn)行了比對(duì)，分析了燒結(jié)機(jī)機(jī)尾余熱鍋爐和液密封環(huán)冷機(jī)對(duì)發(fā)電效果的影響，指出了當(dāng)前安鋼燒結(jié)余熱利用生產(chǎn)暴露出的問題和存在的不足，并提出了解決辦法和改進(jìn)措施。

燒結(jié);余熱回收;液密封;生產(chǎn)實(shí)踐

1　引言

燒結(jié)工序的能耗占鋼鐵生產(chǎn)總能耗的9%~ 12%，僅次于煉鐵工序[1,2]，因此燒結(jié)工序余熱回收不僅是降低燒結(jié)工序能耗、提高能源利用效率的重要途徑，也是鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排的重要途徑。近年來，燒結(jié)余熱回收發(fā)電技術(shù)在鋼鐵行業(yè)獲得了大面積推廣應(yīng)用[3-5]，安鋼是自2008年以來第一例采用雙溫雙壓余熱鍋爐、廢氣全循環(huán)技術(shù)實(shí)施燒結(jié)機(jī)改造的企業(yè)。2011年安鋼新建500 m2燒結(jié)機(jī)時(shí)又提出同步設(shè)計(jì)、同時(shí)實(shí)施燒結(jié)余熱發(fā)電項(xiàng)目。在結(jié)合第一例發(fā)電機(jī)組技術(shù)應(yīng)用及運(yùn)行工況的前提下，安鋼又提出了回收燒結(jié)機(jī)尾部煙氣余熱的方案并給予實(shí)施。運(yùn)行初期，新建余熱發(fā)電機(jī)組存在發(fā)電不穩(wěn)定、效率低的情況，在經(jīng)過一系列提升發(fā)電效率的措施后，發(fā)電效果得到較好提升。500 m2燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電項(xiàng)目的成功應(yīng)用不僅大大降低了燒結(jié)工藝的能耗，而且給企業(yè)帶來了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2　安鋼燒結(jié)余熱資源利用情況

安鋼現(xiàn)有燒結(jié)機(jī)5臺(tái)，燒結(jié)機(jī)面積分別為95 m2、105 m2、360 m2、400 m2和500 m2，其中95 m2和105m2燒結(jié)機(jī)配備的是帶冷機(jī)，由于95 m2和105 m2燒結(jié)機(jī)工藝水平、設(shè)備配套、環(huán)保設(shè)施等已經(jīng)不能滿足當(dāng)前相關(guān)要求，目前已經(jīng)停產(chǎn)計(jì)劃拆除。其余3套燒結(jié)機(jī)均配套環(huán)冷機(jī)對(duì)燒結(jié)礦進(jìn)行冷卻。長期以來，安鋼對(duì)燒結(jié)余熱資源的回收主要集中在冷卻機(jī)廢氣和燒結(jié)機(jī)煙氣上，回收利用的方式有：采用熱管式余熱回收裝置，回收冷卻機(jī)高溫段廢氣顯熱產(chǎn)生蒸汽；將燒結(jié)煙氣返回?zé)Y(jié)工序作點(diǎn)火爐助燃空氣；預(yù)熱燒結(jié)混合料等。存在的問題，(1)余熱資源應(yīng)用不合理，一方面燒結(jié)工序產(chǎn)生的余熱資源并未得到有效的回收利用，存在余熱資源浪費(fèi)現(xiàn)象，另一方面，生產(chǎn)、生活需要的蒸汽又要?jiǎng)恿S鍋爐供給，冬季公司蒸汽緊張時(shí)還不得不燒煤取暖。(2)熱管式余熱回收技術(shù)得到的余熱蒸汽產(chǎn)品品質(zhì)較低，主要用于冬季采暖，利用受季節(jié)限制，并且公司熱管回收系統(tǒng)沒有設(shè)除塵器和自動(dòng)清灰裝置，熱管翅片上積灰嚴(yán)重，傳熱熱阻很快變大，影響換熱效率。另外熱管余熱回收裝置采用的是開路流程，排氣溫度在200益以上，余熱回收效率低。落后的燒結(jié)余熱回收技術(shù)造成燒結(jié)工序總能耗偏高，基本在55 kgce/t以上（見表1，近幾年安鋼燒結(jié)工序能耗）。

