燒結環冷余熱鍋爐效率降低原因分析與措施

岳　洪，劉　濤，禹金龍，陶紅衛（寧波鋼鐵有限公司余能發電廠，浙江寧波　315807）

燒結環冷余熱鍋爐效率降低原因分析與措施

岳洪，劉濤，禹金龍，陶紅衛
（寧波鋼鐵有限公司余能發電廠，浙江寧波315807）

【摘要】針對寧鋼1#燒結燒結產能降低后，環冷余熱鍋爐效率降低原因進行分析，提出了改進環冷密封與保溫的措施，提高了風溫和鍋爐出力，取得了較好效果。

【關鍵詞】燒結；余熱鍋爐；效率；原因；措施

Analysis of Efficiency Decline of Circular Cooler Waste Heat Boiler and Countermeasures

Yue Hong, Liu Tao, Yu Jinlong, Tao Hongwei
(The Waste Heat Power Plant of Ningbo Iron and Steel Co., Ltd., Ningbo, Zhejinag 315807, China)

【Abstract】The reasons for the efficiency decline of the circular cooler waste heat boiler after production capacity reduction of the No.1 sintering plant of Ningbo Steel were analyzed; measures to improve the sealing and temperature conservation of the circular cooler were put forward, which have increased the air temperature and boiler output and achieved good effect.

【Keywords】sinter; waste heat boiler; efficiency; reason; measure

1　前言

寧鋼1#430 m2燒結環冷余熱項目于2011年底建成投產，配套建設電廠3#余熱鍋爐和15 MW汽輪發電機組。鍋爐額定中壓蒸汽流量為60 t/h，汽溫320℃，低壓蒸汽流量為20 t/h，汽溫190℃，汽輪發電機機組外網補汽量按40 t/h進行設計；截至2013年底3#機組累計運行12019 h，累計發電8448 萬kWh。主要運行情況如下：

第一階段：2012年，1#燒結滿負荷生產（燒結上料量950~1020 t/h），3#機組年平均負荷8.3 MW，廠用電率43.87%，其中7~9月份3個月平均負荷分別為9.2 MW，折合噸礦發電量14.7 kW，處于行業較好水平，生產基本正常，主要問題為廠用電率較高。

第二階段：2012年12月份，2#燒結投產，因兩臺燒結機產能與高爐產能不匹配，兩臺燒結機組只能低負荷生產，由此造成3#鍋爐汽溫偏低，蒸汽量大幅減少。2013年上半年3#機組因發電量少于廠用電量而被迫停運。電廠于上半年完成了循環風機變頻改造，風機電耗由原來的2900 kW降至800 kW左右，廠用電量下降明顯，3#機組于7月份投入運行。7~11月份，平均負荷約3.8~4 MW，每月產生邊際貢獻50萬元。期間雖然主汽溫度下降，但電廠保安蒸汽僅作熱備用，在燒結短時間故障時投用，月使用量約700~800 t。此階段基本維持生產，但噸礦余熱回收量低，噸礦發電量約9 kW。在2013年1~2月份冬季，因鍋爐蒸汽溫度低、蒸汽量少，發電無邊際貢獻，機組停運行。

第三階段：隨著公司熱軋、石灰等蒸汽余熱回收項目的相繼建成投產，公司低壓管網蒸汽出現富余，3#機組于2014年3月中旬恢復生產。此階段富余低壓管網蒸汽用于發電，但保安蒸汽需長時間投入以提高汽溫，發電效益較差。

針對1#燒結燒結產能降低后，環冷余熱鍋爐效率降低原因進行分析，提出了改進措施和建議，取得了較好效果，實現公司效益最大化。

2　余熱鍋爐效率降低原因分析

2.1前期完成的燒結低負荷生產模擬試驗情況

在2#燒結投產前電廠與煉鐵廠配合，于2012 年5月17日進行了7小時的燒結70%產能（700 t/h上料量）3#鍋爐性能試驗，終點溫度控制在340℃左右，試驗主要數據如下：

