燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟最優(yōu)化技術(shù)研究

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燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟最優(yōu)化技術(shù)研究

王濤,王鐵民,陳素君

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司能源與環(huán)境部，河北唐山063200)

【摘要】燒結(jié)工序能源消耗較大，燒結(jié)煙氣及環(huán)冷機熱廢氣蘊含熱量多，回收利用數(shù)量少。針對燒結(jié)工序生產(chǎn)不穩(wěn)定的特點，結(jié)合燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)對全部回收利用燒結(jié)環(huán)冷機芋段煙氣余熱及最佳補燃煤氣量進行了可行性探討，最終確定燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)補燃至中溫中壓參數(shù)經(jīng)濟最優(yōu)。

【關(guān)鍵詞】燒結(jié)；環(huán)冷機；發(fā)電；補燃

1　前言

鋼鐵行業(yè)是我國各行業(yè)中的耗能大戶，其能源消耗量占全國總能源消耗量的比重約12%~15%。節(jié)能和能源安全已經(jīng)成為影響我國冶金行業(yè)正常發(fā)展的關(guān)鍵因素。

燒結(jié)工序是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)流程中的耗能大戶,其能耗僅次于煉鐵工序,約占鋼鐵產(chǎn)業(yè)總能耗的10%。而在燒結(jié)工序總能耗中又有近50%的能耗都是以燒結(jié)機煙氣和冷卻機廢氣的顯熱形式排入大氣,既浪費熱能又污染環(huán)境。如何有效的回收利用這部分熱量已經(jīng)引起了人們的高度重視。燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)是回收此部分余熱的一種有效方法。

2　基本原理與技術(shù)難點

700~800益的高溫燒結(jié)礦在帶冷機或環(huán)冷機上通過強制鼓風進行冷卻，底部鼓入的冷風在穿過燒結(jié)礦層時與熱燒結(jié)礦進行換熱，產(chǎn)生大量200~450益高溫廢氣。將這些高溫的廢氣通過引風機引入鍋爐，產(chǎn)生中壓及以下壓力等級的蒸汽，推動汽輪機轉(zhuǎn)動從而帶動發(fā)電機發(fā)電。

此工藝的技術(shù)難點在于燒結(jié)工序的生產(chǎn)既存在由于設(shè)備突然故障引發(fā)的非計劃檢修，又存在與高爐休風配合的計劃檢修，且檢修時間長短不定，使燒結(jié)余熱熱源不穩(wěn)定，系統(tǒng)設(shè)計難度大。二是實際運行中，余熱回收系統(tǒng)設(shè)計工況點偏離實際工況點太大，系統(tǒng)熱效率偏低。所以，提高燒結(jié)余熱熱源的穩(wěn)定性和提高系統(tǒng)熱效率是燒結(jié)余熱發(fā)電未來發(fā)展過程中必須持續(xù)關(guān)注的問題。

3　國內(nèi)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀

自2009年開始，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)逐漸應用了燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)回收燒結(jié)環(huán)冷機余熱資源，具體參數(shù)見表1。

從表1所述燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)的應用情況看，可以發(fā)現(xiàn)兩個問題，一是燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)只回收利用了環(huán)冷機一段及部分二段高溫余熱資源，余熱回收總量少；二是余熱發(fā)電系統(tǒng)選用的蒸汽參數(shù)較低，最高壓力只達到次中壓水平，還未出現(xiàn)采用中溫中壓蒸汽參數(shù)的燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)。

本文從增加余熱回收總量及提高發(fā)電系統(tǒng)參數(shù)兩個方面開展了理論技術(shù)研究，期望為燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)未來的發(fā)展提供方向。

表1　具有代表性的燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)參數(shù)

4　系統(tǒng)最優(yōu)分析

本文以某公司550 m2燒結(jié)機系統(tǒng)為例，從提高余熱回收總量和提高機組效率并穩(wěn)定系統(tǒng)運行兩個方面開展了理論研究。

4.1設(shè)備情況：

550 m2燒結(jié)機配套環(huán)冷機設(shè)備情況如下：

離心鼓風機數(shù)量：6臺；

單臺風量:10000～11000 m3/min；

出料溫度:≥120益；

冷卻時間約80 min；

進料溫度約700～850益；

環(huán)冷機臺車（長伊寬伊高）：1.5 m×3.9 m×1.5 m；

回轉(zhuǎn)中徑:Φ53m；

臺車寬度: 3.9 m；

有效冷卻面積:580 m2；

最大料厚: 1400 mm

有效冷卻時間: 80 min

冷卻方式:鼓風強制冷卻

進料溫度: 750耀850益

排料溫度:臆120益

回轉(zhuǎn)一周的時間: 45耀135 min（變頻調(diào)速）

燒結(jié)機不同狀態(tài)下煙氣溫度變化情況見表2。

表2　燒結(jié)機不同狀態(tài)下煙氣溫度變化情況　益

如圖1，補燃爐采用3#段熱風作為助燃空氣，通過爐內(nèi)燃燒，控制補燃爐出口溫度為500益，用于產(chǎn)生過熱蒸汽，然后其煙氣與環(huán)冷機玉段、域段煙氣混合后進入余熱鍋爐蒸發(fā)受熱面換熱直至排出余熱鍋爐。在燒結(jié)短時間停機時，完全可以采用補燃裝置產(chǎn)生的高溫煙氣，產(chǎn)生蒸汽，維護汽輪機溫度運行，提高電站作業(yè)率。

