劉相伯 宋宇

【摘 ?要】近些年來，我國大力推進(jìn)節(jié)能減排工作，政府大力推進(jìn)綠色能源的使用，因此各種各樣的節(jié)能減排技術(shù)如雨后春筍般出現(xiàn)，燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)汽電雙施技術(shù)就是其中一種。本文以燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)汽電雙施技術(shù)為分析對象，首先介紹了工程背景，接著詳細(xì)闡述的設(shè)計方案，分別從機(jī)爐選型、裝機(jī)方案、余熱條件及主要參數(shù)進(jìn)行了介紹，再接著詳細(xì)分析的工藝系統(tǒng)和主機(jī)設(shè)備規(guī)范，分別分析了煙風(fēng)系統(tǒng)、主蒸汽系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)等各種不同的系統(tǒng)以及各種各樣不同的規(guī)范，最后介紹了節(jié)能減排的效應(yīng)，以便使該技術(shù)可以得到廣泛推廣，減少不必要的損耗。

【關(guān)鍵詞】節(jié)能減排;燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)汽電雙拖技術(shù);設(shè)備系統(tǒng)

前言

在燒結(jié)生產(chǎn)總能耗中，環(huán)冷機(jī)廢氣帶走的熱量約占總熱量的20%～28%，故回收環(huán)冷機(jī)廢氣所帶走的熱量已經(jīng)成為燒結(jié)工藝節(jié)能的一個重要環(huán)節(jié)，對企業(yè)節(jié)能增效，降低成本起重大的作用。燒結(jié)余熱利用技術(shù)的應(yīng)用可將燒結(jié)環(huán)冷機(jī)一、二段風(fēng)箱排出的高溫?zé)煔庾鳛橛酂徨仩t的熱源進(jìn)行回收，從而提高鋼鐵企業(yè)能源利用率，節(jié)約了大量的能源，項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

汽電雙拖技術(shù)是將燒結(jié)余熱產(chǎn)生的廢熱通過余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，再通過汽輪機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通過變速離合器與燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)聯(lián)接，與電動機(jī)同軸驅(qū)動燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)，向燒結(jié)工序提供所需的風(fēng)量和壓力，使驅(qū)動燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)的電動機(jī)降低電流而節(jié)能。

汽電雙拖機(jī)組是燒結(jié)余熱能量回收與電動機(jī)聯(lián)合驅(qū)動燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)的新型能量回收機(jī)組，具體由燒結(jié)余熱汽輪機(jī)、變速離合器、燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)、同步電動機(jī)組成。

汽電雙拖技術(shù)是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定拖動設(shè)備的一項(xiàng)新節(jié)能技術(shù)，它將鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱回收的能量直接作用的燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)軸系上，通過降低電機(jī)動電流而達(dá)到節(jié)能的目的。與以往傳統(tǒng)的燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)相比較，省去了先由熱能轉(zhuǎn)為電能，再轉(zhuǎn)換為機(jī)械能之間能源重復(fù)損失，大大提高余熱能量回收的效率;同時，汽輪拖動機(jī)組將原有的龐大系統(tǒng)簡化合并，取消原發(fā)電機(jī)組廠房，減少了發(fā)電機(jī)及其配電系統(tǒng)，合并了自控系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、動力油系統(tǒng)等，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的情況下，最大程度的節(jié)省了項(xiàng)目投資及運(yùn)行成本。

1.工程背景及概況

為積極響應(yīng)國家節(jié)能減排和“雙碳”政策，高效利用余熱資源，滿足企業(yè)持續(xù)發(fā)展需要，提高自發(fā)電率，減少環(huán)境污染，東北特殊鋼集團(tuán)高爐易地大修項(xiàng)目原料燒結(jié)工程配套建設(shè)一臺265 m2燒結(jié)環(huán)冷余熱產(chǎn)蒸汽加發(fā)包方外補(bǔ)蒸汽配套蒸汽拖動主抽系統(tǒng)，并為該系統(tǒng)配套建設(shè)總圖運(yùn)輸、管網(wǎng)、電力、自動化、儀表、給排水、計量、通信、土建、熱力等公輔設(shè)施的設(shè)計、供貨、施工、帶負(fù)荷聯(lián)動試車等全部工程建設(shè)。

