陳瑾瑜，馬忠民

（安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南安陽(yáng)455004）

綜合

我國(guó)燒結(jié)余熱發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展建議

陳瑾瑜，馬忠民

（安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南安陽(yáng)455004）

針對(duì)燒結(jié)余熱資源的產(chǎn)生量、特點(diǎn)以及回收利用存在的問(wèn)題進(jìn)行了梳理。重點(diǎn)對(duì)燒結(jié)余熱發(fā)電的現(xiàn)狀和發(fā)展?jié)摿M(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)燒結(jié)余熱發(fā)電存在的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，并提出了相應(yīng)的解決措施和建議。

燒結(jié)；余熱回收；發(fā)電

1 前言

據(jù)鋼鐵工業(yè)市場(chǎng)分析公司MEPS報(bào)告，2013年全球粗鋼產(chǎn)量首次超過(guò)16億t，比2012年增長(zhǎng)了3.5%。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，2013年我國(guó)粗鋼產(chǎn)量77904萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)7.5%，產(chǎn)量位居世界第一，占全球粗鋼產(chǎn)量的48.5%，中國(guó)已成為在國(guó)際上具有舉足輕重地位的鋼鐵大國(guó)。隨著鋼鐵產(chǎn)量的增加，我國(guó)鋼鐵工業(yè)能耗也逐年增加。2006年以來(lái)，我國(guó)鋼鐵工業(yè)能耗約占全國(guó)總能耗的13%～15%[1，2]，我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)以高爐-轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程為主，燒結(jié)礦約占高爐爐料的70%～75%，燒結(jié)工序能耗約占鋼鐵企業(yè)總能耗的11%～15%，僅次于煉鐵工序。降低燒結(jié)工序能耗成為鋼廠節(jié)能工作的重點(diǎn)之一，而燒結(jié)余熱回收是降低燒結(jié)工序能耗的最有效措施之一。因此，如何提高燒結(jié)余熱回收利用的效果成為鋼廠節(jié)能工作的重點(diǎn)。本文針對(duì)當(dāng)前我國(guó)鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電的現(xiàn)狀以及存在的問(wèn)題進(jìn)行梳理，以期為我國(guó)燒結(jié)工序余熱余能的高效利用提供借鑒和參考。

2 我國(guó)燒結(jié)工序能耗現(xiàn)狀

2012年我國(guó)燒結(jié)礦產(chǎn)量8.0994億t，比2011年增加5.34%[4]，但是燒結(jié)工序能耗基本沒(méi)有發(fā)生變化，降低燒結(jié)工序能耗到了瓶頸期。我國(guó)燒結(jié)工序能耗變化情況如圖1所示，從中可以看出，近年來(lái)我國(guó)燒結(jié)工序的工序能耗略有降低，但基本都維持在54 kgce/t左右，2013年全國(guó)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)燒結(jié)工序能耗為49.14 kgce/t，比上年下降2.54 kgce/t，與國(guó)際先進(jìn)水平47 kgce/t還有一些差距。燒結(jié)工序能耗的構(gòu)成：固體燃耗約占80%，電力約占13%，點(diǎn)火燃耗約占6.5%，其他約為0.5%，燒結(jié)工序節(jié)能工作重點(diǎn)在努力降低固體燃耗。

