＊鄭成博

（河鋼集團(tuán)唐鋼公司能源科技分公司 河北 063000）

唐鋼、承鋼燒結(jié)余熱發(fā)電工藝特點(diǎn)及對(duì)比分析

＊鄭成博

（河鋼集團(tuán)唐鋼公司能源科技分公司 河北 063000）

通過介紹燒結(jié)余熱發(fā)電的熱源要求，技術(shù)特點(diǎn)和相關(guān)參數(shù)，選取了有代表性的兩個(gè)鋼鐵冶金企業(yè)唐鋼和承鋼作為實(shí)例，分析了唐鋼閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)電，唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電，承鋼無補(bǔ)燃裝置燒結(jié)熱發(fā)電和帶補(bǔ)燃裝置的燒結(jié)余熱發(fā)電的四種工藝模式特點(diǎn)，針對(duì)兩企業(yè)均選用360m2燒結(jié)機(jī)作為余熱鍋爐的熱源供應(yīng)，根據(jù)每種工藝模式配備的余熱鍋爐結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和計(jì)算對(duì)比。

燒結(jié)余熱發(fā)電；閃蒸；雙壓；補(bǔ)燃

唐鋼、承鋼的燒結(jié)工序均選用360m2燒結(jié)機(jī)配套相應(yīng)的環(huán)冷風(fēng)機(jī)，燒結(jié)余熱鍋爐基本都是在燒結(jié)冷卻機(jī)的高溫段和中溫段獲取熱源，混合煙溫在300-350℃范圍之內(nèi)，每臺(tái)環(huán)冷風(fēng)機(jī)的可用風(fēng)量為45-50萬m3/h，經(jīng)過余熱鍋爐熱交換后排放出來的煙溫大約為120～150℃左右，其中附帶一定比例的礦物粉塵，所以定期要對(duì)余熱鍋爐的循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)行清理。

1.唐鋼閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)電

(1)唐鋼閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)電的工藝特點(diǎn)及相關(guān)技術(shù)參數(shù)選定

煙氣溫度與進(jìn)入蒸發(fā)器飽和水的溫度差值，通常是整個(gè)余熱鍋爐中煙氣側(cè)與工質(zhì)側(cè)溫度差的最小點(diǎn)，我們稱之為窄點(diǎn)溫度。窄點(diǎn)溫差的合理選擇是設(shè)計(jì)余熱鍋爐的重要因素之一。鑒于此，唐鋼閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)電的窄點(diǎn)溫差選用了不同的數(shù)值進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)合國內(nèi)其他冶金企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際，最終選定9.7℃最為唐鋼閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)電的窄點(diǎn)溫度。

省煤器出口的水溫與相應(yīng)壓力下飽和水溫之間的差值我們成為接近點(diǎn)溫差，這也是鍋爐設(shè)計(jì)的一個(gè)重要因素，為了避免余熱鍋爐省煤器內(nèi)的除鹽水發(fā)生汽化現(xiàn)象，要求在最初設(shè)計(jì)時(shí)余熱鍋爐省煤器的出口水溫就要略低于相應(yīng)壓力之下的飽和水溫。對(duì)于閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)電的接近點(diǎn)溫度考慮到避免省煤器出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象，影響省煤器的使用壽命，接近點(diǎn)溫度不能選取過小，同時(shí)接近點(diǎn)溫度不合適也會(huì)造成部分熱水從省煤器進(jìn)入過熱器，出現(xiàn)管振或者閃蒸汽量不足的問題。綜合各方面因素，選取接近點(diǎn)溫差為4.6℃。

