邯钢435m2烧结余热发电技术创新与应用

吕金奎,赵献峰

(河北钢铁股份有限公司邯郸分公司能源中心，河北邯郸056015)

邯钢435m2烧结余热发电技术创新与应用

吕金奎,赵献峰

(河北钢铁股份有限公司邯郸分公司能源中心，河北邯郸056015)

介绍了邯钢435 m2烧结余热发电项目，包括其中环冷机烟罩柔性密封在内的多项关键技术，不仅能实现钢铁企业的节能降耗，也能为企业创造可观的经济效益。

烧结余热;发电;技术;创新

1 方案制定

1.1435 m2烧结余热发电工艺的设计

435 m2烧结系统包括配料、混合、烧结、破碎、冷却、整粒等主要工艺，主要供邯钢东区3200 m3高炉烧结矿，2009年6月份投产。烧结机有效抽风面积为450 m2，设计利用系数为1.30 t/h·m2，设备年作业率为92%，设计年产烧结矿438.21万t。环冷机面积为520 m2，冷却方式为鼓风冷却，排矿温度小于120℃。日产11800～12700 t，利用系数1.15～1.21 t/h·m2，固体燃料消耗58.5 kg/t。435 m2烧结环冷机配5台相同的风机，风机风量为560783 m3/h。上述风机的冷风经过环冷机冷却烧结料后变为150～400℃高温废烟气，直接排向大气，其中还含有一定数量的矿物粉尘。通过上述烧结工艺系统及其各参数的研究和论证，设计安装一套烧结余热发电工艺系统。按照“节约能源，保护环境”的原则，在435 m2烧结环冷机附近设置1台双压余热锅炉，并布置1台15 MW的补汽凝汽式汽轮发电机组，来最大限度地回收环冷机排出的余热。

1.2 烟气系统工艺流程

设计安装两条烟道将环冷机1#和2#烟囱与双压余热锅炉的烟气入口相连接。通过这两条烟道将环冷机1#和2#烟囱的高温烟气分别引入余热锅炉，高温烟气在锅炉内放热，余热锅炉排出的冷烟气通过循环风机回鼓至环冷机的底部重新吸收环冷机台车上烧结矿的热量后向上进入环冷机1#和2#烟囱。

这样布置的工艺流程好处在于：第一、可以同时停开两台环冷机的鼓风机，以提高进入余热锅炉的烟气温度和节约环冷机系统电耗。第二、烟气的循环利用可以大幅提高余热锅炉能量回收效率。第三、可以大幅减少烟气排空所造成的矿尘污染，改善生产区域的环境质量。第四、用回风冷却烧结矿可以减少烧结矿与冷却风的温差，减少高温矿料因急剧冷却产生的破碎现象，提高烧结矿的品质。

为了切实保证环冷机主体生产不受烧结余热发电系统的影响，在余热锅炉的尾部设置有补冷风口，在回鼓管道上设置有烟气应急放散口，以便调节回鼓烟气的温度和处理突发事故。

1.3 蒸汽发电系统工艺流程

本工程蒸汽发电系统配置有1台双压余热锅炉和1台补汽、凝汽式汽轮发电机组。

双压余热锅炉产生的中压过热蒸汽通过布置在汽机间的中压蒸汽管，送往汽轮机主汽阀进口，低压蒸汽经补汽管道进入汽轮机的补汽阀进口。主蒸汽和补汽通过不同的入口进入汽轮机，带动汽轮机做功发电。做完功的蒸汽在凝汽器内冷凝后由凝结水

泵送回锅炉继续吸热，再变成过热蒸汽送往汽机。

2 创新与应用

2.1 减少环冷机上部烟罩漏风为核心的柔性密封技术

在烧结矿质量相对稳定的情况下，减少环冷机上部烟罩漏风是提高烟气温度和发电量的关键技术。由理论和实践可知，冷风漏进烟罩内以后会对高温烟气产生冷却作用，造成烟气温度降低，在余热锅炉内的换热效率下降，发电量降低；高温烟气从烟罩内漏出，同样造成热量的损失，使得进入锅炉的热量减少，而影响发电量。

为了攻克这一难题，本项目开展了从烟罩漏风各个结构装置控制到操作工艺控制的全面技术研究。包括环冷机台车上部柔性自吸密封技术、烟罩端部动态密封技术、烟罩内部负压动态控制防泄漏技术等。应用并形成专利1项。关键技术如下：