圖1 近年來(lái)我國(guó)燒結(jié)工序能耗變化情況

3 燒結(jié)工序余熱資源概況及利用方式

燒結(jié)工序的余熱資源主要包括燒結(jié)煙氣顯熱和燒結(jié)礦顯熱，占燒結(jié)工序能耗的50%以上，將這部分余熱回收利用對(duì)降低燒結(jié)工序能耗具有重要意義。但從技術(shù)角度看，燒結(jié)煙氣溫度相對(duì)偏低，技術(shù)難度大。從燒結(jié)機(jī)機(jī)尾卸下的燒結(jié)礦溫度在750～800℃，進(jìn)入冷卻機(jī)的燒結(jié)礦溫度在600～800℃之間，每噸燒結(jié)礦的物理熱達(dá)829.15 MJ，冷卻機(jī)上可利用的廢氣溫度300～450℃之間約占廢氣量的30%～40%，低于300℃廢氣占60%以上，冷卻廢氣物理熱約為500 MJ/t礦。一般企業(yè)燒結(jié)工序余熱蒸汽回收量在50 kg/t礦以上，較好的企業(yè)可以達(dá)到80～90 kg/t，蒸汽壓力在1.3～2 MPa[6-8]。國(guó)內(nèi)有人對(duì)鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程余熱資源合理利用方式進(jìn)行了研究[9]，結(jié)果表明燒結(jié)礦顯熱的能級(jí)大于0.5，優(yōu)先采用余熱發(fā)電的方式進(jìn)行回收利用。如果將這些余熱回收發(fā)電，平均噸礦發(fā)電量約為20 kW·h，可降低燒結(jié)工序能耗約8 kgce/t礦（電力等價(jià)值）。

當(dāng)前燒結(jié)余熱資源利用的方式有很多如：利用燒結(jié)機(jī)機(jī)尾或冷卻機(jī)換熱產(chǎn)生熱水供給廠區(qū)或附近生活區(qū)使用或供余熱鍋爐使用；預(yù)熱燒結(jié)混合料或進(jìn)行熱風(fēng)燒結(jié)；作為助燃風(fēng)進(jìn)行熱風(fēng)點(diǎn)火。從余熱資源品質(zhì)的角度分析，低溫余熱資源用于熱利用是合理的，高溫余熱資源用于動(dòng)力回收（即發(fā)電）是合理的。對(duì)于燒結(jié)余熱利用的基本原則應(yīng)按照能級(jí)匹配的原則，逐級(jí)回收、溫度對(duì)口、梯級(jí)利用，在熱量供求方面最大程度的實(shí)現(xiàn)“量”與“質(zhì)”的匹配，力求能級(jí)差最小，效率最高。

世界上最早利用燒結(jié)余熱進(jìn)行發(fā)電的是日本，早在20世紀(jì)60年代末原日本鋼管公司的扇島廠和福山廠就建設(shè)了利用燒結(jié)冷卻機(jī)廢氣產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電的裝置，目前日本燒結(jié)余熱煙氣的利用率超過(guò)90%[9]。我國(guó)在2004年9月，馬鋼二鐵廠燒結(jié)車間2臺(tái)燒結(jié)機(jī)引用日本川崎重工技術(shù)和成套裝備，經(jīng)過(guò)一年的建設(shè)成功并網(wǎng)發(fā)電，2007年3月濟(jì)鋼自主設(shè)計(jì)制造的燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組成功并網(wǎng)發(fā)電[10，11]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到2013年底我國(guó)已經(jīng)建設(shè)燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組138臺(tái)（套），從目前運(yùn)行情況看，噸礦發(fā)電量最高可以達(dá)到21.0 kW·h/t，在較高水平運(yùn)行情況下基本能滿足燒結(jié)廠45%～47%的用電量，但目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)機(jī)組的作業(yè)率都未達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，普遍在設(shè)計(jì)指標(biāo)的80%以下，個(gè)別機(jī)組甚至在30%左右運(yùn)行，2013年國(guó)內(nèi)部分鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電情況見(jiàn)表1。