表1　安鋼燒結(jié)工序工序能耗kgce/t

3　安鋼燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)簡介

3.1安鋼燒結(jié)余熱發(fā)電建設(shè)概況

安鋼第一套燒結(jié)余熱發(fā)電項(xiàng)目于2007年11月 7日正式開工，在安鋼360 m2和400 m2燒結(jié)機(jī)上實(shí)施，360 m2燒結(jié)機(jī)配套環(huán)冷機(jī)為415 m2，環(huán)冷機(jī)配置5臺(tái)相同的鼓風(fēng)機(jī)，每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量為(45.3~ 48.4)伊104m3/h，風(fēng)壓為3648~4070 Pa；400 m2燒結(jié)機(jī)配套環(huán)冷機(jī)為460 m2，環(huán)冷機(jī)配置5臺(tái)相同的鼓風(fēng)機(jī)，每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量為(45.3~48.4)伊104m3/h，風(fēng)壓為3648~4070 Pa。經(jīng)過前期調(diào)研、考察、比較相對(duì)于閃蒸工藝和單壓余熱鍋爐工藝，雙壓余熱鍋爐的發(fā)電效率最高，可以達(dá)到25%以上，最后確定采用雙溫雙壓余熱鍋爐方式。經(jīng)過近一年的建設(shè)，2008年9月22日汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)成功。2012年8月安鋼開始實(shí)施第二套燒結(jié)余熱發(fā)電項(xiàng)目，項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的燒結(jié)機(jī)面積為500 m2，配套環(huán)冷機(jī)面積為550 m2環(huán)冷機(jī)，配置5臺(tái)相同的鼓風(fēng)機(jī)，每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量為(35.6~ 48.4)伊104m3/h，風(fēng)壓為3648~4070Pa。安鋼兩套余熱發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)比較見表2。

表2　安鋼燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)比較

安鋼實(shí)施第一例燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)改造時(shí)，受技術(shù)條件限制只回收了燒結(jié)環(huán)冷機(jī)段的廢氣余熱，主要實(shí)施方案為：采用雙溫雙壓余熱鍋爐分段回收環(huán)冷機(jī)玉段和域段排出來的廢氣，余熱鍋爐換熱后排出的140益尾氣再經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)送回環(huán)冷機(jī)臺(tái)車風(fēng)箱。該方案的特點(diǎn)：一是雙溫雙壓余熱鍋爐分段回收提高了I段廢氣資源的品質(zhì)；二是廢氣全循環(huán)模式減少了余熱資源浪費(fèi)；三是循環(huán)風(fēng)機(jī)可同時(shí)替代一段環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)，降低環(huán)冷機(jī)電耗。該方案的工藝簡圖見圖1。

圖1　安鋼第一套燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱回收工藝簡圖

2.2燒結(jié)機(jī)燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的改進(jìn)

結(jié)合安鋼第一套燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱回收項(xiàng)目的實(shí)施，在建設(shè)500 m2燒結(jié)機(jī)時(shí)即提出同步設(shè)計(jì)、建設(shè)余熱發(fā)電項(xiàng)目。500 m2燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電項(xiàng)目相比第一套余熱發(fā)電機(jī)組有較好改進(jìn)，主要如下：

(1)延續(xù)第一套余熱發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢。采用雙通道雙溫雙壓余熱鍋爐、廢氣全循環(huán)模式回收環(huán)冷機(jī)部分的中低溫余熱資源，通過鍋爐尾部的循環(huán)風(fēng)機(jī)將鍋爐尾氣送入環(huán)冷機(jī)冷卻燒結(jié)礦，這樣以來不但提高了鍋爐進(jìn)口煙氣的溫度，增加了鍋爐的過熱蒸汽溫度，從而提高了發(fā)電效率，同時(shí)還使環(huán)冷機(jī)出口形成一定程度的負(fù)壓，使環(huán)冷機(jī)煙氣的泄漏量減少了20%左右，上述中低溫余熱的分級(jí)回收和梯級(jí)利用技術(shù)，最大限度地實(shí)現(xiàn)了中低溫余熱的充分回收并轉(zhuǎn)換為高品質(zhì)的電能。

