東北地區燒結余熱發電的冬季保溫與防凍

摘要：極寒地區燒結余熱發電由于其特殊的運行方式啟停頻繁，停運后的防凍問題是我國北方地區非常嚴峻的問題。五礦營口中板有限責任公司的燒結余熱發電通過總結生產經驗，積極在生產和改造上采取相關措施，在燒結余熱發電防寒防凍工作中取得了一定的成果和經驗，維護了設備的穩定運行。

關鍵詞：極寒地區；燒結余熱發電；放水管道；保溫措施；防凍措施；鋼鐵生產 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH019 文章編號：1009-2374（2016）29-0091-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.040

在鋼鐵生產過程中，燒結工序的能耗約占總能耗的10%，僅次于煉鐵工序，位居第二。在燒結工序總能耗中，有近50%的熱能以燒結機煙氣和冷卻機廢熱氣的顯熱形式排入大氣。

國內鋼鐵廠近年推廣應用的低溫余熱發電供熱技術是利用中低溫的廢氣產生低品位蒸汽，用來供熱或推動低參數的汽輪機組做功發電。其與火電發電相比，不需要消耗一次能源，不產生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其他有害氣體，具有充分利用低溫廢氣以達到變廢為寶、凈化環境的目的。

本著“節約能源，保護環境”的原則，五礦營口中板有限責任公司積極推進余熱發電項目，回收利用四臺燒結機的環冷機廢熱氣中的余熱，通過余熱鍋爐產生蒸汽，送往汽輪發電機組發電。

2012年11月份180m2燒結余熱發電電站投產，三臺余熱鍋爐和一臺汽輪發電機組的總體規模。其中：2×180m2燒結機配置兩臺單進汽雙壓立式余熱鍋爐，型號為Q360-21.86/5.78-2.0（0.5）/340（200）；而另一臺132m2的燒結機配置一臺單進汽雙壓立式余熱鍋爐，型號為Q360-17.18/5.54-2.0（0.5）/340（200）。三臺余熱鍋爐均自帶除氧器。對應的12MW雙壓補汽凝汽式汽輪機，型號為NZ12-1.9/0.4，配15MW發電機，型號QFW-15-2A。

2014年9月600m?燒結余熱發電投產，600m?燒結環冷機對應鍋爐型號為1臺Q500（500）/400（300）-75（17.5）-1.45（0.35）/340（200）、1臺20MW雙壓補氣凝汽式汽輪機（型號為BN20-1.25/0.25）、1臺20MW發電機（型號QF-20-2型），利用燒結環冷機1#段、2#段高溫部分的300℃～400℃的廢氣產生蒸汽，來推動汽輪機組做功發電。

我公司在東北地區，隨著冬季的到來，極端天氣下整個鍋爐的汽水系統屢次出現問題，故障頻繁。鍋爐內取樣器管、儀表系統經常上凍，造成液位計液位顯示失靈、壓力測點顯示錯誤，不能及時、準確、真實地顯示現場運行數據，對運行生產造成了極大的不便和安全隱患。另外，靠近煙道尾部的低溫換熱器部分出現凍管，就是停機就開始放水也放不凈。停機后空冷器、冷油器、油站冷油器等冷卻器回水管道出現防凍層以上位置結冰，造成各冷卻器無法使用等，給運行人員和檢修人員造成極大的困擾。

1 故障及原因分析

針對上述問題，經過認真的現場調查和原因分析，發現我廠燒結余熱發電在設計和安裝方面存在以下缺陷：

第一，由于燒結余熱發電特殊的工作方式，燒結余熱鍋爐和燒結機運行情況聯系緊密，燒結側緩料、換臺車、處理設備缺陷停機等都對燒結余熱發電鍋爐影響巨大，造成鍋爐啟停爐特別頻繁。我公司燒結余熱發電站在設計時對極寒條件考慮不周，未完全考慮北方環境溫度及生產現狀，鍋爐采取的彩鋼板緊身封閉結構，保溫效果差。汽水管路、儀表管路等都采用的普通巖棉保溫措施，事實證明無法抵擋本地區-27.3℃左右的低溫。