唐鋼閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)工藝模式采用單爐對(duì)單機(jī)的形式，一臺(tái)燒結(jié)機(jī)配備了一臺(tái)余熱鍋爐，選用一臺(tái)帶有補(bǔ)汽的12MW汽輪機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)15MW的發(fā)電機(jī)。余熱鍋爐產(chǎn)生2.12MPa主蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的中壓缸部分，0.31MPa 的低壓補(bǔ)氣由閃蒸器產(chǎn)生在汽輪機(jī)低壓缸部分補(bǔ)入，與汽輪機(jī)內(nèi)部降能后的中壓蒸汽混合在低壓缸繼續(xù)做功，這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠充分利用低品位熱能，提高了汽輪機(jī)的發(fā)電效率。做功后的混合蒸汽經(jīng)凝汽器冷卻成水，再經(jīng)除氧器后由給水泵返回余熱鍋爐。汽輪機(jī)為補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)，設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足滑壓參數(shù)運(yùn)行要求（穩(wěn)定運(yùn)行的進(jìn)汽參數(shù)范圍為：0.8MPa～2.0MPa，蒸汽過熱度不小于25℃），并能夠快速啟動(dòng)。汽輪機(jī)采用數(shù)字電控調(diào)速系統(tǒng)。整個(gè)工藝流程系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 唐鋼閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)圖

(1)唐鋼閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組的相關(guān)技術(shù)參數(shù)匯總

唐鋼閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)電配備一臺(tái)余熱鍋爐和一臺(tái)汽輪機(jī)，主蒸汽溫度一般比燒結(jié)機(jī)混合煙氣溫度低20℃-30℃之間，從余熱鍋爐主蒸汽管道出來的蒸汽當(dāng)運(yùn)送到汽輪機(jī)做工時(shí)大約有3℃-5℃降溫，通過汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥的工作選擇適合汽輪機(jī)組的進(jìn)汽溫度及相應(yīng)的進(jìn)汽壓力，一般情況下汽輪機(jī)主蒸汽進(jìn)口壓力比鍋爐產(chǎn)生的蒸汽壓力低5%～10%左右，相關(guān)技術(shù)參數(shù)匯總?cè)绫?。

表1 唐鋼閃蒸式燒結(jié)余熱發(fā)電汽輪 機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)

2.唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電

(1)唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電的工藝特點(diǎn)及相關(guān)技術(shù)參數(shù)選定

由上文論述的余熱鍋爐窄點(diǎn)溫度和接近點(diǎn)溫差含義可知，如果選取的窄點(diǎn)溫度過小，余熱鍋爐的整體建設(shè)成本和單位回收費(fèi)用都很高。所以在項(xiàng)目建設(shè)初期從成本角度考慮，余熱鍋爐的窄點(diǎn)溫度選取較大的數(shù)值，但是若從鍋爐本身的熱效應(yīng)出發(fā)窄點(diǎn)溫度應(yīng)該選取較小值。綜合考慮各方面因素，唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱鍋爐中壓蒸發(fā)器和煙氣側(cè)的窄點(diǎn)溫差選取15℃。當(dāng)余熱鍋爐的中壓窄點(diǎn)溫度確定后，相應(yīng)減小接近點(diǎn)溫差就可以相應(yīng)增加鍋爐的換熱面，降低鍋爐的投資總成本。不過這個(gè)數(shù)值選取的過小也容易對(duì)省煤器造成設(shè)備損傷，所以綜合各方面因素考慮選取接近點(diǎn)溫差為10℃。該系統(tǒng)中的低壓工作系統(tǒng)與中壓工作系統(tǒng)的選取原則一樣。

唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電工藝有四臺(tái)余熱鍋爐，對(duì)應(yīng)一臺(tái)汽輪機(jī)組，分別產(chǎn)生中壓和低壓兩種蒸汽。中壓蒸汽作為汽輪機(jī)的主蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)做功，低壓蒸汽作為汽輪機(jī)補(bǔ)汽進(jìn)入汽輪機(jī)做功。余熱鍋爐產(chǎn)生中壓蒸汽后，進(jìn)入鍋爐的煙氣隨著熱交換而溫度降低，品位下降。較低品位煙氣會(huì)繼續(xù)進(jìn)行熱交換產(chǎn)生低壓蒸汽從而提高汽輪機(jī)的做功功率，提升余熱發(fā)電的系統(tǒng)產(chǎn)量。唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)圖