(2)結(jié)合第一套運(yùn)行情況給予改進(jìn)。采用液密封環(huán)冷機(jī)替代傳統(tǒng)的環(huán)冷機(jī)，由于液密封的密封效果好，有效減少了環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)率，提高了鼓風(fēng)機(jī)利用效率，降低風(fēng)機(jī)電耗；同時(shí)采用水作為介質(zhì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)密封，運(yùn)動(dòng)阻力小、運(yùn)行成本低，環(huán)冷機(jī)臺(tái)車驅(qū)動(dòng)動(dòng)能消耗小，通過改進(jìn)液密封環(huán)冷機(jī)冷卻風(fēng)的風(fēng)壓及流態(tài)的穩(wěn)定技術(shù)，提高了液密封效果的穩(wěn)定性和臺(tái)車運(yùn)行的穩(wěn)定性；由于液密封有雙層臺(tái)車，解決了臺(tái)車體易于磨損、積料等問題，延長了臺(tái)車的使用壽命；經(jīng)過上述技術(shù)改造后，燒結(jié)機(jī)頭尾端部漏風(fēng)問題得到顯著改善，系統(tǒng)漏風(fēng)率整體下降了20%左右，環(huán)冷機(jī)排出尾氣溫度明顯提高，基本維持在280~350益之間，同時(shí)減少了二次揚(yáng)塵，周圍環(huán)境得到了良好改善。

(3)擴(kuò)大余熱回收范圍至燒結(jié)機(jī)尾部余熱。設(shè)置機(jī)尾余熱鍋爐，將燒結(jié)主抽尾部22#~26#風(fēng)箱的余熱煙氣引出來，通過余熱鍋爐換熱后再送回主抽煙道，回收燒結(jié)主抽廢氣余熱煙氣量約27~32萬Nm3/h，平均回收煙氣溫度約320~380益，大大提高了燒結(jié)礦余熱資源回收量；機(jī)尾余熱回收簡圖見圖2燒結(jié)主抽尾部余熱回收簡圖。

圖2　燒結(jié)主抽尾部余熱回收簡圖

3　技術(shù)應(yīng)用與對(duì)比分析

3.1500m2燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電運(yùn)行狀況

500 m2燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電于2013年5月份開始試運(yùn)行。6月份開機(jī)時(shí)間僅為11天，且有5天不正常，不正常作業(yè)率達(dá)到45%以上，日平均發(fā)電量達(dá)不到15萬kWh，噸礦發(fā)電量僅為12 kWh/t。經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，量化部分指標(biāo)至操作規(guī)程，如主抽風(fēng)溫控制在120益以下，燒結(jié)機(jī)及環(huán)冷機(jī)結(jié)合上料量和產(chǎn)量對(duì)應(yīng)不同機(jī)速。在雙方聯(lián)系溝通及時(shí)、操作優(yōu)化的情況下，發(fā)電指標(biāo)也有較好提升，發(fā)電負(fù)荷由5000 kW提升到1.2萬kW，日發(fā)電量達(dá)到25萬kWh以上，噸礦發(fā)電量可達(dá)到19 kWh/t以上，不正常作業(yè)率降低到30%以下。影響發(fā)電的關(guān)鍵是燒結(jié)生產(chǎn)波動(dòng)造成的降負(fù)荷、停機(jī)時(shí)間（見圖3，2014年4月份生產(chǎn)數(shù)據(jù)）。

圖3　2014年4月份安鋼燒結(jié)噸燒結(jié)礦余熱發(fā)電指標(biāo)

3.2500m2燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電與環(huán)冷余熱發(fā)電對(duì)比

