供稿|申世武，周蕓 / SHEN Shi-wu, ZHOU Yun

在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈、人們?nèi)找嬷匾暛h(huán)境質(zhì)量的今天，如何降低能耗、減少污染排放，無疑是擺在各大鋼鐵企業(yè)面前的重點(diǎn)、難點(diǎn)。眾所周知，在鋼鐵生產(chǎn)過程中，燒結(jié)工序不僅能耗大(僅次于煉鐵工序，位居第二)，而且有近50%的熱能以燒結(jié)機(jī)煙氣和環(huán)冷機(jī)(帶冷機(jī))廢氣的顯熱形式排入大氣。對(duì)于這種余熱，目前國(guó)內(nèi)外鋼鐵廠大多仍停留于熱風(fēng)燒結(jié)及產(chǎn)生低容量、低品位蒸汽或熱水利用上。其實(shí)，使燒結(jié)機(jī)中低溫廢氣通過熱管余熱鍋爐技術(shù)能有效利用更多能量。從能源利用的有效性和經(jīng)濟(jì)性角度看，這一技術(shù)能夠充分利用低溫廢氣以達(dá)到變廢為寶、凈化環(huán)境的目的，不僅是未來中低溫余熱利用的發(fā)展方向，也是當(dāng)前鋼鐵工業(yè)企業(yè)節(jié)能和環(huán)保要求下的必然趨勢(shì)和產(chǎn)物。

工藝概述

(1)根據(jù)燒結(jié)機(jī)具體情況，對(duì)內(nèi)置式熱管余熱鍋爐采用分段布置方式，將過熱器、蒸發(fā)器、水預(yù)熱器分別布置在不同風(fēng)管之間的煙道上，實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)回收，以提高能量的回收利用率。(2)采用全自然循環(huán)余熱鍋爐技術(shù)，無需另加循環(huán)泵，減少中間設(shè)備和故障點(diǎn)，提高綜合利用率。(3)采用純低溫?zé)煔鉄o補(bǔ)燃余熱回收技術(shù)，即燒結(jié)機(jī)機(jī)尾余熱煙氣為210~420 ℃的純低溫?zé)煔猓瑹o需進(jìn)行補(bǔ)燃，實(shí)現(xiàn)純低溫余熱回收。(4)能適應(yīng)燒結(jié)機(jī)機(jī)尾余熱煙氣溫度、流量波動(dòng)變化的工況，調(diào)節(jié)能力強(qiáng)。(5)受熱面全部采用熱管管組，安裝方便，易于保證質(zhì)量，縮短安裝周期。(6)由于蒸發(fā)段處于煙道外，煙道內(nèi)排除漏水情況，保證了燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫技術(shù)要求。(7)受熱面全部采用螺旋鰭片管，適應(yīng)燒結(jié)機(jī)余熱煙氣溫度低、流量大的特點(diǎn)。

廣西某鋼廠360m2燒結(jié)機(jī)大煙道余熱回收工程的熱管余熱鍋爐系統(tǒng)南側(cè)、北側(cè)煙道熱管余熱鍋爐均采用分段布置方式。因?yàn)槟蟼?cè)煙道有18#、20#、22#、24#風(fēng)管共122600 m3/ h的廢氣量可用，所以南側(cè)煙道分段設(shè)計(jì)成蒸汽過熱器、蒸汽發(fā)生器、二級(jí)水預(yù)熱器、一級(jí)水預(yù)熱器。而北側(cè)煙道只有19#、21#、23#風(fēng)管共98500 m3/ h的廢氣量可用，因此北側(cè)煙道設(shè)計(jì)成蒸汽過熱器、第一段蒸汽發(fā)生器、第二段蒸汽發(fā)生器、二級(jí)水預(yù)熱器。北側(cè)煙道的一級(jí)水預(yù)熱器與南側(cè)煙道合并，布置在南側(cè)煙道上。