(2)唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組的相關(guān)技術(shù)參數(shù)匯總

唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電采用的是四爐對(duì)單機(jī)的工藝模式，有四臺(tái)燒結(jié)機(jī)對(duì)應(yīng)四臺(tái)鍋爐產(chǎn)生飽和蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)做功，主蒸汽溫度一般比燒結(jié)機(jī)混合煙氣溫度低20℃-30℃之間，從余熱鍋爐主蒸汽管道出來的蒸汽當(dāng)運(yùn)送到汽輪機(jī)做功時(shí)大約有3℃-5℃降溫，通過汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥的工作選擇適合汽輪機(jī)組的進(jìn)汽溫度及相應(yīng)的進(jìn)汽壓力，一般情況下汽輪機(jī)主蒸汽進(jìn)口壓力比鍋爐產(chǎn)生的蒸汽壓力低5%～10%左右，要確保汽輪機(jī)的主蒸汽壓力和補(bǔ)汽壓力相匹配，相關(guān)技術(shù)參數(shù)匯總?cè)绫?所示。

表2 唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)

3.承鋼無補(bǔ)燃裝置燒結(jié)余熱發(fā)電

(1)承鋼無補(bǔ)燃裝置燒結(jié)余熱發(fā)電的工藝特點(diǎn)及相關(guān)技術(shù)參數(shù)選定

承鋼無補(bǔ)燃裝置的燒結(jié)余熱發(fā)電工藝與唐鋼閃蒸式燒結(jié)發(fā)電工藝流程大體相同，也是配備了一臺(tái)鍋爐和一臺(tái)汽輪機(jī)，只是沒有閃蒸器補(bǔ)汽做功，主要依靠燒結(jié)機(jī)的高溫段和中溫段煙溫作為余熱鍋爐的熱源。綜合考慮各方面因素，承鋼無補(bǔ)燃裝置的燒結(jié)余熱窄點(diǎn)溫度選取12℃，選取接近點(diǎn)溫差為10℃。其工藝流程大致為給水泵將水送至鍋爐省煤器，經(jīng)過汽包之后進(jìn)入蒸發(fā)器加熱至飽和返回汽包，經(jīng)汽水分離之后進(jìn)入過熱器加熱提高蒸汽運(yùn)行參數(shù)經(jīng)主蒸汽管道送至汽輪機(jī)做功發(fā)電。汽輪機(jī)的排氣模式也采用凝汽器模式，與唐鋼燒結(jié)余熱發(fā)電工藝流程相同。承鋼無補(bǔ)燃裝置式燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)圖如圖3所示。

圖3 承鋼無補(bǔ)燃裝置式燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)圖

(2)承鋼無補(bǔ)燃裝置式燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組相關(guān)技術(shù)參數(shù)匯總

承鋼無補(bǔ)燃裝置式燒結(jié)余熱發(fā)電采用單爐對(duì)單機(jī)的工藝模式，受當(dāng)?shù)氐貏?shì)的自然客觀條件限制只有一臺(tái)燒結(jié)機(jī)作為余熱鍋爐的熱源，主蒸汽溫度一般比燒結(jié)機(jī)混合煙氣溫度低20℃-35℃之間，從余熱鍋爐主蒸汽管道出來的蒸汽當(dāng)運(yùn)送到汽輪機(jī)做工時(shí)大約有5℃-10℃降溫，通過汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥的工作選擇適合汽輪機(jī)組的進(jìn)汽溫度及相應(yīng)的進(jìn)汽壓力，一般情況下汽輪機(jī)主蒸汽進(jìn)口壓力比鍋爐產(chǎn)生的蒸汽壓力低5%～10%左右，相關(guān)技術(shù)參數(shù)匯總?cè)绫?所示。

表3 承鋼無補(bǔ)燃式燒結(jié)余熱發(fā)電汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)