（1）高溫段熱風溫度在290~330℃左右，其中高限到350℃，低限在256℃；低溫段熱風溫度在230~260℃左右。

（2）主蒸汽溫度最低到260℃；汽機進汽最低汽溫為250℃，如燒結過程波動對汽輪機組有一定影響；

（3）機組負荷在4.2~5.7 MW，平均負荷約5 MW左右，為同期燒結滿負荷生產時平均負荷（8.7 MW）的57%；

（4）與燒結滿負荷生產工況相比，因高溫段熱風溫度降低，中壓蒸汽流量減少較多，平均為20 t/h左右（滿負荷38~40 t/h左右），低壓蒸汽流量變化不大，約20 t/h左右。

試驗結果表明：燒結產能下降對風溫、汽溫、發電影響比較明顯，70%產能下3#機組基本可以維持生產。

2.2燒結熱平衡測試情況

2014年5月，組織了燒結環冷及3#鍋爐熱平衡測試，結果表明：

1）700t/h上料量低產能時燒結機下料礦溫度由滿負荷的700~800℃降至510~580℃，下降較明顯，使得噸礦余熱回收量減少；

2）環冷機后礦溫平均為129℃，說明環冷冷卻效果不理想；

3）鍋爐入口風溫降低，使得鍋爐效率隨之降低。

2.3燒結低負荷生產對余熱發電的影響分析

結合該機組近三年生產、試驗情況、燒結熱平衡測試和其他單位的生產實踐，造成目前燒結低負荷時發電機組難以安全經濟發電的主要原因為：

（1）燒結機下料礦溫下降

進入環冷機燒結礦的溫度由整個臺車燒結礦的平均溫度決定。在整個燒結過程中，最低的溫度是燒結礦表層的溫度（室溫），最高的溫度是燃燒層的溫度（接近1400℃），進入環冷機之前，燒結機最下部的混合料完成燃燒層的反應過程形成燒結礦。從圖1可以看出，整個的燒結過程就是燒結礦從上至下生成的過程，也是從上至下被吸風冷卻的過程。

相對滿負荷，70%產能情況下燒結機上燒結礦抽風冷卻的時間比其要長43%，燒結礦在燒結機上冷卻更充分，因此生產操作上無論怎么控制，燒結礦的整體溫度都會明顯下降。（圖1中紅色、藍色分別代表滿負荷和70%產能時的燒結溫度沿燒結機臺車垂直方向的分布。）

圖1　燒結礦溫度分布圖

原設計至環冷機的礦料溫度為700~800℃，滿負荷生產時機尾紅礦約占1/3~1/2，經檢測在700~ 750 t/h上料量時，平均礦溫為560℃，尾部紅礦剖面呈斷、山峰狀，經測算，噸礦帶入環冷機的熱量下降了20%（估算值），則可利用熱量下降30%，勢必造成鍋爐入口高、低溫熱風溫度的降低，回收蒸汽量的減少；生產情況與試驗基本吻合，也說明了燒結產能降低后鍋爐能回收的熱量不是完全成比例下降，鍋爐蒸發量下降更加明顯。

（2）環冷密封和保溫影響

漏風問題解決不好，會造成熱風外溢、吸冷風等問題，嚴重影響余熱回收效果[1]。根據1#燒結環冷機運行數據，高低溫段風壓從投產初期的3 kPa降至1 kPa，風壓降低的主要原因為環冷機下部密封漏風過大。大量循環熱風的跑失，降低了高低溫段熱風溫度；風壓過低使得燒結礦冷卻效果變差，750 t/h的上料量，環冷風機開啟4~5臺，冷卻后平均礦溫為129℃，從數據和實際情況都說明了現場漏風非常嚴重，致使冷卻效果變差，余熱回收熱量降低。

另外，上部密封效果不好，造成大量冷風漏入熱風中，降低了鍋爐熱風溫度。從2012年各月發電平均負荷分析，夏季月平均負荷曾達到9.3 MW，而冬季則為7.7 MW，除了汽輪機距鍋爐較遠，管網損失增大原因之外，冷風漏入過大、吸風罩沒有保溫也是主要影響因素。據了解，保溫和密封做得好的廠家，在夏季和冬季余熱鍋爐產量沒有明顯的變化。