在南側(cè)煙道中，20#風(fēng)箱與22#風(fēng)箱之間安裝過熱器，18#風(fēng)箱與20#風(fēng)箱之間安裝蒸發(fā)器，16#風(fēng)箱與18#風(fēng)箱之間安裝二級(jí)水預(yù)熱器及與北側(cè)煙道合并的1級(jí)水預(yù)熱器。同時(shí)在北側(cè)煙道，19#風(fēng)箱與21#風(fēng)箱之間安裝過熱器及第一段蒸發(fā)器，17#風(fēng)箱與19#風(fēng)箱之間安裝第二段蒸發(fā)器及二級(jí)水預(yù)熱器，北側(cè)煙道的一級(jí)水預(yù)熱器在南側(cè)煙道上。其中，2臺(tái)蒸發(fā)器共用1個(gè)汽包。汽包通過上升管和下降管與蒸發(fā)器連接，蒸發(fā)器吸收煙氣余熱產(chǎn)生蒸汽。蒸汽經(jīng)過過熱器后，產(chǎn)生過熱溫度為310℃、壓力為1.25 MPa、汽量為10 t的過熱蒸汽。其中約有0.3 t過熱蒸汽送往除氧器除氧，外供約9.7 t過熱蒸汽。40℃軟化水11 t進(jìn)入一級(jí)水預(yù)熱器，水被預(yù)熱到95℃后進(jìn)入除氧器，除氧后水溫約104℃。再由水泵打入二級(jí)水預(yù)熱器，水被預(yù)熱到170℃后，直接送入汽包。南、北側(cè)大煙道蒸發(fā)器所產(chǎn)生的飽和蒸汽通過上升管進(jìn)入汽包，汽包中汽水分離后，飽和水通過下降管分別回流到各自的蒸發(fā)器，飽和汽則分別進(jìn)入各自的過熱器過熱到310℃，過熱蒸汽進(jìn)入減溫器進(jìn)行過熱溫度的調(diào)節(jié)控制，然后外供與燒結(jié)機(jī)環(huán)冷機(jī)所產(chǎn)生的過熱蒸汽并網(wǎng)，送往發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

溫度及壓力檢測(cè)

控制南側(cè)煙道過熱器煙氣進(jìn)口溫度，當(dāng)煙氣進(jìn)口溫度超過420℃時(shí)，立即報(bào)警。同時(shí)與安裝在過熱器前面的煙道上的2個(gè)電磁閥聯(lián)鎖，使電磁閥得電開啟，吸入冷風(fēng)降低煙氣溫度。當(dāng)煙氣進(jìn)口溫度≤400℃時(shí)，解除與電磁閥聯(lián)鎖，電磁閥斷電關(guān)閉。

同時(shí)控制北側(cè)煙道過熱器煙氣進(jìn)口溫度，當(dāng)煙氣進(jìn)口溫度超過420℃時(shí)，立即報(bào)警。也與安裝在過熱器前面的煙道上的2個(gè)電磁閥聯(lián)鎖，使電磁閥得電開啟，吸入冷風(fēng)降低煙氣溫度。當(dāng)煙氣進(jìn)口溫度≤400℃時(shí)，解除與電磁閥聯(lián)鎖，電磁閥斷電關(guān)閉。

然后對(duì)南側(cè)煙道過熱器煙氣進(jìn)口壓力、出口壓力，蒸發(fā)器煙氣出口壓力，與一級(jí)水預(yù)熱器煙氣出口壓力進(jìn)行測(cè)量。對(duì)北側(cè)煙道過熱器煙氣進(jìn)口壓力、出口壓力，二級(jí)水預(yù)熱器煙氣出口壓力進(jìn)行測(cè)量，所有壓力測(cè)量值均應(yīng)遠(yuǎn)傳至控制室并在控制界面上顯示及記錄。

汽包水位及壓力控制

采用玻璃云母片雙色就地水位計(jì)顯示水位，數(shù)量2個(gè)。采用攝像頭對(duì)準(zhǔn)就地水位計(jì)遠(yuǎn)傳至控制室，顯示就地水位情況。采用平衡容器及配套的液位差壓變送器(2個(gè))遠(yuǎn)傳信號(hào)進(jìn)行水位顯示及控制。建議采用手動(dòng)給水和自動(dòng)給水兩種控制方式進(jìn)行水位控制，2臺(tái)給水泵為1備1用。運(yùn)行的給水泵始終處于運(yùn)行狀態(tài)，依靠各自管路上的電動(dòng)閘閥的自動(dòng)開啟或關(guān)閉來控制汽包液位。