4.承鋼帶補(bǔ)燃裝置燒結(jié)余熱發(fā)電

(1)承鋼帶補(bǔ)燃裝置燒結(jié)余熱發(fā)電的工藝特點(diǎn)及相關(guān)技術(shù)參數(shù)選定

承鋼帶補(bǔ)燃裝置的燒結(jié)余熱發(fā)電工藝有配備2臺(tái)燒結(jié)機(jī)對(duì)應(yīng)2臺(tái)余熱發(fā)電鍋爐，汽輪機(jī)組為一臺(tái)30MW的汽輪機(jī)組。綜合考慮各方面因素，承鋼帶補(bǔ)燃裝置的燒結(jié)余熱窄點(diǎn)溫度選取12℃，選取接近點(diǎn)溫差為10℃。由于高爐生產(chǎn)過程中管道的剩余的煤氣量較多所以在余熱鍋爐的進(jìn)口加裝了補(bǔ)燃裝置，這樣的工藝模式也是相對(duì)于無補(bǔ)燃裝置的余熱鍋爐而言。在生產(chǎn)中主要熱源還是依靠燒結(jié)冷卻機(jī)產(chǎn)生，加裝補(bǔ)燃裝置只是為了進(jìn)一步提高余熱鍋爐的蒸汽量和蒸汽壓力，除此之外，在遇到生產(chǎn)特殊情況時(shí)可以利用補(bǔ)燃裝置對(duì)余熱鍋爐過進(jìn)行加熱。補(bǔ)燃裝置的燃料都來自高爐管道中的剩余煤氣，在鍋爐的進(jìn)口處設(shè)置燃燒室，不利用外界燃料，同時(shí)在鍋爐進(jìn)口加裝補(bǔ)燃風(fēng)機(jī)為補(bǔ)燃裝置提供空氣。這樣的設(shè)備裝置不但對(duì)能源進(jìn)行了有效地利用，保護(hù)了環(huán)境，也可以在有生產(chǎn)事故時(shí)維持鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行，缺點(diǎn)就是前期投資成本較高，后期維護(hù)相對(duì)繁瑣。不過承鋼選用的內(nèi)補(bǔ)燃裝置設(shè)計(jì)相對(duì)而言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，后期維護(hù)也相對(duì)方便。在富裕煤氣較多的冶金企業(yè)中可以優(yōu)先考慮這樣的工藝模式。承鋼帶補(bǔ)燃裝置式燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)圖如圖4所示。

圖4 承鋼帶補(bǔ)燃裝置式燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)圖

(2)承鋼帶補(bǔ)燃裝置燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組的相關(guān)技術(shù)參數(shù)匯總

承鋼帶補(bǔ)燃裝置式燒結(jié)余熱發(fā)電采用雙爐對(duì)單機(jī)的工藝模式，有兩臺(tái)臺(tái)燒結(jié)機(jī)作為余熱鍋爐的熱源，同時(shí)加裝了補(bǔ)燃裝置。主蒸汽溫度一般比燒結(jié)機(jī)混合煙氣溫度低20℃-35℃之間，從余熱鍋爐主蒸汽管道出來的蒸汽當(dāng)運(yùn)送到汽輪機(jī)做工時(shí)大約有5℃-10℃降溫，通過汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥的工作選擇適合汽輪機(jī)組的進(jìn)汽溫度及相應(yīng)的進(jìn)汽壓力，一般情況下汽輪機(jī)主蒸汽進(jìn)口壓力比鍋爐產(chǎn)生的蒸汽壓力低5%～10%左右，相關(guān)技術(shù)參數(shù)匯總?cè)绫?所示。

項(xiàng)目單位運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)額定轉(zhuǎn)速r/min 3000額定氣消耗率kg/KW·h 9.25排氣壓力MPa 0.083額定功率MW 30

表4 承鋼帶補(bǔ)燃式燒結(jié)余熱發(fā)電汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)