表12013 年部分企業(yè)燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電情況

4 燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展?jié)摿?/h2>

4.1 燒結(jié)余熱發(fā)電的類型與投資建設(shè)方式

余熱發(fā)電系統(tǒng)主要包括SP鍋爐、AQC筑鍋爐、ASH過(guò)熱器、補(bǔ)汽式電機(jī)汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)等設(shè)備，與常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)不同，由于會(huì)提高余熱鍋爐排煙溫度，降低余熱鍋爐效率，從而降低發(fā)電系統(tǒng)的熱效率，因此余熱發(fā)電系統(tǒng)一般不設(shè)置回?zé)嵯到y(tǒng)。目前，低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)主要有四種類型：?jiǎn)螇合到y(tǒng)、雙壓系統(tǒng)、閃蒸補(bǔ)汽系統(tǒng)以及帶補(bǔ)燃系統(tǒng)，不同發(fā)電系統(tǒng)在發(fā)電方式、投資、運(yùn)行方面各有特點(diǎn)見(jiàn)表2[13-15]。由于雙壓系統(tǒng)效率最高，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較廣泛，但雙壓系統(tǒng)投資較高，回收期相對(duì)較長(zhǎng)。鋼鐵廠內(nèi)各類煤氣資源豐富，帶補(bǔ)燃的系統(tǒng)也是較好的選擇。在余熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同用戶的具體情況，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上，做出適合企業(yè)現(xiàn)狀的最佳選擇。余熱發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)按投資方式分主要有兩種模式，一種為企業(yè)自主投資建設(shè)模式，一種為余熱發(fā)電專業(yè)投資者與高耗能企業(yè)合作的合同能源管理模式（EMC模式）。EMC模式由專業(yè)投資者負(fù)責(zé)余熱電站的投資、建設(shè)，建成后專業(yè)投資者運(yùn)行一定年限后移交給高耗能企業(yè)。發(fā)電收益由合作雙方按合理比例共同分享。EMC模式很好地解決了技術(shù)和資金問(wèn)題，特別適合技術(shù)成熟度不高的行業(yè)和規(guī)模不夠大的高耗能企業(yè)。

表2 不同余熱發(fā)電系統(tǒng)比較

4.2 燒結(jié)余熱發(fā)電的發(fā)展?jié)摿?/p>

我國(guó)燒結(jié)機(jī)在過(guò)去的幾年里不斷實(shí)現(xiàn)大型化，新建的大型燒結(jié)機(jī)中265 m2、360 m2和435 m2燒結(jié)機(jī)的數(shù)量逐漸成為主流，2007到2012年重點(diǎn)企業(yè)燒結(jié)機(jī)總數(shù)增加了98臺(tái)，其中130 m2以上燒結(jié)機(jī)增加了150臺(tái)，而90 m2以下燒結(jié)機(jī)減少了92臺(tái)，見(jiàn)表3。目前，我國(guó)燒結(jié)余熱回收量只有9.6 kgce/t鋼，未來(lái)回收利用潛力約為23.0 kgce/t鋼[12]，我國(guó)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)投產(chǎn)和在建的項(xiàng)目只有燒結(jié)機(jī)總數(shù)的10%左右，燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電的潛在裝機(jī)總量預(yù)計(jì)在3000 MW以上，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊，潛力巨大，且燒結(jié)余熱發(fā)電的發(fā)展符合國(guó)家當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策和中長(zhǎng)期規(guī)劃要求，因此，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)完善和大力普及燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)仍是鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排發(fā)展的重要目標(biāo)之一。

表3 近年來(lái)我國(guó)重點(diǎn)企業(yè)燒結(jié)機(jī)設(shè)備情況臺(tái)

5 燒結(jié)余熱發(fā)電存在問(wèn)題及建議

5.1 燒結(jié)余熱發(fā)電存在問(wèn)題

（1）燒結(jié)煙氣量大，溫度分布范圍廣。燒結(jié)余熱資源主要包括燒結(jié)機(jī)煙氣和冷卻機(jī)廢氣，而我國(guó)目前燒結(jié)機(jī)冷卻機(jī)的方式主要有兩大類，一類是環(huán)冷機(jī)，另一類采取的是帶冷機(jī)冷卻燒結(jié)礦，不同來(lái)源、同一來(lái)源的不同區(qū)段產(chǎn)生氣體量、溫度不盡相同，并且隨著燒結(jié)生產(chǎn)混合料配比、堿度、配碳、燒結(jié)終點(diǎn)控制等工藝參數(shù)的波動(dòng)而波動(dòng)，導(dǎo)致燒結(jié)余熱發(fā)電產(chǎn)生的蒸汽參數(shù)不穩(wěn)定，因此燒結(jié)余熱發(fā)電需充分考慮生產(chǎn)用熱的余壓量或生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的余熱量來(lái)確定發(fā)電規(guī)模。

（2）燒結(jié)廢氣含塵量大，且含有SOx、NOx等腐蝕性氣體，具有腐蝕性。燒結(jié)主排煙氣含塵量為300～400 mg/m3，超過(guò)一般的鍋爐對(duì)含塵量的要求，容易粘結(jié)、積灰，從而對(duì)余熱鍋爐產(chǎn)生嚴(yán)重磨損和堵塞，因此需余熱鍋爐入口前進(jìn)行除塵處理。而SOx、NOx等腐蝕性氣體有可能對(duì)余熱鍋爐的爐膛及受熱面產(chǎn)生高溫腐蝕或低溫腐蝕。