第二，引風機出口擋板為葉片式，環冷機動靜部分密封差，停機后料溫下降快，冷風順著煙道倒灌回鍋爐內，鍋爐采取的換熱方式是自上而下逐級換熱。鍋爐最下部為凝結水預熱器，冷風倒灌第一級就是凝結水預熱器，而且凝結水預熱器進水溫度為30℃～40℃，蛇形管排列。一方面是水的溫度低，蓄熱能力差；另一方面因為凝結水預熱器內沒有壓力放水速度慢，蛇形管排又不容易將水完全放凈，造成在放水過程中管排出現上凍的現象且放不出水。

第三，冬季外供蒸汽，蒸汽壓力跟隨燒結測環冷機煙溫波動大，蒸汽管路上的疏水在安裝疏水器的情況下壓力波動大就容易上凍，造成疏水器動作失靈，從而凍住、凍壞。

第四，本地區最大凍土深度1.11m，部分冷卻水回水管道、循環水回水管道、冷油器回水管道等在停機后出現地表部分結冰現象，造成無法回水。

第五，低負荷運行和停機后在循環水泵連續運行情況下，出現整個機力通風塔北側結冰現象，北側邊緣位置將擋風板縫隙填滿連成冰幕，內部局部形成巨大冰柱對填料造成重力下拉作用，當時處理及時否則將造成填料大面積損壞。

第六，超過24小時停產時化學水箱及管路出現上凍現象。

2 改造及預防措施

為了適應冬季寒冷天氣下燒結余熱鍋爐的穩定運行需要，我公司采取了一系列的改造、防凍和預防措施取得了良好的效果，保證了燒結余熱發電的穩定運行，主要措施如下：

第一，將室外的儀表管路盡量移至室內，將室內的儀表管路纏繞伴熱帶，并在伴熱帶外加裝巖棉保溫，停爐后到就地用變送器上的泄水閥將水放出，從而避免了儀表管路在停爐后凍結和失靈。將各類無防凍能力的變送器拆回，待機組啟動前回裝。

第二，鍋爐各部位人孔、檢查孔、放灰門及省煤器和預熱器檢查門、循環風機出入口擋板嚴密關閉；各轉機油站冷卻水密封水水流暢通，長期停止運行后，要將管路內的水及時放盡；易凍處消防水管路積水也應放盡；在汽輪機打閘前，打開所有的疏放水門，利用外網余壓蒸干各部疏水，各疏水主管和直排管在停機中一直保持開狀態；鍋爐汽包壁溫200℃、壓力0.5MPa打開所有底部放水、集中下降管放水、過熱汽系統、給水系統、取樣系統、減溫水系統所有疏放水門，汽包壓力到0.2MPa以下打開對空排汽；凝結水預熱器部分，加大疏水管管徑，在聯箱出口位置加裝氮氣吹掃閥門，停爐后馬上開啟，將存水吹走并充氮防腐。給水泵停運后，打開所有水側系統放水門、空氣門，凝結水泵停運后打開所有凝結水系統水側放水門、空氣門，以上各門在停機中保持開啟狀態；冷卻水塔在循環水泵停運前保持低水位運行，當達到停運循環水泵的條件時，將冷卻塔塔池水全部放凈；在鍋爐底部，沿著灰倉側面裝設部分汽暖暖氣，接近停爐階段及時開啟，散發熱量保證底部換熱器溫度，爭取時間將水放盡。

第三，外供蒸汽，鍋爐至汽輪機中低壓蒸汽母管疏水等重要疏水全部采用保溫巖棉加伴熱帶再加保溫巖棉的方式進行伴熱，疏水設立帶疏水器的主管路和直排管路。停爐后，立刻開啟直排管排凈疏水，管道中蒸汽凝結后存的低溫疏水也順著直排管慢慢排干凈。這種伴熱方式一方面防止伴熱帶被高溫蒸汽燙壞；另一方面在沒有蒸汽熱量后可以持續保證疏水管溫度，保證其不上凍。