5.唐鋼與承鋼燒結(jié)余熱發(fā)電四種工藝模式對(duì)比

在鋼鐵冶金企業(yè)的燒結(jié)余熱發(fā)電作業(yè)中，唐鋼所采用的閃蒸式和雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電，承鋼所采用的無補(bǔ)燃裝置和帶補(bǔ)燃裝置的燒結(jié)余熱發(fā)電模式都普遍被應(yīng)用，四種余熱發(fā)電工藝模式有所不同，系統(tǒng)的熱力特性也給有千秋。四種工藝模式熱力特性對(duì)比匯總?cè)绫?所示。

表5 唐鋼與承鋼四種燒結(jié)余熱發(fā)電工藝模式熱力特性對(duì)比

由上面的匯總表可以看出，在四種燒結(jié)余熱發(fā)電的工藝模式中，唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電的熱力特性最優(yōu)，由于唐鋼雙壓式燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組有四臺(tái)燒結(jié)機(jī)對(duì)應(yīng)四臺(tái)鍋爐為汽輪機(jī)提供飽和蒸汽，其蒸汽量是唐鋼閃蒸工藝模式的3倍左右，并且相應(yīng)的排煙溫度也得到有效控制，大部分熱源都進(jìn)行了熱交換，熱源在得到了充分利用的同時(shí)也減小了對(duì)大氣的環(huán)境污染。承鋼的無補(bǔ)燃裝置和帶補(bǔ)燃裝置燒結(jié)余熱發(fā)電工藝模式由于帶補(bǔ)燃裝置配備了兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)對(duì)應(yīng)兩臺(tái)鍋爐為汽輪機(jī)提供飽和蒸汽，其蒸汽量是不帶補(bǔ)燃裝置的2.5倍，加上補(bǔ)燃裝置的配合使用工作效率也較高。

[1]畢德貴,張忠孝,蔡海軍等．燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的分析[J]．上海理工大學(xué)學(xué)報(bào),2012,05:494-498+510．

[2]黃小剛．燒結(jié)余熱發(fā)電項(xiàng)目合同能源管理模式的風(fēng)險(xiǎn)分析[J]．燒結(jié)球團(tuán),2013,01:54-55+59．

[3]齊彩虎．寧波鋼鐵公司余熱發(fā)電項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估研究[D]．保定:華北電力大學(xué),2012,19-25．

[4]趙斌．燒結(jié)余熱能高效發(fā)電研究[D]．保定:華北電力大學(xué),2012, 31-32．

[5]魏婷．燒結(jié)余熱發(fā)電的熱經(jīng)濟(jì)性分析[D]．北京:華北電力大學(xué)（北京）,2010,44-46．

(責(zé)任編輯 王躍梅)

Analysis of the Features and Comparison of the Power Generation Technology by Sintering Waste Heat Between Tangshan Iron Steel and Chengde Iron Steel

Zheng Chengbo
（Energy Science and Technology Branch Company, Tangshan Iron Steel Company, Hebei Iron Steel Group, Tangshan, 063000, Hebei）

Through introducing the heat source requirement, technical features and relevant parameters of the power generation by sintering waste heat, it has selected two representative iron and steel metallurgical enterprises--Tangshan Iron Steel and Chengde Iron Steel as the examples and analyzed the features of four technical modes, like, fl ashing power generation by sintering waste heat and dual-pressure power generation by sintering waste heat of Tangshan Iron Steel Company, power generation by sintering waste heat by non-afterburning device and afterburning device of Chengde Iron Steel Company. In terms of the adoption of 360m2 sintering machine by the two enterprises as the heat sources supply for waste heat boiler and the waste heat boiler structure condition for each technical mode, it has taken detail data statistics analysis and calculation comparison.

power generation by sintering waste heat, fl ashing, dual pressure, afterburning

T

A

鄭成博（1981～），男，碩士，工程師，河鋼集團(tuán)唐鋼公司能源科技分公司技術(shù)員；主要研究方向：工業(yè)節(jié)能。