（3）燒結(jié)余熱資源連續(xù)性差。在燒結(jié)生產(chǎn)中難免會(huì)有短時(shí)間的停機(jī)，且由于近年來(lái)鋼企效益下滑、限產(chǎn)等原因，我國(guó)燒結(jié)機(jī)的作業(yè)率持續(xù)走低，從2003年的93.04%一路下滑至2013年的78.45%，見(jiàn)圖2。燒結(jié)機(jī)作業(yè)率低表現(xiàn)為反復(fù)開(kāi)停機(jī)，并且有較長(zhǎng)時(shí)間處于停機(jī)狀態(tài)。燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組每開(kāi)停機(jī)一次，鍋爐及汽輪機(jī)等將承受一次熱交變應(yīng)力，反復(fù)多次熱交變應(yīng)力作用會(huì)大大縮短鍋爐和汽輪機(jī)的使用壽命，如果發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)期處于停機(jī)狀態(tài)可能會(huì)因保養(yǎng)不到位造成氧腐蝕問(wèn)題。

圖2 近年來(lái)我國(guó)重點(diǎn)企業(yè)燒結(jié)機(jī)日歷作業(yè)率情況

（4）低溫余熱發(fā)電設(shè)備水平有待提高。燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組一般在20 MW以下，大都在10 MW左右，屬于中低溫小汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，低參數(shù)汽輪機(jī)的進(jìn)汽蒸汽比容大、可有效利用的焓值低、排汽干度低、補(bǔ)汽參數(shù)及補(bǔ)汽量的波動(dòng)大，目前低溫余熱發(fā)電設(shè)備在系統(tǒng)優(yōu)化和新工質(zhì)熱力系統(tǒng)的發(fā)展方面還有進(jìn)一步提升空間。就投資回收情況來(lái)看，國(guó)外低溫余熱發(fā)電設(shè)備的發(fā)電成本在0.2元/kW·h以內(nèi)，投資回收期一般在5年以上，而國(guó)產(chǎn)設(shè)備的發(fā)電成本可以降至0.15元/kW·h，投資回收期可以控制在4年以內(nèi)，因此在燒結(jié)余熱發(fā)電的投資建設(shè)方面需要綜合考慮資源利用與投資收益問(wèn)題。

5.2 燒結(jié)余熱發(fā)電的發(fā)展建議

（1）對(duì)燒結(jié)余熱資源進(jìn)行梯級(jí)利用。從熱工理論的角度看，一切不可逆過(guò)程均朝著降低能量品位的方向進(jìn)行，熱功轉(zhuǎn)換效率與余熱源溫度高低有關(guān)，通過(guò)余熱梯級(jí)利用可以提高整個(gè)回收系統(tǒng)的能源利用效率，具體而言可以將燒結(jié)系統(tǒng)余熱溫度較高部分用于發(fā)電；溫度居中部分可作為助燃空氣通入點(diǎn)火爐，返回?zé)Y(jié)機(jī)進(jìn)行熱風(fēng)燒結(jié)或預(yù)熱干燥燒結(jié)料；較低溫度的廢氣可以用于干燥和預(yù)熱燒結(jié)原料。依據(jù)能級(jí)匹配的原則，把燒結(jié)熱廢氣按品位的不同分段集氣并梯級(jí)利用，可以使燒結(jié)余熱資源的能級(jí)差最小，火用效率最高。