汽包水位在汽包中心線 ±200 mm范圍內(nèi)波動(dòng)，當(dāng)水位到達(dá)汽包中心線以上100 mm處，高水位預(yù)報(bào)警，當(dāng)水位到達(dá)汽包中心線以上200 mm處時(shí)，自動(dòng)(或手動(dòng))關(guān)閉電動(dòng)閘閥停止給水，并且長(zhǎng)時(shí)間高水位報(bào)警。當(dāng)水位到達(dá)汽包中心線以下100 mm處，自動(dòng)(或手動(dòng))開啟電動(dòng)閘閥供水，同時(shí)低水位報(bào)警。當(dāng)汽包水位低于汽包中心線以下100 mm時(shí)，若水位仍持續(xù)下降至-200 mm時(shí)，則需自動(dòng)(或手動(dòng))開啟另一臺(tái)備用水泵及電動(dòng)閘閥供水。

汽包蒸汽壓力的檢測(cè)，除了就地儀表外，需采用壓力變送器遠(yuǎn)傳信號(hào)至控制室。當(dāng)壓力超過1.25 MPa時(shí)，自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)主蒸汽閥門開度加大。當(dāng)壓力低于1.2 MPa時(shí)，自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)主蒸汽閥門的開度關(guān)小。

汽包上設(shè)置連續(xù)排污閥(手動(dòng)閥)和定期排污閥。連續(xù)排污閥常開，污水直接通向排污擴(kuò)容器。定期排污閥為電動(dòng)閘閥，電動(dòng)閘閥前的手動(dòng)截止閥常開，電動(dòng)閘閥常閉。每班至少定期排污1次，可設(shè)計(jì)成自動(dòng)定期定時(shí)(或手動(dòng)點(diǎn)動(dòng))開啟定期排污電動(dòng)閘閥。當(dāng)汽包水位控制閥出現(xiàn)故障或平衡容器失靈當(dāng)鍋爐汽包水位高于緊急水位時(shí)，為防止汽包滿水或在嚴(yán)重超水位工況下工作，需聯(lián)鎖自動(dòng)(或手動(dòng))打開緊急放水電動(dòng)閘閥。

過熱蒸汽溫度及放散控制

額定蒸汽過熱溫度為310℃，除了就地溫度計(jì)現(xiàn)場(chǎng)顯示過熱蒸汽溫度外，還必須將另1支熱電偶的溫度信號(hào)遠(yuǎn)傳至控制室，由PLC進(jìn)行計(jì)算轉(zhuǎn)換顯示在控制畫面上，輸出信號(hào)為4~20 mA。當(dāng)溫度超過320℃時(shí)，反饋信號(hào)指令減溫器給水閥門自動(dòng)開啟，減溫器內(nèi)的噴頭開始自動(dòng)噴淋降溫，當(dāng)溫度降低到310℃時(shí)，減溫器給水閥門自動(dòng)關(guān)閉停止噴淋。

當(dāng)汽輪機(jī)故障或其他設(shè)備故障時(shí)，應(yīng)該給熱管余熱鍋爐系統(tǒng)的控制室發(fā)來信號(hào)，采用聯(lián)鎖方式自動(dòng)(或手動(dòng))先打開過熱蒸汽管路上的電動(dòng)閘閥(放散閥)，使蒸汽能夠?qū)崿F(xiàn)緊急快速放散。后自動(dòng)(或手動(dòng))關(guān)閉過熱蒸汽管路上的電動(dòng)閘閥，停止向汽輪機(jī)供汽。

除氧器水箱液位控制

采用雙色水位計(jì)進(jìn)行就地水位顯示。采用攝像頭對(duì)準(zhǔn)就地水位計(jì)遠(yuǎn)傳至控制室，顯示就地水位情況。采用平衡容器及配套的液位差壓變送器(2個(gè))遠(yuǎn)傳信號(hào)進(jìn)行水位顯示及控制。建議采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式進(jìn)行水位控制。