2.設(shè)計方案

2.1機(jī)爐選型

本工程熱力系統(tǒng)的設(shè)計遵守“溫度對口、梯級利用”的原則，將環(huán)冷機(jī)一段和二段高溫段的熱煙氣引入余熱鍋爐，在余熱鍋爐進(jìn)行熱交換后，生產(chǎn)的高參數(shù)過熱蒸汽，作為主蒸汽進(jìn)入汽輪拖動機(jī)主蒸汽入口，低參數(shù)過熱蒸汽做為補(bǔ)汽送入汽輪拖動機(jī)補(bǔ)汽入口。為提高燒結(jié)環(huán)冷機(jī)的一段和二段熱煙氣溫度，煙氣采用再循環(huán)方式，即余熱鍋爐出口煙氣再回到環(huán)冷機(jī)下部風(fēng)箱。設(shè)置一臺變頻調(diào)速控制的再循環(huán)風(fēng)機(jī)，余熱鍋爐運(yùn)行時，再循環(huán)風(fēng)機(jī)工作，環(huán)冷機(jī)1號送風(fēng)機(jī)出口閥門閉合，余熱系統(tǒng)漏風(fēng)由環(huán)冷機(jī)2號風(fēng)機(jī)補(bǔ)充。余熱系統(tǒng)停止工作時，再循環(huán)風(fēng)機(jī)停止，環(huán)冷機(jī)1號送風(fēng)機(jī)出口閥門開啟，燒結(jié)環(huán)冷系統(tǒng)正常工作。

根據(jù)環(huán)冷機(jī)高溫一、二段熱風(fēng)量，通過計算確定高參數(shù)產(chǎn)汽為33/h，低參數(shù)產(chǎn)汽為7/h。鍋爐采用雙壓自除氧系統(tǒng)，除氧系統(tǒng)不需要外來熱源，鍋爐系統(tǒng)給水溫度設(shè)定在38℃。余熱鍋爐就近布置在環(huán)冷機(jī)旁，露天布置（帶防雨棚、避雷、和防腐蝕的措施）。

燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)功率由電動機(jī)及汽輪機(jī)輸出功率共同組成，當(dāng)鍋爐啟機(jī)時，電動機(jī)輸出功率為主抽風(fēng)機(jī)全部功率，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到3000r/min時，變速離合器自動投入工作，汽輪機(jī)輸出功率拖動風(fēng)機(jī)，當(dāng)鍋爐或汽機(jī)事故或需檢修時，變速離合器自動斷開，同步電機(jī)正常工作，不影響主抽風(fēng)機(jī)工作。

綜上，本工程擬定環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐鍋爐采用立式、雙流程、雙壓自除氧系統(tǒng)的余熱鍋爐;汽輪機(jī)采用補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)組。

2.2裝機(jī)方案

本工程1臺33/7 t/h的燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐，所產(chǎn)蒸汽全部進(jìn)入汽輪機(jī)進(jìn)行拖動，機(jī)組采用補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)。考慮蒸汽網(wǎng)損后機(jī)組最大可帶功率約7500kW。配置變速離合器，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)3000r/min，主抽風(fēng)機(jī)電動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)1000r/min，變速離合器速比為3000/1000。全年運(yùn)行時間按7920h計算。

2.3余熱條件及主要參數(shù)

燒結(jié)余熱發(fā)電所利用的環(huán)冷機(jī)熱風(fēng)資源原始設(shè)計參數(shù)如下：

3.工藝系統(tǒng)

3.1煙風(fēng)系統(tǒng)

本余熱鍋爐為雙壓自然循環(huán)鍋爐，適用于燒結(jié)環(huán)冷機(jī)排氣煙氣的余熱回收。鍋爐采用雙煙道供風(fēng)系統(tǒng)，煙氣分高低溫兩個通道進(jìn)入鍋爐，高溫?zé)煔饨?jīng)部分高壓受熱面換熱后，煙溫降至與低溫?zé)煔庀喈?dāng)，兩股煙氣混合再與其余的受熱面換熱，充分利用煙氣的不同品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)煙氣的梯級利用。并且提高過熱蒸汽的溫度;更能充分利用煙氣各能級的熱能，降低排煙溫度，提高煙氣余熱的利用率。