（2）提高熱源穩(wěn)定性。首先要提高燒結(jié)生產(chǎn)的作業(yè)水平，提高燒結(jié)生產(chǎn)的作業(yè)率，減少燒結(jié)機(jī)停機(jī)次數(shù)與停機(jī)時(shí)間；其次通過(guò)提高設(shè)備和操作水平降低燒結(jié)的漏風(fēng)率，目前國(guó)內(nèi)燒結(jié)機(jī)的漏風(fēng)率都在55%以上，而國(guó)外先進(jìn)水平可以降低至40%以下。減少燒結(jié)漏風(fēng)率的可行措施有：減少燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)與外界的壓差，或?qū)⒁欢òl(fā)電后廢氣引入到燒結(jié)機(jī)前的料層封閉罩內(nèi)進(jìn)行熱風(fēng)燒結(jié)以減小了冷風(fēng)與料層的接觸面積；改進(jìn)高燒結(jié)機(jī)的密封結(jié)構(gòu),如高負(fù)接觸頭尾密封、全金屬柔磁性密封、無(wú)鉚接板簧滑道密封、星輪齒形變齒矩設(shè)計(jì)等新型燒結(jié)臺(tái)車密封技術(shù)。另外，還可以通過(guò)增設(shè)補(bǔ)燃系統(tǒng)或多爐帶一機(jī)的方式，避免燒結(jié)機(jī)停產(chǎn)、檢修對(duì)燒結(jié)余熱資源的影響，提高其品質(zhì)和穩(wěn)定性，保證汽輪機(jī)的運(yùn)行效率進(jìn)而提高燒結(jié)余熱發(fā)電的水平。

（3）提高余熱鍋爐與汽輪機(jī)穩(wěn)定性能與運(yùn)行水平。通過(guò)合理控制出口煙溫，有效布置爐內(nèi)結(jié)構(gòu)，做好爐墻密封，合理選擇爐管形式與材質(zhì)，采用涂層保護(hù)等措施減少余熱鍋爐的磨損、積灰、漏風(fēng)和腐蝕等問(wèn)題。研究余熱鍋爐當(dāng)量效率與汽輪機(jī)循環(huán)有效效率之間的優(yōu)化匹配關(guān)系，確定合理的汽輪機(jī)主蒸汽、再熱蒸汽和二次蒸汽的壓力和溫度參數(shù)，尤其是工況波動(dòng)狀況下汽輪機(jī)的變負(fù)荷運(yùn)行方式，提高汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

6 結(jié)論

（1）我國(guó)鋼鐵燒結(jié)余熱余能資源量非常大，燒結(jié)工序能耗與世界先進(jìn)水平還有一定差距。隨著我國(guó)能源資源日益緊張，鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗的壓力的增大，燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)的推廣和應(yīng)用是鐵前節(jié)能降耗的重要技術(shù)手段。

（2）目前國(guó)內(nèi)燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組建設(shè)占燒結(jié)機(jī)總數(shù)的10%左右，但絕大多數(shù)機(jī)組的運(yùn)行都未達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，未來(lái)我國(guó)在燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組建設(shè)與提高燒結(jié)余熱發(fā)電水平方面都有很大的空間。

（3）由于燒結(jié)余熱品質(zhì)低、溫度波動(dòng)大、含塵以及腐蝕氣體量高，且資源連續(xù)性差，與之相適應(yīng)的余熱發(fā)電設(shè)備水平有待提高，因此未來(lái)燒結(jié)余熱發(fā)電的發(fā)展需在穩(wěn)定與合理分配燒結(jié)余熱資源、提高燒結(jié)余熱資源品質(zhì)以優(yōu)化余熱鍋爐與汽輪機(jī)的運(yùn)行水平方面進(jìn)行改進(jìn)和提高。

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[16]魏孟軍，張星.純低溫余熱發(fā)電雙壓與閃蒸技術(shù)比較[J].中國(guó)水泥，2010，10：59.

The Current Status of Power Generation Using Sintering Residual Heat in China and Development Proposals

CHEN Jinyu，MA Zhongmin
(Anyang Iron and Steel Group Co.,Anyang,Henan 455004,China)

The output,characteristic and recovery difficulties of sintering residual heat resources in the steel industry are sorted out.The present situation and development potential of power generation using sintering residual heat are analyzed,existing problems are summarized and countermeasures and proposals to solve these problems are put forward.

sinter;residual heat recovery;power generation

TH019

B

1006-6764(2015)03-0067-04

2014－08－25

陳瑾瑜（1966－），女，1989年畢業(yè)于河南廣播電視大學(xué)工業(yè)企業(yè)管理專業(yè)，經(jīng)濟(jì)師，現(xiàn)從事企業(yè)管理工作。