除氧器水箱的水位在水箱基準(zhǔn)線上+200 mm，基準(zhǔn)線下-100 mm范圍內(nèi)波動(dòng)，當(dāng)水位到達(dá)水箱基準(zhǔn)線以上100 mm處，自動(dòng)(或手動(dòng))減小電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度(減小的幅度可任意設(shè)定)，降低進(jìn)入一級(jí)水預(yù)熱器的給水量，同時(shí)高水位報(bào)警。當(dāng)水位到達(dá)水箱基準(zhǔn)線以上200 mm處，則自動(dòng)(或手動(dòng))進(jìn)一步減小電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度(進(jìn)一步減小的幅度可任意設(shè)定)，進(jìn)一步降低進(jìn)入一級(jí)水預(yù)熱器的給水量。當(dāng)水位到達(dá)水箱基準(zhǔn)線以下100 mm處，自動(dòng)(或手動(dòng))加大電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度(加大的幅度可任意設(shè)定)，增加進(jìn)入一級(jí)水預(yù)熱器的給水量，同時(shí)低水位報(bào)警。

排污擴(kuò)容器液位控制：采用傳感型雙色液位計(jì)遠(yuǎn)傳信號(hào)至控制室顯示排污擴(kuò)容器液位。 建議采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式進(jìn)行排污擴(kuò)容器液位控制。當(dāng)排污擴(kuò)容器實(shí)際液位超出上液位限制線時(shí)，電動(dòng)排污閥自動(dòng)(或手動(dòng))開啟進(jìn)行排污，當(dāng)實(shí)際液位低于下液位限制線時(shí)，電動(dòng)排污閥自動(dòng)(或手動(dòng))關(guān)閉停止排污。

過熱蒸汽流量控制

建議在熱管余熱鍋爐系統(tǒng)設(shè)置三個(gè)流量檢測(cè)點(diǎn)：過熱蒸汽流量檢測(cè)及控制、鍋爐給水(除氧水)流量檢測(cè)及控制以及減溫器噴淋水流量檢測(cè)。在外供過熱蒸汽管路上安裝1臺(tái)過熱蒸汽流量計(jì)，檢測(cè)外供蒸汽流量。建議采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式進(jìn)行過熱蒸汽流量控制。

過熱蒸汽流量控制以額定外供9.7 t/h為基準(zhǔn)(基準(zhǔn)值可以根據(jù)需要及實(shí)際情況修改變動(dòng))。當(dāng)實(shí)際檢測(cè)到的過熱蒸汽流量大于基準(zhǔn)值10%時(shí)(大于的百分比份額可以任意設(shè)定)，自動(dòng)(或手動(dòng))減小流量控制閥(調(diào)節(jié)閥)的開度(減小的幅度可任意設(shè)定)，以減少進(jìn)入汽包的給水量。當(dāng)實(shí)際檢測(cè)到的過熱蒸汽流量小于基準(zhǔn)值10%時(shí)(小于的百分比份額可以任意設(shè)定)，自動(dòng)(或手動(dòng))加大流量控制閥(調(diào)節(jié)閥)的開度(加大的幅度可任意設(shè)定)，以增加進(jìn)入汽包的給水量。

鍋爐給水流量控制

在鍋爐給水管路上安裝1臺(tái)給水流量計(jì)，檢測(cè)進(jìn)入汽包的水量大小。建議采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式進(jìn)行鍋爐給水流量控制。

產(chǎn)氣量為10 t/h的熱管余熱鍋爐的額定給水量約為10.5 t/h，當(dāng)實(shí)際檢測(cè)到的鍋爐給水量大于基準(zhǔn)值10%時(shí)(大于的百分比份額可以任意設(shè)定)，自動(dòng)(或手動(dòng))減小流量控制閥(調(diào)節(jié)閥)的開度(減小的幅度可任意設(shè)定)，以減少進(jìn)入汽包的給水量。當(dāng)實(shí)際檢測(cè)到的鍋爐給水量小于基準(zhǔn)值10%時(shí)(小于的百分比份額可以任意設(shè)定)，自動(dòng)(或手動(dòng))加大流量控制閥(調(diào)節(jié)閥)的開度(加大的幅度可任意設(shè)定)，以增加進(jìn)入汽包的給水量。

