周勁軍,史德明,包自力,顧厚淳

(馬鋼（集團）控股有限公司，安徽馬鞍山 243000）

1 項目概況

在鋼鐵生產(chǎn)過程中，燒結工序能耗約占總能耗的10%～12%，其中冷卻機排放的廢氣顯熱約占20%～28%[1]。馬鋼集團安徽長江鋼鐵股份有限公司建有3條192 m2燒結環(huán)冷生產(chǎn)線，燒結機配套3臺235 m2環(huán)冷機。為了能使環(huán)冷機余熱資源得到有效利用，由馬鋼集團安徽欣創(chuàng)節(jié)能環(huán)?？萍脊煞萦邢薰静捎肂OT模式承建了長江鋼鐵燒結余熱發(fā)電項目：新建3臺22 t/h（7 t/h）雙通道雙壓式燒結余熱鍋爐；1套15 MW補凝式汽輪發(fā)電機組，余熱鍋爐產(chǎn)生中壓蒸汽作為汽輪機的主蒸汽、低壓蒸汽作為汽輪機補汽，推動汽輪機發(fā)電機組產(chǎn)生電能。

該項目于2014年12月開工，2015年10月投產(chǎn)，經(jīng)過一系列攻關調(diào)試，年凈供電量達到7700萬kWh以上，噸礦發(fā)電量達到17 kWh以上，系統(tǒng)供電率達到77%以上，超過設計參數(shù)。

長江鋼鐵燒結余熱發(fā)電實踐是馬鋼在總結中國第一套燒結余熱發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)驗基礎上的又一次實踐創(chuàng)新。該項目成功實施，為國內(nèi)余熱利用項目的高效利用提供了寶貴經(jīng)驗，對推動行業(yè)節(jié)能工作有著重要的意義。

2 項目實施過程

2.1 余熱情況調(diào)研

長鋼擁有3臺192 m2燒結機組，年產(chǎn)燒結礦約600萬t。每臺燒結環(huán)冷機配有 4臺鼓風機，高溫燒結礦料經(jīng)過鼓風冷卻后，約150～500℃煙氣經(jīng)2座直接式煙囪（高中溫段）及開放式煙罩（低溫段）外排。通過對其2座煙囪排出廢氣的溫度、壓力、流量等參數(shù)進行了現(xiàn)場測試計算，確定192 m2燒結環(huán)冷機余熱回收煙氣參數(shù)，見表1。

表1 余熱資源量

2.2 廢氣設計參數(shù)的確定

設計采用雙溫煙氣熱風全循環(huán)方式，調(diào)研表明，當冷卻介質(zhì)（空氣）初始溫度為50℃時，熱交換后的介質(zhì)初溫比常溫時的高15℃，而當介質(zhì)初溫為120℃時，介質(zhì)初溫比常溫時的高45℃[2]?？紤]到熱風循環(huán)將提高廢氣溫度，最終確定設計參數(shù)見表2。

表2 雙溫雙壓余熱鍋爐用環(huán)冷機廢氣設計參數(shù)

2.3 熱力系統(tǒng)設計

該系統(tǒng)主要由四個部分組成：（1）雙溫煙氣回收輸送全循環(huán)系統(tǒng)，每臺燒結機配備一套；（2）余熱鍋爐系統(tǒng)，每臺燒結機配備一套額定蒸發(fā)量為20.0/7.0 t/h的雙溫雙壓余熱鍋爐（350/220℃、1.45/0.5 MPa）；(3)汽輪發(fā)電機系統(tǒng)，三臺余熱鍋爐配備一套。汽輪機為BN15-1.3/0.35型單缸、沖動、補凝汽式；發(fā)電機額定功率為18 MW；(4)DCS集散控制系統(tǒng)及輔助設施等。

煙氣循環(huán)系統(tǒng)設計遵從如下三原則：①煙氣余熱（溫度）的梯級利用理論，即高溫燒結礦產(chǎn)生的高品質(zhì)過熱蒸汽、低溫燒結礦產(chǎn)生的低品質(zhì)微過熱蒸汽，高溫優(yōu)先，保證余熱回收系統(tǒng)能源轉化效率最高；②采用熱風全循環(huán)方式，即換熱后的余熱鍋爐煙氣全部送入循環(huán)風機加壓后再對燒結礦進行冷卻換熱，對余熱鍋爐排煙余熱進行再利用；③煙氣平衡控制理論，保證高、低溫進氣煙管總流量與循環(huán)風機總流量平衡。

煙氣循環(huán)系統(tǒng)流程如圖1。燒結環(huán)冷機高、低溫封閉式煙囪出口的煙氣分兩路進入雙溫余熱鍋爐進行熱交換，廢氣溫度降至約130℃后，通過循環(huán)風機將全部煙氣經(jīng)煙道返回環(huán)冷機底部、冷卻燒結礦循環(huán)使用，經(jīng)余熱鍋爐換熱產(chǎn)生的中、低溫蒸汽推動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。

圖1 煙氣系統(tǒng)流程圖

設計特點：

（1）關鍵動力設備采用變頻控制技術：循環(huán)風機、給水泵及凝結水泵等采用變頻控制，在滿足快速響應調(diào)整同時實現(xiàn)節(jié)能。

（2）環(huán)冷臺車密封采用柔磁性鋼刷式密封技術：提高密封穩(wěn)定性同時，減少日常維護量及維護費用。

（3）關鍵設備參數(shù)選型及控制方式滿足實際操作需求：循環(huán)風機實際風量大于設計參數(shù)30%、全壓提高到6500 Pa，各煙氣管路配有自動調(diào)節(jié)閥，并安裝相應溫度、壓力、流量探頭，便于操作分析、調(diào)整。

