通鋼燒結余熱發電實踐

曾慶煒，張永旭

（通鋼股份有限公司，吉林通化 134003）

前言

我國燒結工序余熱利用率不足30%，與發達國家差距非常大，每噸燒結礦的平均能耗要高于20 kg標煤［1］，若能把燒結氣體的余熱加以利用，無疑是燒結節能的重要發展趨勢。燒結工序余熱利用是踐行經濟環保理念、科學用能和經濟用能理念、提高資源綜合利用效率、實施綠色清潔生產，提升能源利用效率和效益的重要途徑。

1 通鋼余熱利用現狀

通鋼現有2 臺360 m2燒結機，目前環冷機一段排煙溫度400 ℃左右，二段220 ℃左右，具有較高的余熱利用潛力，尚未建設余熱回收裝置。為充分利用現有燒結余熱資源，擬新建燒結余熱鍋爐及配套汽輪機發電機組。

360 m2燒結機環冷機面積約415 m2，其中I、II段熱風溫度為400 ℃和220 ℃，具有余熱回收發電的潛力。根據上述余熱資源，按照能量梯級利用原則［2］，決定對360 m2燒結線環冷機1#煙罩（I 段）和2#煙罩（II 段）煙氣進行回收利用。其中I 段高溫煙氣對應1#鼓風機的5 個風箱上的熱煙氣，II 段高溫煙氣對應2#鼓風機的5 個風箱上的熱煙氣。環冷機III 段熱風冬季可用于解凍庫升溫使用。見表1。

表1 360 m2 燒結冷卻段參數

2 余熱回收工藝方案

2.1 煙氣系統

取360 m2燒結環冷機I、II 段鼓風，配套熱風循環系統，使環冷機I 段300 000 m3/h的廢熱煙氣在煙罩處保持380～450 ℃，經風管引至余熱鍋爐上部的過熱器，II 段煙罩廢氣300 000 m3/h，溫度約250～280 ℃、與I 段煙罩來的經過熱器換熱后的煙氣混合，混合廢氣溫度約250 ℃，全部進入余熱鍋爐中壓蒸發器，蒸發器出口廢氣溫度約220 ℃，然后按順序進入余熱鍋爐二級省煤器、低壓蒸發器、一級省煤器、凝結水加熱器，煙氣從鍋爐下部排出，排氣溫度約145 ℃。環冷III 段設置3#煙罩，煙囪設置閥門，在冬季解凍庫啟動時，III 段熱風送解凍庫管道，其他季節放散；同時I、II段熱風管道設置閥門，在冬季特殊時段，向解凍庫補充高溫熱風。煙氣降溫后經循環風機返回到I 段風箱、II 段風箱，形成煙氣循環系統，原有1#風機作為備用。

為保證燒結機生產正常進行，在余熱鍋爐煙氣系統各段均設置一套切換擋板門，當余熱回收系統故障時進行隔離。當燒結機煙氣溫度低、負荷降低時，調小2#環冷鼓風機入口的擋板角度，使進氣量降低、煙氣溫度提升。當燒結機負荷增加，煙氣溫度過高時，可增大調節環冷機2#入口擋板門角度，補充冷風降低煙氣溫度。循環風機采用的是變頻調節，通過調節風機轉速使系統正壓的排出風量和負壓的進入風量相等，達到平衡，使系統熱損減少，并控制煙氣含塵濃度。環冷機1#、2#煙罩設置旁通閥門，在冬季解凍庫啟動時，部分煙氣通過旁通閥門引至解凍庫熱風管道。

2.2 熱力系統

在燒結環冷機旁設置（39.5+15）t/h 余熱鍋爐。同時，按照燒結余熱發電的特點，選擇雙壓余熱鍋爐，過熱蒸汽參數為2.0 MPa、330 ℃和低壓蒸汽參數0.5 MPa、200 ℃。來自余熱鍋爐的中壓蒸汽約20 t/h 通過減壓閥，與低壓蒸汽30 t/h 匯合，送至焦化和燒結工藝系統，剩余中壓蒸汽經管道送至汽輪機入口，蒸汽進入汽輪機內做功后進入凝汽器凝結成水，凝結水經凝結水泵加壓后送入低壓段受熱面，低壓鍋筒兼做除氧水箱，除氧后由鍋爐中壓給水泵加壓后送入余熱鍋爐中壓段受熱面，完成一個完整的熱力循環。