2.1.1环冷机台车上部柔性自吸密封技术

烧结余热发电最关键的核心问题是能否将环冷机余热收集过来。收集的多少，直接关系到余热发电量的多少和效益高低。余热收集的关键是环冷机台车两侧与烟罩的动密封。目前国内外多采用金属密封、高温橡胶密封及水密封，因环冷机都不同程度存在设备跑偏、烟罩受热变形等问题。如采用金属硬密封不可避免存在密封间隙大、漏风严重问题，使烟气温度降低发电量减少。如采用高温橡胶密封，高温橡胶在400～500℃的温度下工作，会在不长时间内高温老化，橡胶严重变形硬化，密封间隙密增大，密封效果变差漏风增大。采用水密封设备运行一段时间水槽积尘严重运转困难，技术也不过关。

为此自主创新，经多次试验，设计成功了以硅酸铝纤维布为主要密封材料的环冷机余热回收台车的密封装置。将该密封装置安装在烟罩与台车两侧的缝隙处，通过在柔性密封垫上施加预压紧力，实现预密封，再跟负压控制技术结合，实现柔性密封垫的自吸密封。并通过楔形销速拆装技术实现了柔性密封垫的迅速拆装维护。该密封装置具有耐高温不变形、柔性好密封严、价格低廉更换方便等优点，完全不会出现因为台车跑偏和烟罩变形造成密封间隙大而漏风的问题。

该技术已申请专利《一种环冷机余热回收台车的密封装置》，国家专利受理号：201320060653.X。

2.1.2 烟罩端部动态密封技术

环冷机台车上部烟罩两端的空隙虽然相对较小，但其所处位置的漏风同样影响余热的利用率和发电量。为此设计了自由摆动挡板，将挡板通过可旋转的轴销吊装在烟罩两端部的上侧，下侧与烧结矿接触。由于其上部是可旋转的，当烧结矿的料层加厚时，挡板会随着的烧结矿的向后移动而以上部轴销为中心也向后摆动，当烧结矿的料层减薄时，挡板会在自重的作用下又趋向于垂直的位置，这就实现了挡板的下边缘始终与烧结矿的上表面接触，从而实现烟罩端部的动态密封。这种密封结构简单，可现场制作也可以提前预制。

2.1.3 烟罩内部负压动态控制防泄漏技术

为了辅助配合上述烟罩柔性自吸密封装置的工作，正常生产中的操作也很重要。因为上述柔性密封装置的密封垫为纤维布，在烟罩内是负压状态时，密封垫会因为负压的作用而更加紧密的贴近密封面，实现更严密的密封，而如果烟罩内为正压状态时，密封垫就会被内部的高温烟气吹起而产生高温烟气向外的泄漏。因此在运行过程中保持烟罩内适当的负压是非常必要的。为此在烟罩内安装了测负压传感器，将传感器的信号引至主控制的操作监控台，通过监视负压的变化随时调整循环风机挡板的开度，保证烟罩内负压在一定范围稳定运行。

通过上述技改后的实施，减少了环冷机冷风漏风率90%以上，提高了烟气温度10℃，每小时提高发电机组发电量300 kWh。按照年运行8000 h计算，年提高发电量240万kWh，按每度电平均价格0.56元计算，全年直接经济效益可达130余万元。

2.2 消除高温烟气管道非同步沉降对环冷机主体设备影响为核心的柔软连接技术

435 m2烧结余热发电项目中，高温烟道基础在环冷机内场地中，要求支架基础沉降量很小，否则将对环冷机产生很大的向下压力，使环冷机台车变形造成停产。原设计为混凝土预制桩，但因在环冷机内受场地狭小限制，打桩机无法进入场地，此方案行不通。设计单位又制定了人工挖桩的方法，但因场地地下水位近-2 m，附近就是运行的冷却风机，振动较大无法施工此方案也不行。请市内地基设计专业设计院，出了几个方案仍然行不通，场地地面下2 m以上为回填土没有什么承载力，如对地基不做有效处理，一旦发生较大沉降会造成环冷机损坏，本项目组创新思路，将基础不允许下沉改为可以适当均匀下沉，创造性的采用了在高温烟道上安装非金属膨胀节，用于吸收下沉量，以柔性连接代替刚性连接的创新方案，这样基础可只做简单加固处理即可满足要求，彻底解决了环冷机场地内高温烟道基础因受

场地限制无法施工这一难题，保证了工程顺利实施。

2.3 消除锅炉汽包水位计液位剧烈波动为核心的汽包水位计液位稳定技术

双压余热锅炉调试运行期间，中低压汽包就低水位波动较大，影响锅炉安全运行。经过拆开汽包认真分析，发现造成水位波动原因是因为蒸发器管路进入汽包后汽水混合物直接冲击造成汽包水位剧烈波动。针对这个缺陷，对汽包内部水位计的汽、水管出口进行了改善，自主设计研发了水位计液位稳定装置，改造安装后应用效果良好，解决了汽包水位较大波动问题。形成专利1项，技术交底书已报公司，已申报《汽包水位计液位稳定装置》实用新型专利。