煙道由以下部分組成：環(huán)冷機(jī)一、二段煙罩出口到余熱鍋爐的入口煙道。余熱鍋爐出口到循環(huán)風(fēng)機(jī)入口煙道。循環(huán)風(fēng)機(jī)出口煙道至環(huán)冷機(jī)下部風(fēng)箱的回風(fēng)管道。各煙道采用焊接鋼管，根據(jù)煙道的所在的部位和工作條件，在外側(cè)采用了不同的鋼制加筋結(jié)構(gòu)，以承受鍋爐正常運(yùn)行時煙氣的內(nèi)壓和沖擊。內(nèi)側(cè)采用了內(nèi)撐桿形式，并在煙氣流動方向采用防磨角鋼保護(hù)內(nèi)撐桿磨損，保證煙道不塌陷。

在環(huán)冷機(jī)上罩出口煙道和鍋爐入口煙道上，為了減少管道熱脹冷縮對設(shè)備的影響，接口處設(shè)有膨脹節(jié)。在管道固定支架之間設(shè)有膨脹節(jié)，用以吸收鍋爐運(yùn)行時管道產(chǎn)生的位移量。

3.2主蒸汽系統(tǒng)

余熱鍋爐出來的高參數(shù)過熱蒸汽送至汽輪機(jī)主進(jìn)汽口，低參數(shù)過熱蒸汽送至汽輪機(jī)補(bǔ)汽口。主蒸汽管道采用20號鋼材質(zhì)的鍋爐用無縫鋼管。

3.3給水系統(tǒng)

來自凝結(jié)水泵38℃的凝結(jié)水作為鍋爐的給水，鍋爐給水經(jīng)鍋爐水預(yù)熱器進(jìn)入低參數(shù)鍋筒上部的除氧頭，低參數(shù)鍋筒同時作為除氧器水箱使用，在低參數(shù)鍋筒上部裝有除氧頭，除氧頭與低參數(shù)鍋筒直接相連，兼除氧作用。低參數(shù)鍋筒內(nèi)爐水在維持低參數(shù)蒸發(fā)器正常運(yùn)行的同時，將低參數(shù)給水通過給水泵經(jīng)高參數(shù)省煤器加熱后送至高參數(shù)鍋筒。鍋筒內(nèi)的水經(jīng)下降管導(dǎo)入蒸發(fā)器。然后被加熱為汽水混合物再進(jìn)入鍋筒，高參數(shù)鍋筒上部的蒸汽經(jīng)過汽水分離裝置后成為干蒸汽，然后被管道導(dǎo)入過熱器被加熱為高參數(shù)過熱蒸汽。給水泵采用變頻控制，便于水位調(diào)節(jié)。

3.4循環(huán)水系統(tǒng)

凝汽器、油冷器的冷卻水采用循環(huán)水，循環(huán)水由冷卻塔冷卻。循環(huán)水泵布置在循環(huán)水泵站內(nèi)。循環(huán)水經(jīng)循環(huán)水泵進(jìn)入汽機(jī)凝汽器，再由凝汽器出口送至機(jī)力通風(fēng)冷卻塔冷卻。

由于夏季循環(huán)水溫過高，油冷器的冷卻水需考慮用補(bǔ)充新水冷卻，設(shè)切換閥門和管道。

3.5凝結(jié)水系統(tǒng)

汽輪機(jī)的排汽經(jīng)凝汽器冷卻成凝結(jié)水后自凝汽器熱井排出，凝汽器熱井引出的凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水泵升壓進(jìn)入汽封加熱器，加熱器出口分兩路，一路經(jīng)管網(wǎng)至環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐凝結(jié)水加熱器;另一路采用電動調(diào)節(jié)閥引入凝汽器上部，在啟動、低負(fù)荷時用于冷卻蒸汽和主汽門前來的疏水，并保證機(jī)組在啟動和低負(fù)荷工況下水泵的安全運(yùn)行。設(shè)2臺凝結(jié)水泵，一用一備。凝汽器熱井水位與凝結(jié)水管道旁路電動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行聯(lián)鎖，保證正常工況下熱井水位。

3.6凝汽器抽真空系統(tǒng)

設(shè)置兩臺射水抽氣器和一個射水箱，兩臺射水泵，一運(yùn)一備。

3.7主抽風(fēng)機(jī)汽電雙拖油系統(tǒng)

三機(jī)同軸設(shè)備油系統(tǒng)采用組合油箱供油方式，即潤滑油系統(tǒng)、調(diào)節(jié)油系統(tǒng)，包括各類油泵等均采用組合一體式，同時供風(fēng)機(jī)、電機(jī)、變速離合器及汽輪機(jī)用油，根據(jù)規(guī)范要求，潤滑油系統(tǒng)布置于位于廠房固定端的獨(dú)立潤滑油站內(nèi)。