2.3 汽水循環

鍋爐給水來自汽輪機凝結水，經水箱和水泵后進入鍋爐省煤器、汽包，經高溫蒸發段、高溫過熱段，產生2.0 MPa 和0.5 MPa 兩路過熱蒸汽；中壓蒸汽部分減溫減壓用作燒結和焦化工藝使用，剩余中壓蒸汽作為主汽進入汽輪機入口；低壓蒸汽部分作除氧器消耗，剩余部分進廠區蒸汽管網也用于燒結和焦化工藝使用。發電后的凝結水經凝結水泵送至余熱鍋爐低壓段換熱除氧，再通過中壓給水泵送至余熱鍋爐中壓段換熱。按照以上條件，考慮余熱鍋爐至汽輪機入口的主蒸汽溫降10～20 ℃左右，余熱鍋爐至汽輪機主廠房蒸汽壓力降約0.1～0.15 MPa，汽輪機進汽參數為1.9 MPa，320 ℃和0.4 MPa，190 ℃。

2.4 系統流程

系統流程圖見圖1。

圖1 系統流程圖

3 改造實施

（1）燒結環冷機采用環冷密封改造，余熱回收采用熱風全循環工藝。密封改造把原來的橡膠密封［3］改為水密封，環冷機的上部煙罩、煙氣插板閥、上部水密封、環冷機回轉框架、環冷機臺車、托輥、擋棍、下部水密封、傳動摩擦系統進行改造。此處密封改造后可降低漏風總量的5%左右。環冷機高溫煙氣經余熱鍋爐后全部返回環冷機，實現整個煙氣系統閉路循環，沒有煙氣外排。

（2）采用熱風循環技術，提升進余熱鍋爐的煙氣溫度（經計算，建立煙氣循環后，一段排煙溫度提升至380～450 ℃，二段排煙溫度提升至250～280 ℃），既能增加機組的發電量，又能防止燒結礦極冷破碎，保證燒結礦的品質。

（3）為保證余熱利用的有效生產，環冷機I、II 段風箱應相互隔離，根據風溫實時調節各段進入鍋爐的風量，保證鍋爐處于最佳工況。

①在保證燒結工藝正常的情況下，為了使環冷機余熱鍋爐獲得更多的熱量，要求燒結嚴格控制燒結終點（BTP）的位置，減少燒結礦在燒結機上的冷卻時間。

②煙氣循環與燒結余熱發電對燒結生產工藝的正常運行無不良影響，僅對燒結操作的工藝調整提出更高的要求。環冷機余熱鍋爐布置在環冷機的附近，使用余熱鍋爐的取風管從環冷機煙罩上方引出廢氣，廢氣經余熱鍋爐換熱降溫后，由循環風機引出。

（4）在廢氣引風管和環冷機排氣筒上分別設有閥門，當余熱鍋爐生產運行時，關閉環冷機排氣筒閥門，打開余熱鍋爐取風管閥門；當余熱鍋爐停止生產時，打開環冷機排氣筒上的閥門，關閉余熱鍋爐的取風口閥門，使環冷機廢氣對空外排，無論余熱鍋爐投入還是退出均不影響環冷機正常生產。余熱鍋爐投入運行后，對余熱廢氣具有一定的降塵作用，其沉降下來的粉塵將通過余熱鍋爐排灰口排出，其主要成分是燒結礦粉，經回收后送入燒結產品礦輸送裝置。

（5）余熱鍋爐出口設鍋爐循環風機，循環風機后的循環風管設電動蝶閥，余熱鍋爐正常生產運行時，啟動支管上的電動蝶閥，余熱鍋爐排出的煙氣回到環冷機。在余熱鍋爐或循環風機檢修時，使用原1 號環冷鼓風機作為備用風機。原1 號環冷鼓風機出口設置電動隔離蝶閥，以便運行方式的切換。循環風機入口管道設置冷風吸入口，出口設置對外放空管道，整個余熱回收系統設置多個切換閥門，包括：環冷機集氣罩煙囪、余熱鍋爐進口、出口管道。閥門主要作用，一方面匹配余熱回收煙氣與煙道低溫煙氣的負壓和流量，提高熱回收效率；另一方面，當余熱鍋爐出現故障停機時，可以關閉余熱鍋爐前后電動閥門，從燒結線上解列下來，以確保燒結工藝正常生產。

4 效益分析

項目建設充分利用公司現有的余熱資源，提高能源利用效率，減少污染物排放，符合國家當前和長遠發展的節能減排政策。充分利用廠內燒結機熱風資源，產生蒸汽供汽輪機發電，節約標煤量3.3萬t/a，CO2減排量9.6 萬t/a。同時，2 臺燒結機環冷I、II 段熱風循環使用，可減少粉塵排放2.33 萬t/a，具有顯著的經濟效益和環保效益。