提高燒結余熱發電量的技術創新與工藝優化

李忠

摘要：通過拆除原有環冷機舊有廢氣排空裝置和采暖換熱系統，并加裝環冷機廢氣回收及優選了礦料小車與回收煙罩間的密封材料對小車密封系統改造，同時對原系統熱礦與冷風直接交換熱量為廢煙氣加熱鍋爐后循環進入環冷機冷卻礦料的工藝進行改造，將環冷機部分廢熱煙氣通過余熱鍋爐回收換熱而產生的過熱蒸汽，用于驅動汽輪發電機組發電。

關鍵詞：環冷機；廢煙氣；加熱鍋爐；余熱回收；發電機組

1 概述

燒結環冷機的余熱回收利用可充分利用低溫廢氣、凈化環境，可降低鋼鐵企業燒結工序能耗，增加企業的效益。宣鋼的1#、2#燒結環冷機生產線，每天向大氣排放120～400℃左右的“低溫廢氣”，廢氣中還含有一定數量的礦物粉塵，燒結環冷機余熱的回收勢在必行。

2 技術工作內容

2.1 總體思路

宣鋼的1#、2#360m2燒結環冷機生產線，每臺燒結機各配套1 臺450 m2 環冷機，環冷機處理量約為730～890t/h。做為余熱回收利用項目，要以燒結生產為主，在不影響燒結工藝的前提下，最大可能地將現有兩臺450m2 燒結環冷機Ⅰ段、Ⅱ段高溫煙氣，通過配置雙溫雙壓余熱鍋爐和低溫補汽凝汽式汽輪發電機組，將環冷機部分廢熱煙氣余熱回收、換熱產生過熱蒸汽驅動汽輪發電機組發電，小部分用于生產或采暖用汽。運行方式與宣鋼360m2 燒結生產線的運行調度緊密聯系，密切配合。該工程本著“節約能源，保護環境”的原則，即能獲得明顯的經濟效益，又能大幅降低粉塵排放量，是一項一舉兩得的資源綜合利用項目。

2.2 技術方案

宣鋼燒結余熱發電項目利用現有的兩臺450m2 燒結環冷機Ⅰ段、Ⅱ段高溫煙氣，在環冷機附近配置2 臺65t/h 雙溫雙壓余熱鍋爐和1 套24MW低溫補汽凝汽式汽輪發電機組，同時配套建設循環冷卻水系統、鍋爐補給水處理系統、鍋爐島至汽機島的綜合管線、循環水系統至汽機島的綜合管線等。

通過分析實測到的環冷機煙氣溫度，在鍋爐的設備選型上進行了技術方案比選，最終確定選用雙壓余熱鍋爐。提出并組織實施了對原有燒結環冷機的改造，拆除原采暖用的換熱裝置，增設高溫煙氣的回收裝置。利用450m2 環冷機Ⅰ段、Ⅱ段的高溫煙氣，各配置1 套雙溫雙壓余熱鍋爐。環冷機煙氣的利用方案采用煙氣循環系統。

2.2.1工藝及設備選擇

如何選擇合理的余熱利用工藝和設備，最大限度地回收利用煙氣能量，是本項目的關鍵。本項目采用環冷機廢煙氣余熱回收供汽，余熱鍋爐尾氣返送進環冷機循環利用，余熱利用煙氣系統配置100%旁路。

燒結環冷余熱發電是回收利用環冷機Ⅰ段、Ⅱ段高溫煙氣的，兩段煙氣量相同，但溫度不同，如果兩段煙氣混合后進入鍋爐換熱利用，會更加降低能源品質，造成能源損失。根據煙氣參數計算、優化選用雙壓余熱鍋爐型號為：QC49（16）1.96（0.49）/375（230）。

鍋爐低壓蒸汽部分供給采暖和生產用汽，冬、夏季用量不同，汽輪機配置可滑參數運行的雙壓補汽凝汽式汽輪機，補汽全部關閉不影響運行，能夠完美配合雙壓余熱鍋爐，工作穩定，發電效率高。根據鍋爐產汽量選用補汽凝汽式汽輪發電機型號為：BN251.96/0.5//QF252