500 m2燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電相比公司第一套環(huán)冷余熱發(fā)電有不小改進(jìn)，主要為增加燒結(jié)機(jī)尾部余熱回收，并采用液密封環(huán)冷機(jī)。配置結(jié)尾余熱鍋爐后，噸礦蒸汽量可增加余熱蒸汽25.9 kg，增加發(fā)電量約4.3 kWh/t。采用液密封環(huán)冷機(jī)后，環(huán)冷余熱鍋爐的品質(zhì)得到較大提升，同時(shí)噸礦蒸汽量可增加3.1 kg/t（中溫段），增加發(fā)電量約為0.9 kWh/t?？傮w來看，500 m2燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電機(jī)組比第一套環(huán)冷余熱發(fā)電機(jī)組提升發(fā)電量約為5.2 kWh/t，見圖3。機(jī)組正常工況下主要對(duì)比參數(shù)見表3。

3.3效益分析

由以上分析可以看出，500 m2燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電機(jī)組回收機(jī)尾余熱并同時(shí)采用液密封技術(shù)比傳統(tǒng)余熱發(fā)電機(jī)組提高發(fā)電量約5.2 kWh/t燒結(jié)礦。以年產(chǎn)1000萬t鋼的企業(yè)計(jì)算，年產(chǎn)燒結(jié)礦約為1200萬t，年發(fā)電量可提高約6240萬kWh，折合標(biāo)煤約為0.77萬tce，減少CO2排放約為6 t，按華北地區(qū)的電價(jià)計(jì)算，年增加企業(yè)效益約為3744萬元。

表3　余熱發(fā)電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)及對(duì)比表

4　存在問題及改進(jìn)措施

（1）廢氣溫度波動(dòng)大，實(shí)際運(yùn)行中余熱回收段溫度最高能達(dá)到500益，最低時(shí)只有300益左右。

安鋼首先在不影響全廠生產(chǎn)流程的前提下，積極調(diào)整燒結(jié)上下工序，保證燒結(jié)生產(chǎn)的連續(xù)，進(jìn)而保證燒結(jié)余熱資源的穩(wěn)定、連續(xù)；其次，針對(duì)燒結(jié)機(jī)和環(huán)冷機(jī)，在滿足燒結(jié)礦燒結(jié)質(zhì)量的前提下，適當(dāng)調(diào)整燒結(jié)工藝，加大厚料層燒結(jié)、密切注意觀察倒數(shù)每4個(gè)或第5個(gè)風(fēng)箱的廢氣溫度作為超前控制的參數(shù),采用調(diào)整機(jī)速的辦法適當(dāng)后移燒結(jié)終點(diǎn)，盡可能控制燒結(jié)終點(diǎn)在燒結(jié)機(jī)的末端實(shí)現(xiàn)，減少燒結(jié)余熱通過主抽風(fēng)機(jī)的熱量損失，加大燒結(jié)余熱的回收量，同時(shí)避免出現(xiàn)過燒或夾雜生料未燒透的現(xiàn)象出現(xiàn)導(dǎo)致降低成品率，而使噸燒結(jié)礦能耗上升。

（2）汽輪機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，存在日常維護(hù)工作量較大、額定發(fā)電量不達(dá)產(chǎn)等問題，實(shí)際運(yùn)行的發(fā)電量與設(shè)計(jì)的發(fā)電量數(shù)值差距在25%以上。

在燒結(jié)余熱發(fā)電的實(shí)際運(yùn)行中考慮到換熱溫差的條件下，適當(dāng)提高主蒸汽溫度，提高雙壓系統(tǒng)余熱利用效率，增大汽輪機(jī)軸端功率。合理控制補(bǔ)汽蒸汽壓力，補(bǔ)汽蒸汽壓力的過高，使得進(jìn)入汽輪機(jī)低壓通流部分做功的補(bǔ)汽蒸汽進(jìn)口比焓值降低，低壓蒸汽流量減小，做功減少，降低了雙壓系統(tǒng)汽輪機(jī)軸端功率。由于汽輪機(jī)軸端功率隨補(bǔ)汽蒸汽溫度的變化較小，為了滿足汽水換熱溫差的要求，補(bǔ)汽蒸汽溫度的升高也受到了限制，生產(chǎn)中一直將補(bǔ)氣蒸汽控制在190~200益范圍內(nèi)。

（3）燒結(jié)余熱的熱源連續(xù)性難以保證，500 m2燒結(jié)機(jī)對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)時(shí)尤為嚴(yán)重。

