烧结环冷机余热发电现场问题及调整措施

2021-05-17王业峰

山东冶金 2021年2期

王业峰，白军，高源

（1 中信重工工程技术有限责任公司，河南洛阳471039；2 西藏农牧学院，西藏林芝860000）

1 前言

钢铁生产能源消耗约占全国生产总能耗的15%，是国家节能减排的重点领域。在整个钢铁生产流程中，烧结工序能耗大约占钢铁企业总能耗的15%。烧结工序的余热资源中，烧结矿显热约占烧结过程总带入热量的44.5%，因此，烧结余热利用成为钢铁节能减排的重中之重。通过对某烧结环冷机余热发电项目的调试实践，对烧结矿显热利用进行有益的探讨，以期对环冷机余热的高效回收利用有所帮助。

2 技术背景

烧结环冷机余热发电技术是利用烧结矿在环冷机冷却过程中，烟气带出的热量，经余热锅炉换热，产生中、低压蒸汽，再通过汽轮机将蒸汽的热能转化为机械能，拖动发电机发电。汽轮机排出的乏汽经循环水冷却后形成凝结水，该凝结水经锅炉给水泵重新送至锅炉，形成完整的汽水循环。循环风机将换热后的烟气从余热锅炉中抽出，再送入环冷机风箱，从而实现烟气的循环利用。环冷机余热发电工艺流程如图1所示。

图1 环冷机余热发电工艺流程图

2.1 设计参数及烟气流程

该工程项目为211 m2烧结机，配套228 m2的鼓风环式冷却机。余热发电系统：环冷机余热锅炉+10 MW汽轮发电机组。烟气设计参数见表1。

烟气流程。烧结矿是沿环冷机圆周方向逐渐冷却的，主要研究对环冷机Ⅰ段、Ⅱ段的余热资源进行分级回收和能量梯级利用。设计烟气流程：从环冷机Ⅰ段抽出的400 ℃烟气进入余热锅炉的高温烟气进口，与高压过热器换热；从环冷机Ⅱ段抽出的320 ℃烟气进入余热锅炉的低温烟气进口，与经过高压过热器的高温烟气混合，再分别通过高压蒸发器、高压省煤器、低压过热器、低压蒸发器和低压预热器、余热锅炉换热后，烟气温度降为145 ℃。该烟气经循环风机增压后再分别鼓入环冷机Ⅰ段和Ⅱ段的底部风箱，形成一个闭式循环。环冷机余热发电烟气流程如图2所示。

表1 烟气设计参数

图2 环冷机余热发电烟气流程

3 现场问题及调整措施

现场问题：烟气温度低、环冷机冒灰、低压蒸汽不能投运。调整措施针对于这三方面来进行。

3.1 调整烧结矿料层厚度及环冷机取气口处负压

烟气温度低，即烧结矿带入环冷机的热量少。烧结矿的热量计算公式：

式中：Q 为烧结矿带入环冷机的热量，kJ/h；Ct为温度t时，烧结矿平均比热容，kJ/（kg·℃）；m为烧结机的热矿产量，kg/h；t为烧结矿的温度，℃。

结合现场实际，进行了以下调试：

1）调整料层厚度。增加烧结矿料层厚度，即降低环冷机转速。烧结矿在环冷机内停留的时间增加，烧结矿的热量被烟气充分置换，从而提高进入余热锅炉的烟气温度。现场参数：环冷机电机转速730 r/min时，烟气温度330 ℃；环冷机电机转速680 r/min时，烟气温度达到380 ℃，增加料层厚度，烟气温度提高显著。

2）调整烧结终点和中控室间联动。为了更高效的利用烧结矿热量，烧结终点应在离落料点尽可能近的风箱，同时为了设备安全和烧结矿品质，最好控制在倒数第2 个风箱或第2 与第3 风箱之间的位置。另外，烧结和余热发电中控室间需要增加联动。

3）调整环冷机取气口处的负压。环冷机采用弹簧式机械密封，因此，烟罩与环冷机台车顶部间隙的漏风也需要考虑。其中，气体流速可依据局部阻力计算公式得到：

式中：ΔPf为环冷机烟罩与台车间的局部阻力，Pa；ξ为局部阻力系数；ω 为气体流速，m/s；ρ 为气体密度，kg/m3。

环冷机取气口处负压为-150 Pa 时，局部阻力ΔPf为150 Pa。局部阻力系数经查表知，该项目的空气漏入局部阻力系数等效为：突然缩小ξ1和突然扩大ξ2两部分之和，则局部阻力系数ξ 为1.6；周围20 ℃的空气密度1.205 kg/m3。由计算公式（2）得出气流速度ω为12.474 m/s。

漏风量的计算公式为：式中：Qf为台车顶部间隙的漏风量，m3/h；d 为环冷机的直径，m；Δh 为烟罩与环冷机台车顶部间隙，m；ω为气体流速，m/s；θ为余热利用段的夹角。

环冷机的内径为Φ23 600 mm；外径为Φ30 000 mm；烟罩与环冷机台车顶部间隙为10 mm；气体流速为12.474 m/s；环冷机余热利用短的夹角为151°。计算得，Qf为8.806 m3/s，合计为31 702 m3/h，占总风量的9.61%。

现场调节循环风机入口的补风阀，将取气口负压控制在-150 Pa左右，烟气温度有所升高，分别达到Ⅰ段400 ℃、Ⅱ段320 ℃的设计值。

3.2 降低循环风机频率

余热发电投运后，现场冒灰严重，既不环保，也增加了员工工作强度。冒灰是由于烟气循环利用，烧结矿的小颗粒被带入环冷机风箱，循环风机负荷较高所致。调整循环风机负荷，将风机频率由38 Hz 降低为33 Hz，冒灰显著减少，机组发电量提高，进入风箱内的小颗粒也能通过底部放灰排出。

3.3 变更锅炉换热面蒸汽设计流程

现场查看，DCS 画面上对比，发现155 ℃的饱和蒸汽经低温过热器换热后温度不变，即低温过热器没起到加热饱和蒸汽的作用。现场检查发现，锅炉厂将烟气与蒸汽设计为顺流布置。同业主、锅炉厂交流后，变更为逆流布置，蒸汽温度由155 ℃升高到162 ℃，满足过热要求。另外，对低压蒸汽管道检查后，发现低压蒸汽管道管线长，业主限制疏水阀的开度，导致低压管道疏水不顺畅。开大电动补汽阀前、后疏水门，以及主厂房外的低压蒸汽管道疏水门后，疏水通畅，低压蒸汽得以顺利投运。