2.2.2 設備結構優化，提高機組效率，簡化安裝程序

通常鍋爐需配備專用的除氧器，利用低壓蒸汽加熱使氧氣從水中分離出來，以避免對熱力設備（省煤器、過熱器、熱力管道、鍋爐本體內部表面等）的腐蝕破壞，影響設備壽命。鍋爐受熱面采用管箱結構，螺旋鰭片管錯列布置，受熱面管子及集箱均布置在管箱內，集箱管接頭引出至管箱外，易于現場焊接。

鍋爐尾氣返送進環冷機，提高了鍋爐的進口煙溫；汽輪機為補汽凝汽式汽輪機，提高汽輪機的出力。汽輪機設計能滿足滑參數運行要求，適用參數范圍寬，可以很好地與燒結機生產過程中工況變化大、煙氣量不穩定的實際情況相適應。 補汽量可以自由調節，也可以全部關閉，不影響機組的運行。

2.2.3 原環冷機密封裝置的改造

即原鼓風機所產生的冷卻風量，約30%沒有得到利用。如果不進行密封改造，則一是這30%的風量是白白浪費掉，二是循環煙氣的熱量沒有得到充分利用。循環煙氣的溫度較高，有120—150℃，為了彌補漏出的風量，而不得不補充大量的冷風，從而降低了循環利用煙氣的品質，影響進入鍋爐的煙氣溫度，致使產汽量降低或蒸汽品質降低。因此根據本項目現有環冷機的密封情況，對如下幾個部位進行了改造：

下部風箱及煙罩之間采用大包密封；臺車與煙罩之間的密封；高溫段與低溫段風室的隔斷；高溫段與低溫段煙氣室的隔斷。工程建設期間結合燒結機生產檢修安排，在不影響現有燒結設備正常生產情況下，環冷機密封改造順利完成。

2.2.4 優化總圖工藝布置，減少工藝損失和占地面積

為減少煙氣阻力損失和提高鍋爐效率，余熱鍋爐應就近布置在環冷機旁邊。由于兩燒結生產線距離較近，1#余熱鍋爐所在處空間狹小，部分管道布置與原有設施沖突，為盡量少地發生切改工程量，對燒結機、環冷機區域進行了仔細資料查詢和探挖，多次修改設計，部分管道和電纜進行架空敷設，順利完成余熱鍋爐安裝。

汽機島、循環水系統、鍋爐補給水系統設備布置在燒結機南側的一塊三角形場地內，兩側均已規劃使用，通過對各系統設備的詳細了解，在保證廠房留有足夠的檢修空間和安全通道的前提下，反復討論設備布置方案，在保證建設標準符合國家和行業的規范要求下，通過優化設計，完美完成總體工藝布置。

3 實施效果

該項目整體技術應用已達兩年多時間，經檢測完全達到預期的余熱回收要求。煙氣條件為每臺鍋爐進口400℃高溫煙氣量37萬Nm3/h，300℃低溫煙氣量37萬Nm3/h。鍋爐排放的煙氣林格曼黑度小于1 級，符合環保要求。鍋爐、汽輪發電機、循環水系統和除鹽水系統運行穩定，各項性能達到技術指標的要求。平均供電功率達到15MW。投產時為冬季，利用鍋爐低壓蒸汽為燒結區供暖30t/h。項目實施后，保證了燒結礦冷卻終點溫度小于120℃。

燒結冷卻機余熱回收是利用燒結環冷機煙氣余熱發電，部分代替來自電網的以化石燃料為能源的供電量，從而起到減少溫室氣體排放的效果；降低燒結工序能耗，促進資源節約；降低產品單位價格，使企業更具競爭優勢；有利于企業可持續發展目標的實現，減少由常規燃煤帶來的SO2、CO2、粉塵之類的大氣污染物，有助于改善當地的能源結構，同時為企業還創造了具大的經濟效益，在鋼鐵行業具有良好的推廣前景。