3　措施

如何在燒結低產能時提高余熱利用效率，比較了鍋爐補燃技術、蒸汽過熱爐、汽輪機改為飽和蒸汽等技術措施。鍋爐補燃技術投資約100萬元，蒸汽過熱爐投資約300萬元，可以使低溫熱風得到充分利用，提高鍋爐產量，汽溫符合汽輪機最低進汽溫度的要求，但需要約5000 m3高爐煤氣或轉爐煤氣等高品位的燃料資源。而目前公司沒有富余的煤氣資源，煤氣在電廠1#機組中使用經濟性更好。如把汽輪機改為飽和蒸汽型，則改造費用約120~130萬元，改造后雖然可以適合目前運行方式，汽機安全性有所提高，但目前余熱利用根本狀況不會好轉，發電量和經濟性也不會提高。

綜上所述，要提高3#機組的產能效益，需要在根本上尋找合理的解決方案，綜合比較目前國內采用的橡膠密封、柔磁性密封等技術[2]，結合1#燒結環冷機的特點，提出以下措施：

（1）利用1#燒結年修機會做好環冷機密封和保溫，下部密封仍采用雙層橡膠密封，減少循環熱風損失和冷風漏入熱風系統，提高熱風溫度和鍋爐產汽量，此方案投資費用最少，下部密封、上部密封和保溫、及環冷風室下部隔墻、料斗與臺車間的密封改進修理費約250萬元；改造后可以提高主汽溫度和流量，減少保安蒸汽用量，使3#機組能夠消化公司富余低壓蒸汽。

（2）改進布料裝置，使礦料盡可能布平，使礦料冷卻均勻。

（3）生產方面保持布料均勻，控制燒結終點位置。

4　實施效果

通過采取以上措施，3#鍋爐達到了以下預期效果，實現了冬季投入運行的目標，前后運行數據見表1所示。

表1　環冷密封改進前后鍋爐運行主要數據比較表

4.1取得的效果

（1）相同產能下高溫段熱風提高67℃，中壓汽溫提高78℃，至汽機側平均汽溫為280℃，蒸汽品質得到提高，中低壓蒸汽產量提高共約9 t/h，平均發電負荷提高約1750 kW，按年運行8000 h，電價0.56元/kWh測算，年發電量提高約1400萬kWh，增加效益784萬元。

（2）中壓汽溫基本可以滿足汽機最低汽溫要求，減少因投用保安汽引起的效率損失，年可多發電50 萬kWh。由于汽溫、汽量增加，縮短暖管啟動時間3 h以上。

（3）環冷密封改善以后，不僅可以從設備本質上改變目前環冷區域環境，符合公司環境整冶要求，還可以有效改進冷卻效果，提高皮帶使用壽命，環冷風機從原來的4~5臺運行減少至目前的3臺，按減少一臺環冷風機運行，則1#燒結可年降低用電成本300萬元。

4.2下一步改進方向

（1）雖然在環冷密封方面進行了完善，但由于燒結產能的降低，進入環冷機的噸礦熱量減少，使得低溫段熱風溫度僅為198℃，下一步考慮減少低溫段的取風量，可提高低溫段熱風溫度，降低廠用電率。

（2）環冷機上部密封漏風較大，吸風罩處需正壓運行，影響了循環風機的調整，根據有關資料顯示[3]，吸風罩與環冷臺車的間隙由10 mm減少到4 mm，則影響發電量和廠用電量481 kW，所以其密封形式還需改進。

5　結論

燒結產能降低將會降低噸礦余熱回收量，對環冷余熱發電影響較大；

提高燒結環冷余熱利用水平，最關鍵的要從技術上改進環冷密封和保溫著手，減少漏風，并做好日常維護；生產方面在保證燒結質量前提下，控制終點位置，達到節能減排的目標。

[參考文獻]

[1]李寶東，李鵬元，杜蒙等.燒結余熱發電現狀及存在問題的分析[J].冶金能源. Vol.31，No.3 Mar.2012：49-52

[2]董建君，朱興益，高彥.燒結環冷機柔磁性密封技術及其在凌鋼的應用[J].燒結球團. 2013年8月，第38卷，第4期：23-26

[3]周勇平，劉海平，黃華等.環冷機上部密封對余熱發電的影響[J].發電設備. Vol.27，No.2 Mar.2013：136-138

作者簡介：岳洪（1955-），男，大學本科學歷，工程師，現從事電廠熱能動力技術管理工作。

收稿日期：2015- 01- 08

【中圖分類號】TK229

【文獻標識碼】B

【文章編號】1006-6764（2015）04-0036-04