2.4 消除自除氧器除氧头满水为核心的蒸汽前导平衡技术

双压余热锅炉自投运后，锅炉自除氧器一直无法正常投入，水箱溶解氧严重超标。打开除氧头顶部排气门时，排气管满管向外流水，打开除氧器中间人孔附近的DN15压力表阀门，也是满管流水。根据以上现象判断为除氧头填料以上部分处于满水状态。经多次调整除氧蒸汽阀开度及除氧头排汽阀开度均无效。如除氧器不能及时正常投入，锅炉会在短时间内造成严重腐蚀，如长期运行将会造成锅炉因腐蚀而报废的严重后果。多次与总承包单位联系，要求拿出整改方案，但他们始终找不到原因，又与除氧器生产厂家该产品的设计人员直接联系，他也找不到具体原，因拿不出改造方案。经认真分析研究我们认为除氧器本身存在结构缺陷，需改造处理，制定了具体改造方案，利用停炉检修机会对除氧器内部淋水盘结构进行了改造，加装了前导蒸汽平衡系统，通过将自除氧蒸汽分出一部分前导引至除氧头淋水盘的上部，解决了除氧头满水问题，实现了除氧器的正常运行。改造后除氧效果良好，在锅炉不添加任何辅助除氧药剂的情况下，实际运行中锅炉给水溶解氧含量≤8 μg/L，优于国家标准，国家标准要求不高于15 μg/L（此标准数据摘自《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》GB/T12145-2008）。彻底解决了余热锅炉自除氧器因满水而不能除氧这一技术难题。此技术成果正在申报专利。

3 项目实施效果

3.1 主要经济技术达指标国内同行业领先水平

项目实施后，435 m2烧结环冷机余热实现了高效回收利用，日最大吨矿发电量达到20.86 kWh/t，烧结余热发电利用水平步入了行业领先水平。锅炉给水溶解氧指标方面，在锅炉不添加任何辅助除氧药剂的情况下，实际运行中锅炉给水溶解氧含量≤8 μg/L，优于国家标准，国家标准要求不高于15 μg/L（此标准数据摘自《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》GB/T12145-2008）。烧结环冷机上部烟罩密封技术国内领先，环冷机烟罩的漏风率从大约50%降低到20%以下，烟气温度提高了10℃。

3.2 形成4项专利技术

本项目共形成专利4项，其中1项发明和1项实用新型正在申请，1项实用新型已报公司知识产权科，正等待申请号，1项实用新型国家已受理。

3.3 紧跟国家前沿政策，为国家钢铁工业节能和低碳探索经验

我国钢铁工业节能和低碳发展技术发展目标中，针对重点钢铁企业，到2020年，要求烧结矿显热回收利用技术、煤调湿（CMC）和电炉烟气余热回收技术等节能技术的普及率提高到50%（摘自《2011～2020年中国钢铁工业科学与技术发展指南》）。在我国钢铁工业节能和低碳发展关键技术中要求加快推广的关键技术共有5项，烧结矿余热发电技术是其中1项。在我国钢铁工业节能和低碳发展关键技术中要求积极探索、研发、加快工程化的关键技术共有9项，排在前2项的分别是中低温烟气余热回收与利用技术和钢铁企业余热蒸汽综合利用技术。本项目既是对烧结矿显热回收利用技术的具体实践，又是对钢铁企业余热蒸汽综合利用技术的积极探索，为其他钢铁企业继续推进节能和低碳关键技术提供了宝贵的经验。

3.4 经济和社会效益

该项目实施以来，经济效益和社会效益均显著。烧结发电机组平均发电功率约10 MW,平均对外供电比例为75%。按照每年运行8000 h计算，直接创造经济效益3360万元，降低生产工序能耗30400 t标煤，环保方面每年二氧化碳减排量为72960 t。

4 结论

本项目研发了包括环冷机烟罩柔性密封在内的多项关键技术，解决了行业技术难题，其技术指标达国内领先水平。已申请及正在申请国家专利4项。部分关键技术已经在邯宝能源中心、厄瓜多尔等推广应用，技术推广前景广阔。

[1]丁明舫.锅炉技术问答[M].北京：中国电力出版社，2001.

Innovation and Application of Waste Heat Power Generation Technology for the 435 m2Sinter of Handan Steel

LV Jinkui,ZHAO Xianfeng
(The Energy Sources Center of Handan Co.,Hebei Iron&Steel Group,Handan,Hebei 056015,China)

The waste heat power generation project for the 435m2sinter of Handan Steel is introduced.The project adopted various essential technologies including movable sealing of hood of recirculation cooler,which can not only achieve energy saving and emission reduction but also create significant economic benefit for steelmakers.

waste heat from sinter;power generation;technology;innovation

TM61

B

1006-6764（2014）05-0046-03

2013-08-22

吕金奎（1979-），男，大学本科学历，工程师，现从事锅炉设备管理工作。