配備1臺移動式濾油機(jī)，室內(nèi)設(shè)補(bǔ)充油箱。

3.8磷酸鹽加藥系統(tǒng)

鍋爐設(shè)一套磷酸鹽加藥裝置。配置1套一罐三泵式爐水加藥裝置，鍋爐的中低壓汽包具有獨(dú)立加藥泵。

3.9取樣系統(tǒng)

余熱鍋爐設(shè)一套手動取樣裝置。

3.10排污系統(tǒng)

鍋爐設(shè)置排污擴(kuò)容器1臺，鍋爐的連續(xù)排污、定期排污、啟動疏水均排入排污擴(kuò)容器，擴(kuò)容后的污水排入地溝。

3.11疏水系統(tǒng)

主抽風(fēng)機(jī)室內(nèi)的疏水排至地溝。

3.12壓縮空氣系統(tǒng)

本工程所需的壓縮空氣量由燒結(jié)廠統(tǒng)一考慮。壓縮空氣供鍋爐等設(shè)備檢修及循環(huán)水處理間用氣。

3.13廠區(qū)管網(wǎng)

余熱鍋爐與主抽風(fēng)機(jī)室的管道，都是通過廠區(qū)管網(wǎng)連接的。主要包括主凝結(jié)水管道、高、低參數(shù)過熱蒸汽管道、壓縮空氣管道、化學(xué)水管道等。廠區(qū)管道架空敷設(shè)。

3.14化學(xué)水系統(tǒng)

本工程化學(xué)水處理補(bǔ)給水水源擬采用廠區(qū)合格除鹽水，由廠區(qū)來的除鹽水直接送入中間水箱，然后由除鹽水泵送至鍋爐低壓省煤器入口。

3.2主機(jī)設(shè)備規(guī)范

3.2.1環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐

環(huán)冷機(jī)一冷段煙氣量：215000 Nm3/h 溫度：400℃

環(huán)冷機(jī)二冷段煙氣量：215000 Nm3/h 溫度：300℃

鍋爐總漏風(fēng)：2%

鍋爐出口煙氣溫度：140℃

鍋爐高參數(shù)蒸汽量：33t/h

鍋爐高參數(shù)蒸汽壓力：1.5MPa

鍋爐高參數(shù)蒸汽溫度：340℃

鍋爐低參數(shù)蒸汽蒸發(fā)量：7t/h

鍋爐低參數(shù)蒸汽壓力：0.45MPa

鍋爐低參數(shù)蒸汽溫度：200℃

給水溫度：38℃

數(shù)量：1臺

3.2.2循環(huán)風(fēng)機(jī)

流量：730000 m3/h

風(fēng)壓：6500 Pa

溫度：140℃

功率：2000kW ?10kV ?IP54

數(shù)量：1臺

3.2.3汽輪機(jī)

型式：補(bǔ)汽凝汽式工業(yè)汽輪機(jī)

額定功率：7500 kW

主汽進(jìn)汽量：33 t/h

主汽壓力：1.3 MPa（a）

進(jìn)汽溫度：330℃

補(bǔ)汽進(jìn)汽量：7 t/h

補(bǔ)汽壓力：0.3 MPa（a）

補(bǔ)汽溫度：190℃

排汽壓力：0.007 MPa（a）

轉(zhuǎn)數(shù)：3000 r/min

數(shù)量：1臺

3.2.4變速離合器

額定功率：7500 kW

轉(zhuǎn)數(shù)比：3000/1000

數(shù)量：1臺

3.2.5電動機(jī)（同步）

額定功率：7700kW

轉(zhuǎn)數(shù)比：1000r/min

數(shù)量：1臺

3.2.6主抽風(fēng)機(jī)

