转底炉烟气余热再利用发电

李汉华 原 辉

（日照钢铁有限公司，山东 日照 276806）

转底炉烟气余热再利用发电

李汉华 原 辉

（日照钢铁有限公司，山东 日照 276806）

对转底炉烟气系统进行改造升级，建立了国内首条转底炉烟气再利用发电系统，对烟气余热充分再利用发电，现每天每条生产线余热发电12万kW・h。

转底炉；烟气系统；改造；发电

钢厂每年将生产出大量高炉灰和转炉泥等含铁和锌粉尘的副产物。粉尘中含有大量锌元素，而无法全部回收。若不做进一步处理，含锌粉尘不仅占用土地、污染环境，而且造成资源的二次浪费。

2009年10月钢铁研究总院设计出2条生产能力为20万t／年的工业化生产线，2009年11月初开工建设，2010年4月进行点火热试。截止到目前，转底炉生产线工艺顺畅，各项生产参数已达到设计要求。生产直接还原铁的金属化率平均在75%～85%，日产1000t左右的合格金属化球团。

一、转底炉含碳球团自还原工艺

1.转底炉还原工艺概况

转底炉采用直接还原含碳球团工艺，转底炉内氧化还原反应快，含碳球团内部的碳（一般含量30%）是优质还原剂，含碳球团在高温度环境下在球团内部产生煤气，实现自还原。含碳球团在转底炉工艺中突破了铁矿还原的温度限制和扩散障碍。

正常工作条件下转底炉炉膛内温度在1200～1400℃，采用煤气发生炉发生煤气。

煤气站总煤气量≥44000m3/h，气化率为3.2～3.5m3/kg，灰渣碳含量≤12%，含尘、焦油≤25mg/ m3，温度＜35℃，含水量≤44g/m3，烟煤气化强度为250～300kg/（m2・h）。

2.排放烟气特点

转底炉出口烟气温度在1150℃上下，烟气中含有大量物理热。转底炉工艺通过烟气换热器预热助燃风和煤气回收热能。助燃空气预热器可以将助燃空气加热至450～480℃，煤气预热器将发生炉煤气加热至250～280℃。

经过对煤气和空气预热后，烟气中物理热被消耗利用一部分，烟气温度仍然可达700℃。

二、新旧工艺对比

1.转底炉系统

转底炉是含碳球团直接还原核心设备，炉温控制和炉内气氛控制优劣及精度是整个工艺系统运行重点，炉温从加热区、还原一区至还原五区需要连续调节控制，每区炉温设定值随生产工艺参数不同而改变。

2.烟气系统

烟气排放系统是转底炉生产工艺运行关键，转底炉炉膛内还原反应后烟气带走大量物理热同时带走大量烟尘。烟气中含大量的Zn、Pb、K、Na等元素，使烟气中的粉尘黏性增大。烟气在流经原设计的换热器时，会在换热器中沉积并结块，造成烟道堵塞，被迫停炉清灰，影响生产。

新设计烟气余热发电系统，取得较好效果，生产效率提高。

3.烟气余热再利用发电系统

（1）转底炉烟气参数

烟气成分含有：N2、CO2、H2O、O2、SO2、氯化物，烟气成分（体积百分比%），具体如表1所示。

表1 ppm

烟气含尘量6～16g/m3，粉尘主要成分：ZnO、Fe2O3、KCl、SiO2、CaO、MgO等。烟气及烟气冷却过程中受热面上的结渣物对受热面具有一定的腐蚀性。

烟气量及烟气温度参数：标准烟气量50000m3/h，最大烟气量65000m3/h。标准烟气温度1100℃，烟气温度波动范围900～1200℃。余热锅炉进口压力为微负压（约-100～-200Pa）。

（2）新烟气余热再利用发电系统运行原理

余热锅炉型号为QC50/1100-25.0-3.82/450,是单压、卧式、无补燃、自然循环余热锅炉，锅炉采用高低温段分段布置。

余热锅炉参数具体如表2所示。

表2

通过转底炉烟气余热再利用发电系统投产试运行，转底炉排放烟气温度从1100℃降低至150℃以下，烟气中90%热量得到回收，生产用蒸汽89%用于发电，11%用于煤气发生炉气化剂。烟气排放温度降低后，设备损害方面大有改善，仅延长布袋使用寿命一项，每年节约备件费用67.2万元。

汽水流程图如图1所示。

三、汽轮发电系统

1.汽轮发电系统原理

图1

图2

汽轮发电系统由1套12MW凝汽式汽轮机和1套15MW发电机组组成，1#线余热锅炉及余热发电机组从2011年4月份至2012年4月施工建设安装，并于2012年4月份投产运行，1#线余热锅炉及余热发电机组从2012年4月份至2012年8月施工建设安装投产运行。

汽轮发电系统基本参数如表3所示。

汽机流程图如图2所示。

2.发电过程

锅炉工作状态时，烟气水平流向锅炉底部的进口烟道，依次流经本体各受热面，经换热后的烟气从锅炉底部排出，进入省煤器。

锅炉给水经给水操纵台进入省煤器加热后，接近饱和温度的水进入锅筒，锅筒内的水经下降管进入各水冷壁下集箱，在水冷壁内受热后成为汽水混合物又回到锅筒（分离器）进行汽水分离，分离下来的水回到锅筒的水空间，饱和蒸汽通过引出管被送到过热器。

饱和蒸汽在过热器中继续吸热，成为过热蒸汽。过热蒸汽有很高的压力和温度，因此有很大的热势能。具有热势能的过热蒸汽经管道引入汽轮机后，便将热势能转变成动能。高速流动的蒸汽推动汽轮机转子转动，形成机械能。

发电机便把汽轮机的机械能转变为电能。电能经变压器将电压升压后，由输电线送至电10kV配电系统。

四、生产实践

设计建设的转底炉烟气余热再利用发电系统是国内首套。2012年4月顺利投产，稳定运行1年5个月回收转底炉余热，生产蒸汽发电5536.02万kW・h，实现利润3487.69万元。

每生产1t金属化球团可以发电150kW・h，实现转底炉盈电生产，同时降低金属化球团工序能耗18.44kgce/t。

表3

五、需注意问题

1.锅炉

锅炉内过热器是锅炉核心部件，设备维护是关键。由于烟气的特性，过热器管组容易损坏，造成水系统通过漏洞进入烟气系统。若过热器管组出现漏洞，需及时停机补漏，将出现漏洞管组切掉。

2.烟气管道

锅炉高低温段烟道都采用钢制密封壳体形式，根据各烟道所在部位的工作条件和工作特点，在外侧采用了不同的钢制加强结构，以承受锅炉正常运行时烟气的内压和冲击。

转底炉烟气余热再利用发电系统运行过程中，烟气中的粉尘容易沉积并板结。需要利用计划停机时间，对烟道粉尘沉积及时清理。

[1]王定武．转底炉工艺直接还原的现状和前景[J]．冶金管理，2007，17（12）：53.

[2]黄洁．谈转底炉的发展[J]．中国冶金，2007，17（4）：23.

[3]陈珩．电力系统稳态分析（第三版）[M].

[4]杨冠城．电力系统自动装置原理（第四版）[M].

（二等奖获奖征文）

TF748+.02

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1671-0711（2015）05-0060-04