圖1　補燃式燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)圖

4.2經(jīng)濟性分析

根據(jù)卡諾循環(huán)定律，系統(tǒng)吸熱的平均溫度越高，放熱的平均溫度越低，整個系統(tǒng)的熱效率就越高。常規(guī)燒結(jié)余熱發(fā)電機組蒸汽參數(shù)只能達到2.0 MPa，350益左右，距離中溫中壓參數(shù)3.82 MPa，450益還有很大差距。因此必須采用補燃技術(shù)。補燃技術(shù)不僅能夠提高環(huán)冷機熱廢氣的最高溫度，提高系統(tǒng)的蒸汽參數(shù)而且能夠起到穩(wěn)定系統(tǒng)、增加余熱回收總量的目的。

本文以未采用補燃技術(shù)的方案為基礎(chǔ)，以補燃煤氣至次中壓、中壓及高壓發(fā)電系統(tǒng)的三個方案為備選項，通過方案對比，確定在不同壓力等級下的的最佳煤氣補燃量，及最佳的補燃收益方案。

余熱回收加補燃綜合利用效率：

In—環(huán)冷機第n段余熱焓值，kJ/m3；

Qn—環(huán)冷機第n段余熱煙氣量，m3/h；

濁y—環(huán)冷機第n段余熱利用效率，%；

Qv—補燃煤氣量，m3/h；

Qed—補燃煤氣熱值，kJ/m3；

濁BFG—補燃煤氣利用效率，%；

表3、表4、表5為理論分析出的不同壓力等級下煤氣補燃量與補燃增加效益的結(jié)果。

從表3中可以看出，在補燃至次中壓等級壓力下，單爐補燃煤氣量最佳值為15000 m3/h，此時煤氣補燃帶來的效益達到最大。

從表4可以看出，在補燃至中壓等級情況下，最佳單爐補燃煤氣量為22000 m3/h，此時煤氣補燃的效益達到最大。

表3　補燃至次中壓最優(yōu)煤氣量計算表

表4　補燃至中壓最優(yōu)煤氣量計算表

表5　補燃至高壓最優(yōu)煤氣量計算表

從表5可以看出，在補燃至高壓等級情況下，最佳單爐補燃煤氣量為93500 m3/h，此時煤氣補燃的效益達到最大。

通過表3、表4、表5數(shù)據(jù)比較結(jié)果，隨著補燃參數(shù)的提高，系統(tǒng)熱效率都是持續(xù)升高的趨勢。但次中壓情況下，每補燃入1 m3高爐煤氣可以帶來0.1225 kWh的發(fā)電收益，而至中壓參數(shù)后，每補燃入1 m3高爐煤氣可以帶來0.1475 kWh的發(fā)電收益，最后至高壓參數(shù)后，不僅不能帶來發(fā)電收益的增加，反而使補燃增加的效益降低。由此可見，采用補燃技術(shù)提高蒸汽參數(shù)至中溫中壓才是最佳的燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)方案。

5　結(jié)論

通過對補燃燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)進行不同壓力等級下經(jīng)濟效益及效率的對比，形成以下結(jié)論：

（1）隨著補燃煤氣量的增加，燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的熱效率是持續(xù)上升的，最終熱效率將會達到同等壓力的純煤氣鍋爐效率。

（2）補燃煤氣可以提高燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟效益及穩(wěn)定性，但并不是蒸汽參數(shù)越高越好，補燃至中溫中壓等級是最優(yōu)工況點。

[參考文獻]

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供排水

A Study on the Economic Optimization Technology for Sintering Waste Heat Power Generation System

Wang Tao, Wang Tiemin, Chen Sujun

(Energy and Environment Dept., Shougang Jingtang United Iron & steel Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063200, China)

[Abstract]Sintering process consumes much energy and produces large amount of flue gas and circular cooler waste gas containing huge heat, most of which are not recovered. In view of the instable characteristics of sintering production, the feasibility of complete recovery and utilization of flue gas waste heat of sintering ring cooler and the best combustion of BFG volume in combination with the sintering waste heat power generation technology was dis原cussed. It was finally determined that the sintering waste heat power generation system with the parameters of afterburning to medium temperature and medium pressure is economically optimal.

[Keywords]sinter; ring cooler; electricity generation; afterburning

作者簡介：王濤（1981-），男，碩士研究生，熱能專業(yè)工程師，現(xiàn)從事熱能技術(shù)管理工作

收稿日期：2015-04-25

【文章編號】1006-6764（2015）12-0049-04

【文獻標識碼】B

【中圖分類號】TM617