由于360 m2燒結(jié)機(jī)與400 m2燒結(jié)機(jī)兩臺(tái)燒結(jié)環(huán)冷機(jī)對(duì)應(yīng)的是一臺(tái)雙壓余熱鍋爐發(fā)電系統(tǒng)，因此在運(yùn)行過程中存在緩沖，燒結(jié)機(jī)停產(chǎn)、檢修對(duì)其燒結(jié)余熱發(fā)電產(chǎn)生的影響相對(duì)較小，基本能夠保證汽輪機(jī)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)礦顯熱回收發(fā)電的可調(diào)性。而500 m2燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)采用單臺(tái)燒結(jié)機(jī)母管供給配一套發(fā)電系統(tǒng)的模式。燒結(jié)機(jī)在所難免的短暫停機(jī)后，由于沒有熱的燒結(jié)礦輸送到環(huán)冷機(jī)上，導(dǎo)致余熱鍋爐蒸汽溫度急劇下降；而重新開機(jī)后，從發(fā)電機(jī)解列到并網(wǎng)，一般需要2 h，針對(duì)500 m2燒結(jié)機(jī)的具體情況，在燒結(jié)機(jī)短暫停機(jī)后采取及時(shí)關(guān)閉環(huán)冷機(jī)和余熱鍋爐引風(fēng)機(jī)的風(fēng)門，調(diào)低發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷，關(guān)小主抽風(fēng)機(jī)的風(fēng)門等措施，以減少燒結(jié)機(jī)的停機(jī)次數(shù)，提高發(fā)電效率。綜合來看，采用多臺(tái)燒結(jié)機(jī)母管供給配一套發(fā)電系統(tǒng)的模式優(yōu)于單臺(tái)燒結(jié)機(jī)對(duì)一套發(fā)電系統(tǒng)模式。

5　結(jié)束語

安鋼近年來中低溫余熱回收技術(shù)在燒結(jié)余熱回收方面得到較好應(yīng)用，兩套燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的成功實(shí)施，不僅有效地降低了燒結(jié)生產(chǎn)的能耗和生產(chǎn)成本，同時(shí)也為國內(nèi)同類企業(yè)提供了可參考的實(shí)例。隨著企業(yè)余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)積累和管理的精細(xì)化，安鋼在燒結(jié)余熱發(fā)電的潛力會(huì)進(jìn)一步挖掘開發(fā)，余熱回收利用的應(yīng)用面將進(jìn)一步擴(kuò)大，余熱回收利用的經(jīng)濟(jì)效果會(huì)大幅提高。雖然目前燒結(jié)余熱回收技術(shù)在運(yùn)行穩(wěn)定性、投資回報(bào)等方面還存在不確定的問題，但隨著國家節(jié)能減排政策的嚴(yán)格要求，人們低碳經(jīng)濟(jì)的意識(shí)進(jìn)一步提高，燒結(jié)余熱回收利用技術(shù)在全國的推廣和普及必將更加廣泛，在提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生更大的社會(huì)效益和環(huán)境效益。

[1]蔡九菊,王建軍,陳春霞等.鋼鐵工業(yè)余熱資源的回收與利用[J].鋼鐵,2007,42(6):1.

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Production Practice of Increasing Utilization of Sintering Residual Heat in Anyang Steel

Ma Zhongmin
（Anyang Iron&Steel Group Co.,Ltd.,Anyang,Henan 455004,China）

The production practice of sintering residual heat recovery in Anyang Steel is summarized inthepaper.Theconstructionandoperatingexperienceof thetwopower generators using sintering residual heat at the plant are introduced and the current operation states of the two generators are compared.The effect of heat recovery boiler at sinter tail and liquid sealing circular-cooler on power generating performance is analyzed,problems and shortcomings in the sintering residual heat recovery are also pointed out and solutions and improvement measures are put forward.

sinter,waste heat recovery,liquid seal,production practice

TK115

B

1006-6764（2014）10-0041-04

2014-08-25

馬忠民（1962-），男，東北大學(xué)熱能工程研究生畢業(yè)，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事能源環(huán)保專業(yè)工作。