第四，在循環水回水、各油站冷油器回水管道等位置設深1.8m的地下放水門，冷卻水停止后開啟常規放水和地下放水門將部分地表以下，防凍層以上水放盡，防止上凍。

第五，為應對機力通風塔結冰現象，在北側加設帆布棚，天冷時將帆布安裝上，天熱后拆除，防止阻礙循環水冷卻。冷卻塔南側巡檢過程中發現冰柱及時清理。

3 啟停爐過程中的具體防凍措施

3.1 鍋爐啟動操作

因燒結側每次啟動溫度波動都非常大，因此冬季鍋爐啟爐前一定要與燒結側確認，生產正常溫度穩定后（一段300℃以上），方可準備啟爐。啟動前將相關的放水門、放空氣門逐一關閉，壓力變送器回裝、疏水直排門適當關小、關閉一二段煙筒閥門、打開引風煙氣切斷閥，將少許熱風引致鍋爐內。鍋爐頂部煙道過熱器處煙溫達到150℃以上，鍋爐出口煙氣溫度30℃以上，可以開始上水（兩個條件需要同時達到）。上水前檢查循環風機吸冷風口在關閉位置，水位達到汽包最低水位（-200mm），檢查循環風機未出現倒轉后，啟動循環風機。

上水前除中低參疏水、集箱疏水外將其余疏水及事故放水門關閉。

中參水位達到-200mm啟動循環風機，其間禁止間斷給水（可減少上水量）。

3.2 鍋爐停爐操作

燒結側有停機計劃提前1小時通知發電側，接到燒結側停機、緩料等相關操作通知后，司爐勤觀察環冷機溫度，當環冷溫度下降到240℃以下，馬上停爐。如未接到任何通知煙溫降至180℃以下馬上停爐。

班長接通知后，與汽機、電氣值班員做好溝通，并通知燒結主控和調度準備停爐。

第一，司爐關閉中壓及低壓蒸汽出口門，開啟中、低壓集汽集箱向空排氣門，中、低壓汽包水位保持在

-50℃～-100℃之間即可（煙溫降至180℃和高溫過熱器位置煙溫120℃以下可不保持液位立刻放水，放水過程中逐漸降低循環風機頻率，水放盡后立刻關閉鍋爐入口擋板和循環風機進出口擋板），吸冷風口整個冬季達到檢修位置嚴禁操作。

第二，司爐開啟煙筒排空閥，關閉循環風機進出口門，停循環風機。

第三，司爐觀察鍋爐內溫度及汽包壓力下降情況可中斷鍋爐給水，當中壓汽包壓力降至0.5MPa以下時司爐及班長到達現場進行相關疏水門開啟。

第四，稍開除鹽水補水箱補水門，稍開補水泵出口放水門，稍開鍋爐主汽至蒸汽母管管道疏水，全開給水泵進口放水門，全開中、低壓給水管道放水門，全開凝結水管道放水門。開啟中、低壓汽包水位計放水門。

第五，循環風機工業冷卻水不得關閉，給水泵冷卻水可視廠房內溫度稍開或溫度較低時全開。

第六，停爐后要保證門窗關閉，廠房采暖正常，相關管道保溫完整及伴熱正常。

4 結語

燒結余熱發電由于受到燒結側環冷機和燒結機的制約，啟停爐相對頻繁，從而給運行操作和冬季防凍帶來一定的困難。我公司在生產實踐中通過仔細查找原因，積極采取應對措施，維護了設備的安全穩定運行。最長一次冬季停機時間達1個月，在這種大面積采取防凍措施的條件下，系統恢復必須提前5天進行，最近一次極冷狀態下（零下25℃）機組啟動，整個系統恢復用了4天時間使鍋爐具備了啟動條件。五礦營鋼燒結余熱發電正在繼續探索改進燒結余熱發電機組冬季停運后的防凍措施方法，使機組在滿足防凍條件下，實現機組快速恢復啟動，以提高機組冬季備用狀態的快速反應能力。

作者簡介：謝志剛（1981-），男，遼寧營口人，供職于五礦營口中板有限責任公司，熱動中級職稱，研究方向：余熱發電。

（責任編輯：王 波）