（4）運行控制通過燒結余熱發(fā)電智能控制系統(tǒng)(BP-CICS)自動實現(xiàn)：通過實時采集燒結、還冷生產(chǎn)數(shù)據(jù)及煙氣溫度情況，預測及自動調(diào)整煙氣循環(huán)、余熱鍋爐、汽輪機等系統(tǒng)運行參數(shù)，做到多發(fā)電和少耗電的最優(yōu)控制，實現(xiàn)了燒結余熱資源利用的最大化。

3 運行與完善

3.1 調(diào)試過程中出現(xiàn)的主要問題

該項目已于2015年10月投產(chǎn)。在調(diào)試初期以及運行過程主要出現(xiàn)以下問題：

（1）燒結機生產(chǎn)與余熱發(fā)電運行脫節(jié)，燒結終點溫度控制無序，造成機組運行起伏性較大；

（2）燒結余熱回收系統(tǒng)運行方式存在不合理因素，導致煙氣溫度及流量偏低且波動較大，沒有達

（1）提高燒結系統(tǒng)生產(chǎn)的穩(wěn)定性及與余熱發(fā)電運行的契合度

管理制度上保證燒結生產(chǎn)與余熱發(fā)電一體。在保證燒結原料供應的穩(wěn)定性、入爐原料的均勻性、生產(chǎn)調(diào)度的穩(wěn)定性、設備運行的穩(wěn)定性等方面的同時，嚴格控制燒結終點溫度，保證燒結礦熱源的穩(wěn)定性。通過控制，環(huán)冷入料溫度由約350℃提高到430℃以上。

（2）優(yōu)化燒結余熱回收系統(tǒng)控制方式

①采用煙氣系統(tǒng)分段全循環(huán)運行方式（見圖2）。即換熱后的余熱鍋爐外排熱煙氣（約130℃）僅對高溫燒結礦進行換熱，而低溫燒結礦換熱段僅通過冷卻鼓風機利用環(huán)境空氣進行換熱并實現(xiàn)煙氣平衡。此運行方式不僅可以最大限度實現(xiàn)能級梯級回收利用，而且可以防止高溫燒結礦低溫猝冷造成燒結礦粉化、影響燒結礦質(zhì)量。到設計額定發(fā)電量，余熱回收效果欠佳；

圖2 分段熱風循環(huán)系統(tǒng)控制原理圖

（3）汽輪機真空度惡化；

3.2 改進措施

通過采用煙氣系統(tǒng)分段全循環(huán)運行方式，循環(huán)風機出口壓力由5000 Pa以上降低至約500 Pa。高溫段回風溫度提高到120℃以上，高溫段煙氣溫度提升約50℃且波動性減??；

②減少煙氣系統(tǒng)阻力，提高換熱效果。調(diào)整燒結環(huán)冷機料層厚度由約1.3 m至約1.0 m，保證循環(huán)風機出口壓力在1000 Pa以內(nèi)。

③防止高溫熱量流失。將燒結礦下料處至機尾除塵煙道關閉，引導高溫煙氣進入余熱回收系統(tǒng)；控制集氣風罩處煙氣壓力保持微負壓狀態(tài)，防止熱風外溢及冷風大量吸入。

④提高鍋爐壓力、停止鍋爐減溫減壓裝置，提高進汽溫度至350℃左右。

⑤調(diào)整循環(huán)水系統(tǒng)加藥模式等措施，提高冷凝器換熱效果，汽輪機真空度達到-0.93 kPa以上。

通過調(diào)整，運行工況得到明顯改善，余熱鍋爐蒸發(fā)量超過額定22 t，蒸汽溫度提高20℃以上，排煙溫度降低20℃以上。就離汽輪發(fā)動機組最遠的3#余熱鍋爐而言，單爐運行發(fā)電功率由約1500 kW提升到約5000 kW。

4 實施效果

通過攻關調(diào)試，在正常生產(chǎn)情況下，長鋼燒結余熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量由每天不足25萬kWh提高到35萬kWh以上，平均發(fā)電功率由不足12 MW提升到15 MW以上（最高達到18 MW以上）且穩(wěn)定性提升，供電率由不足70%提高到75%以上，噸礦發(fā)電量由不足12 kWh提升到16 kWh以上，達到國內(nèi)先進水平，詳見表3 2016、2017年長江鋼鐵燒結余熱發(fā)電統(tǒng)計表。

表3 2016、2017年長江鋼鐵燒結余熱發(fā)電統(tǒng)計表

5 結論

長江鋼鐵燒結余熱發(fā)電實踐是馬鋼在總結中國第一套燒結冷卻機余熱發(fā)電系統(tǒng)（馬鋼二鐵帶冷機余熱發(fā)電系統(tǒng)）實踐經(jīng)驗基礎上的又一次實踐創(chuàng)新，為國內(nèi)余熱利用項目的高效利用提供了寶貴經(jīng)驗，對推動行業(yè)節(jié)能工作有著重要的意義。

（1）通過采用分段熱風循環(huán)、燒結余熱發(fā)電智能控制系統(tǒng)(BP-CICS)等創(chuàng)新技術，實現(xiàn)了余熱回收效果的高效性、穩(wěn)定性。

（2）通過采用BOT（建設、運用、移交）實施方式，做到了設計、施工、操作、維護專業(yè)化、精益化，為余熱發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了保證。

（3）全年凈供電量達到7700萬kWh以上，系統(tǒng)供電率達到77%以上，年綜合經(jīng)濟效益5000萬元以上，并取得了良好的社會效益。