长江钢铁烧结余热发电实践

2018-11-29周劲军史德明包自力顾厚淳

冶金动力 2018年12期

周劲军,史德明,包自力,顾厚淳

(马钢（集团）控股有限公司，安徽马鞍山 243000）

1 项目概况

在钢铁生产过程中，烧结工序能耗约占总能耗的10%～12%，其中冷却机排放的废气显热约占20%～28%[1]。马钢集团安徽长江钢铁股份有限公司建有3条192 m2烧结环冷生产线，烧结机配套3台235 m2环冷机。为了能使环冷机余热资源得到有效利用，由马钢集团安徽欣创节能环保科技股份有限公司采用BOT模式承建了长江钢铁烧结余热发电项目：新建3台22 t/h（7 t/h）双通道双压式烧结余热锅炉；1套15 MW补凝式汽轮发电机组，余热锅炉产生中压蒸汽作为汽轮机的主蒸汽、低压蒸汽作为汽轮机补汽，推动汽轮机发电机组产生电能。

该项目于2014年12月开工，2015年10月投产，经过一系列攻关调试，年净供电量达到7700万kWh以上，吨矿发电量达到17 kWh以上，系统供电率达到77%以上，超过设计参数。

长江钢铁烧结余热发电实践是马钢在总结中国第一套烧结余热发电系统经验基础上的又一次实践创新。该项目成功实施，为国内余热利用项目的高效利用提供了宝贵经验，对推动行业节能工作有着重要的意义。

2 项目实施过程

2.1 余热情况调研

长钢拥有3台192 m2烧结机组，年产烧结矿约600万t。每台烧结环冷机配有 4台鼓风机，高温烧结矿料经过鼓风冷却后，约150～500℃烟气经2座直接式烟囱（高中温段）及开放式烟罩（低温段）外排。通过对其2座烟囱排出废气的温度、压力、流量等参数进行了现场测试计算，确定192 m2烧结环冷机余热回收烟气参数，见表1。

表1 余热资源量

2.2 废气设计参数的确定

设计采用双温烟气热风全循环方式，调研表明，当冷却介质（空气）初始温度为50℃时，热交换后的介质初温比常温时的高15℃，而当介质初温为120℃时，介质初温比常温时的高45℃[2]。考虑到热风循环将提高废气温度，最终确定设计参数见表2。

表2 双温双压余热锅炉用环冷机废气设计参数

2.3 热力系统设计

该系统主要由四个部分组成：（1）双温烟气回收输送全循环系统，每台烧结机配备一套；（2）余热锅炉系统，每台烧结机配备一套额定蒸发量为20.0/7.0 t/h的双温双压余热锅炉（350/220℃、1.45/0.5 MPa）；(3)汽轮发电机系统，三台余热锅炉配备一套。汽轮机为BN15-1.3/0.35型单缸、冲动、补凝汽式；发电机额定功率为18 MW；(4)DCS集散控制系统及辅助设施等。

烟气循环系统设计遵从如下三原则：①烟气余热（温度）的梯级利用理论，即高温烧结矿产生的高品质过热蒸汽、低温烧结矿产生的低品质微过热蒸汽，高温优先，保证余热回收系统能源转化效率最高；②采用热风全循环方式，即换热后的余热锅炉烟气全部送入循环风机加压后再对烧结矿进行冷却换热，对余热锅炉排烟余热进行再利用；③烟气平衡控制理论，保证高、低温进气烟管总流量与循环风机总流量平衡。

烟气循环系统流程如图1。烧结环冷机高、低温封闭式烟囱出口的烟气分两路进入双温余热锅炉进行热交换，废气温度降至约130℃后，通过循环风机将全部烟气经烟道返回环冷机底部、冷却烧结矿循环使用，经余热锅炉换热产生的中、低温蒸汽推动汽轮发电机组发电。

图1 烟气系统流程图

设计特点：

（1）关键动力设备采用变频控制技术：循环风机、给水泵及凝结水泵等采用变频控制，在满足快速响应调整同时实现节能。

（2）环冷台车密封采用柔磁性钢刷式密封技术：提高密封稳定性同时，减少日常维护量及维护费用。

（3）关键设备参数选型及控制方式满足实际操作需求：循环风机实际风量大于设计参数30%、全压提高到6500 Pa，各烟气管路配有自动调节阀，并安装相应温度、压力、流量探头，便于操作分析、调整。

（4）运行控制通过烧结余热发电智能控制系统(BP-CICS)自动实现：通过实时采集烧结、还冷生产数据及烟气温度情况，预测及自动调整烟气循环、余热锅炉、汽轮机等系统运行参数，做到多发电和少耗电的最优控制，实现了烧结余热资源利用的最大化。

3 运行与完善

3.1 调试过程中出现的主要问题

该项目已于2015年10月投产。在调试初期以及运行过程主要出现以下问题：

（1）烧结机生产与余热发电运行脱节，烧结终点温度控制无序，造成机组运行起伏性较大；

（2）烧结余热回收系统运行方式存在不合理因素，导致烟气温度及流量偏低且波动较大，没有达

（1）提高烧结系统生产的稳定性及与余热发电运行的契合度

管理制度上保证烧结生产与余热发电一体。在保证烧结原料供应的稳定性、入炉原料的均匀性、生产调度的稳定性、设备运行的稳定性等方面的同时，严格控制烧结终点温度，保证烧结矿热源的稳定性。通过控制，环冷入料温度由约350℃提高到430℃以上。

（2）优化烧结余热回收系统控制方式

①采用烟气系统分段全循环运行方式（见图2）。即换热后的余热锅炉外排热烟气（约130℃）仅对高温烧结矿进行换热，而低温烧结矿换热段仅通过冷却鼓风机利用环境空气进行换热并实现烟气平衡。此运行方式不仅可以最大限度实现能级梯级回收利用，而且可以防止高温烧结矿低温猝冷造成烧结矿粉化、影响烧结矿质量。到设计额定发电量，余热回收效果欠佳；

图2 分段热风循环系统控制原理图

（3）汽轮机真空度恶化；

3.2 改进措施

通过采用烟气系统分段全循环运行方式，循环风机出口压力由5000 Pa以上降低至约500 Pa。高温段回风温度提高到120℃以上，高温段烟气温度提升约50℃且波动性减小；

②减少烟气系统阻力，提高换热效果。调整烧结环冷机料层厚度由约1.3 m至约1.0 m，保证循环风机出口压力在1000 Pa以内。

③防止高温热量流失。将烧结矿下料处至机尾除尘烟道关闭，引导高温烟气进入余热回收系统；控制集气风罩处烟气压力保持微负压状态，防止热风外溢及冷风大量吸入。

④提高锅炉压力、停止锅炉减温减压装置，提高进汽温度至350℃左右。

⑤调整循环水系统加药模式等措施，提高冷凝器换热效果，汽轮机真空度达到-0.93 kPa以上。

通过调整，运行工况得到明显改善，余热锅炉蒸发量超过额定22 t，蒸汽温度提高20℃以上，排烟温度降低20℃以上。就离汽轮发动机组最远的3#余热锅炉而言，单炉运行发电功率由约1500 kW提升到约5000 kW。

4 实施效果

通过攻关调试，在正常生产情况下，长钢烧结余热发电系统发电量由每天不足25万kWh提高到35万kWh以上，平均发电功率由不足12 MW提升到15 MW以上（最高达到18 MW以上）且稳定性提升，供电率由不足70%提高到75%以上，吨矿发电量由不足12 kWh提升到16 kWh以上，达到国内先进水平，详见表3 2016、2017年长江钢铁烧结余热发电统计表。