如果根據(jù)需要及鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況，外供過熱蒸汽大于(或小于)額定過熱蒸汽量，則額定的鍋爐給水量應(yīng)相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，考慮到鍋爐的排污率，額定的鍋爐給水量不大于額定過熱蒸汽量的5%。在減溫器給水管路上安裝1臺(tái)噴淋水流量計(jì)，檢測(cè)進(jìn)入減溫器的水量大小。

控制畫面及操作要求

熱管余熱鍋爐系統(tǒng)控制畫面包括：熱管余熱鍋爐系統(tǒng)汽、水、煙氣流程圖；流程圖上標(biāo)明汽、水、煙氣相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的溫度、壓力、流量的顯示值及各種電動(dòng)閥門的運(yùn)行狀態(tài)；分南側(cè)煙道、北側(cè)煙道列表顯示上述溫度、壓力、流量瞬時(shí)值；繪制汽、水、煙氣相關(guān)溫度、壓力、流量歷史趨勢(shì)圖。

充水前要打開汽包頂部排空閥，排除系統(tǒng)內(nèi)殘留氣體。余熱利用裝置充滿水后，打開系統(tǒng)放水閥，對(duì)翅片管、汽包、連管進(jìn)行沖洗。關(guān)小放水閥，調(diào)整回水管閥門和給水閥門開關(guān)，使汽包水位達(dá)到正常工作液位，關(guān)閉放水閥，打開二混蒸汽放散閥。

汽包液位上、下限分別與二臺(tái)加壓泵聯(lián)鎖，上限水位泵停，下限水位泵開。余熱利用裝置充水后，與燒結(jié)機(jī)聯(lián)系，啟動(dòng)冷卻風(fēng)機(jī)，使熱風(fēng)通過余熱利用裝置。汽包頂部放空閥排出蒸汽后，調(diào)整給水泵供回水閥門，以保持汽包內(nèi)適當(dāng)水位。如果蒸汽生產(chǎn)穩(wěn)定后，通知有關(guān)部門得到確定后，方可打開汽包供汽閥門，關(guān)閉放空閥。將蒸汽接入過熱器，過熱器出口接入蒸汽管網(wǎng)。根據(jù)燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)情況，隨時(shí)監(jiān)視，通知汽包水位，保證正常供汽，壓力超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，打開放散閥門進(jìn)行放散，保持壓力處于正常狀態(tài)。關(guān)爐時(shí)，應(yīng)按照以下步驟進(jìn)行操作：當(dāng)設(shè)備檢修，熱管裝置停用時(shí)，關(guān)閉出水和進(jìn)水閥門，保持一定水位。

結(jié)束語

余熱鍋爐控制系統(tǒng)采用成熟可靠的DCS控制系統(tǒng)，它是一個(gè)控制功能分散控制、集中監(jiān)視和管理的控制系統(tǒng)。而且中控室取消了常規(guī)模擬儀表盤和模擬流程圖，代之以屏幕彩色圖形顯示器，更便于運(yùn)行人員監(jiān)視和操作。此外，系統(tǒng)中還采用了面向過程的語言，硬件均為模塊化，使整個(gè)系統(tǒng)的操作與維護(hù)更加簡(jiǎn)便，為防止數(shù)據(jù)丟失和電源干擾，系統(tǒng)采用不間斷電源 (UPS)供電，保證了運(yùn)行的可靠性。

余熱鍋爐利用廢氣為熱源，無需燃燒系統(tǒng)，不消耗一次能源，經(jīng)濟(jì)效益明顯。采用翅片管最大限度地強(qiáng)化傳熱，可在多壓狀態(tài)下產(chǎn)生蒸汽以提高熱回收效率。采用分段布置方式，設(shè)備布置合理，占地少，便于操作。同時(shí)減少了廢渣、廢氣等氣體的排放，切實(shí)有效地改善了環(huán)境。

[1] 杜衛(wèi)軍. 200 m2燒結(jié)機(jī)煙氣余熱利用改造設(shè)計(jì)方案. 山西冶金,2013, 36(2): 58

[2] 李紹俊 . 燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用. 礦業(yè)工程, 2013, 11(1): 64