進(jìn)氣流量：21500 m3/min

進(jìn)氣溫度：最高200℃，正常130℃，最低80℃

工作轉(zhuǎn)速：1000r/min

3.3主廠房布置

汽電雙拖設(shè)備布置于燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)室，廠房大小為42米X18米，縱向?yàn)?個9米跨，橫向?yàn)?跨，從左至右分別為1個8米跨，3個9米跨及1個7米跨，依次布置燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)、雙出軸電機(jī)、變速離合器、汽輪機(jī)，根據(jù)最新規(guī)范要求，在固定端設(shè)置封閉潤滑油站，為汽電雙拖系統(tǒng)及主抽風(fēng)機(jī)及電機(jī)系統(tǒng)供回油，在一端設(shè)有檢修場地，供廠房內(nèi)設(shè)備檢修使用，主抽風(fēng)機(jī)室內(nèi)設(shè)置一臺32/5t吊鉤橋式起重機(jī)。

汽電雙拖機(jī)組及電機(jī)和主抽風(fēng)機(jī)采用同軸布置，其中電機(jī)為雙出軸，軸中心標(biāo)高為5米，離合器中心偏心距為0.71米。主廠房運(yùn)轉(zhuǎn)層以上的隔墻應(yīng)采用耐火極限不低于1.0h的材料砌筑，運(yùn)轉(zhuǎn)層以下的隔墻的耐火極限不應(yīng)低于3h。并在主廠房的端部設(shè)大門，可滿足廠房的防火疏散要求。本地區(qū)地震烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.15g，所屬的地震分組為第一組，根據(jù)發(fā)包方提供的初步勘察報告所顯示建筑場地類別為II類，故本工程按抗震設(shè)防烈度為7度。

3.4電氣系統(tǒng)

汽拖系統(tǒng)一路10kV電源引自燒結(jié)高配，余熱循環(huán)風(fēng)機(jī)高壓變頻器一路10kV電源引自燒結(jié)高配。

汽拖系統(tǒng)相關(guān)電氣設(shè)備（高低壓柜、變頻起動系統(tǒng)、控制柜等）均安裝在主電除塵變電所。該變電所距主抽風(fēng)機(jī)室直線距離約20米。

余熱鍋爐系統(tǒng)的高壓變頻、低壓柜安裝在余熱配電室。

主抽風(fēng)機(jī)變頻起動，余熱再循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行。

3.5熱工控制

熱工控制系統(tǒng)控制內(nèi)容包括燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐、汽電雙拖和水泵站系統(tǒng)等，根據(jù)汽拖項(xiàng)目的運(yùn)行及管理特點(diǎn)，本項(xiàng)目采用DCS控制系統(tǒng)對整個系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制。在燒結(jié)主電除塵下方設(shè)置汽拖系統(tǒng)控制室和電子設(shè)備間，汽拖控制室內(nèi)用于布置工程師站及操作員站等，所有控制內(nèi)容通過控制室內(nèi)操作站實(shí)現(xiàn);電子設(shè)備間內(nèi)布置DCS系統(tǒng)控制柜，汽機(jī)調(diào)速控制柜等。在余熱鍋爐配電室內(nèi)設(shè)置DCS分站，鍋爐部分檢測信號送至DCS分站內(nèi)，分站與主站之間采用光纖通訊方式進(jìn)行連接。

水泵站控制系統(tǒng)與汽拖系統(tǒng)主站之間采用光纖通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

汽電雙拖系統(tǒng)的控制系統(tǒng)與燒結(jié)主控制系統(tǒng)之間預(yù)留通訊接口，通過通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

4.節(jié)能減排效益

本項(xiàng)目建成后，機(jī)組年運(yùn)行小時7920h，按設(shè)計工況，汽輪拖動系統(tǒng)年節(jié)約電當(dāng)量可達(dá)5940萬千瓦時，年節(jié)約標(biāo)煤量約1.49萬噸，每年減少二氧化碳排放3.91萬噸。

5.結(jié)語

汽電雙拖技術(shù)將傳統(tǒng)余熱發(fā)電改為汽電雙拖拖動燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)，通過主抽風(fēng)機(jī)電動機(jī)降低電流而節(jié)能，簡化了能源的轉(zhuǎn)化過程，提高了余熱利用效率;在技術(shù)上成熟可靠，在倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的今天，汽電雙驅(qū)技術(shù)切實(shí)響應(yīng)了國家節(jié)能降耗的政策，項(xiàng)目投資回收期短，節(jié)能效果非常顯著，目前該項(xiàng)目已進(jìn)入建設(shè)收尾階段，該項(xiàng)目的投產(chǎn)運(yùn)行必將為企業(yè)實(shí)現(xiàn)能量的綜合利用，為企業(yè)發(fā)展帶來豐厚的效益。

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