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論述鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：
2017-03-21 12:33
鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電是一項(xiàng)將燒結(jié)廢氣余熱資源轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Φ墓?jié)能技術(shù)。該技術(shù)不產(chǎn)生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其它有害氣等。文章在闡述其發(fā)電原理、特點(diǎn)基礎(chǔ)上，重點(diǎn)論述了燒結(jié)廢氣余熱發(fā)電中雙壓系統(tǒng)案例，然后得出結(jié)論。
在目前的鋼鐵企業(yè)燒結(jié)工序中能耗量?jī)H次于煉鐵工序，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)大概占到鋼鐵企業(yè)總能耗的9%到12%。而國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)燒結(jié)廢氣余熱回收利用主要有三種方式：第 一種是將余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽用于驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)組發(fā)電;第二種是直接將廢煙氣經(jīng)過(guò)凈化后作為點(diǎn)火爐的助燃空氣或用于預(yù)熱混合料;第三種是將廢煙氣通過(guò)熱管裝置或余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，并入全廠蒸汽管網(wǎng)，替代部分燃煤鍋爐。文章將根據(jù)作者實(shí)際工作，結(jié)合理論，就第 一種我國(guó)的鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)做一闡述。
據(jù)筆者不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前已建成的10余套燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組共涉及19臺(tái)左右的燒結(jié)機(jī)，它的發(fā)電機(jī)組總裝機(jī)容量達(dá)到137MW?？梢赃@樣說(shuō)，鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟，已經(jīng)具備全面推廣的條件。特別是隨著雙壓技術(shù)的突破，大大提高了余熱回收效率，為鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)的推廣更加創(chuàng)造了條件。
1、鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電原理、流程及特點(diǎn)
上文已經(jīng)敘述過(guò)，鋼鐵行業(yè)燒結(jié)余熱比較多，它的溫度也會(huì)在300～400℃，足以用來(lái)進(jìn)行余熱發(fā)電。在這筆者結(jié)合鋼鐵燒結(jié)冷卻機(jī)的余熱分布特點(diǎn)，提出一種改進(jìn)的余熱發(fā)電系統(tǒng)，單獨(dú)利用燒結(jié)礦下落進(jìn)入冷卻機(jī)段的高溫余熱(400～500℃)來(lái)加熱(高溫)過(guò)熱蒸汽，然后該部分余熱資源和中段中低溫余熱(300～360℃)混合利用，來(lái)加熱低溫過(guò)熱蒸汽，并產(chǎn)飽和蒸汽，蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
它的具體流程是，給水經(jīng)給水泵進(jìn)入余熱鍋爐，經(jīng)廢氣加熱后，一部分變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)作功發(fā)電。則另一部分經(jīng)余熱鍋爐低溫段加熱后，產(chǎn)生過(guò)熱或飽和蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)相應(yīng)低壓進(jìn)汽口作功發(fā)電。冷凝水經(jīng)低壓省煤器后由中壓鍋爐給水泵供給低壓汽包，低壓汽包具有自除氧功能，就會(huì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的熱力循環(huán)。鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電流程具體如下所示：
在這它的特點(diǎn)具體體現(xiàn)在燒結(jié)余熱熱源品質(zhì)整體較低，低溫部分占比例大;在燒結(jié)生產(chǎn)中因設(shè)備的運(yùn)行不確定性，短時(shí)間停機(jī)不可避免，造成燒結(jié)煙氣不連續(xù)性。還有在燒結(jié)過(guò)程中，隨著燒結(jié)礦在燒結(jié)機(jī)上的燒成情況不同，其煙氣溫度也不同。這是我們要注意的。
2、鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀
鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)目前雖然深受鋼鐵企業(yè)的喜愛(ài)，但在燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱發(fā)電技術(shù)方面還有一定的技術(shù)難點(diǎn)，這也導(dǎo)致一些企業(yè)對(duì)它望而卻步。它的比較突出的技術(shù)難點(diǎn)是發(fā)電系統(tǒng)對(duì)主蒸汽的品質(zhì)要求很嚴(yán)，而現(xiàn)在的燒結(jié)系統(tǒng)熱力系統(tǒng)非常不穩(wěn)定，廢氣溫度波動(dòng)范圍在±100℃以上，造成主汽溫度的波動(dòng)超標(biāo)，嚴(yán)重威脅汽輪機(jī)的安全性、穩(wěn)定性和壽命。
再有就是燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率不高。燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組對(duì)煙氣流量及溫度均有一定要求，實(shí)際運(yùn)行中，運(yùn)行效率受燒結(jié)設(shè)備大小、生產(chǎn)工況等多方面影響，余熱回收系統(tǒng)的工作參數(shù)變動(dòng)，輸出的壓力、溫度、流量隨之變化，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率不高。
除此之外還有燒結(jié)冷卻機(jī)廢氣流量很大，同時(shí)它的高溫段和可利用部分中溫段廢氣的平均溫度在330-450℃之間，可利用的余熱資源屬于中低溫余熱，質(zhì)量不高，回收利用難度較大。
3、鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)雙壓系統(tǒng)案例分享
筆者所在的公司就是采用雙壓系統(tǒng)發(fā)電的，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行分析知道雙壓系統(tǒng)發(fā)電能力很高，但不可回避的是它的投資大。
在這筆者結(jié)合工作實(shí)際，就某鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱系統(tǒng)采用的雙壓系統(tǒng)方案，談?wù)勊陌l(fā)電技術(shù)。
3.1高溫交換。將原有1號(hào)燒結(jié)冷卻機(jī)高溫廢氣引入雙壓壓鍋爐1號(hào)通道，產(chǎn)生高壓蒸汽2.35MPa，400℃，同時(shí)將原有2號(hào)燒結(jié)冷卻機(jī)高溫廢氣約350℃引入雙壓鍋爐2號(hào)通道，加上1號(hào)通道過(guò)熱器出口煙氣來(lái)預(yù)熱高壓蒸汽，并產(chǎn)生低壓蒸汽0.49MPa，280℃，所產(chǎn)生的高壓和低壓蒸汽通過(guò)雙壓補(bǔ)汽型純冷凝汽輪機(jī)做功發(fā)電。1號(hào)、2號(hào)被加熱的煙氣在進(jìn)入余熱鍋爐之前先以簡(jiǎn)易擋板式除塵器簡(jiǎn)單除塵除塵率50%。
3.2送冷風(fēng)步驟。雙壓余熱鍋爐出口煙溫降為420℃左右，通過(guò)除塵器除塵之后，經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)通過(guò)擋板門再次進(jìn)入環(huán)冷機(jī)。循環(huán)風(fēng)機(jī)入口前需要再補(bǔ)充15%的冷風(fēng)進(jìn)入，以使進(jìn)入環(huán)冷風(fēng)的風(fēng)量能達(dá)到原來(lái)的數(shù)值。當(dāng)余熱爐故障時(shí)閘板門關(guān)閉，環(huán)冷機(jī)需要的冷卻風(fēng)仍從原1號(hào)、2號(hào)環(huán)冷風(fēng)機(jī)入口，此時(shí)擋板風(fēng)門可切換到排空，恢復(fù)原有狀態(tài)。
4、結(jié)論
通過(guò)上文的分析，我們可知雙通道雙壓方案真正實(shí)現(xiàn)了低品位能源的高 效梯級(jí)利用，使熱量回收大化，解決了余熱發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的連續(xù)性差問(wèn)題。項(xiàng)目還應(yīng)用了低溫雙壓余熱鍋爐和獨(dú)特的燒結(jié)環(huán)冷機(jī)密封方法，解決了余熱發(fā)電出力小于設(shè)計(jì)值、可利用熱量少的問(wèn)題。
5、未來(lái)發(fā)展
工業(yè)余熱發(fā)電屬于節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域，受政策和下游需求相關(guān)，未來(lái)趨勢(shì)穩(wěn)健增長(zhǎng)。工業(yè)鍋爐、窯爐運(yùn)行所產(chǎn)生的余熱余壓利用空間也很巨大，其中余熱余壓發(fā)電成為目前業(yè)界普遍認(rèn)可的渠道之一。有關(guān)部門也指出到2015年，國(guó)內(nèi)工業(yè)鍋爐、窯爐平均運(yùn)行效率比2010年分別提高5個(gè)和2個(gè)百分點(diǎn)，電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率提高2-3個(gè)百分點(diǎn)，新增余熱余壓發(fā)電能力2000萬(wàn)千瓦。而鋼鐵工業(yè)是我國(guó)重點(diǎn)的耗能大戶，總能耗約占全國(guó)總能耗量的15%左右。
總之，我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)，工序多，且主要以高溫冶煉、加工為主，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量余熱能源，主要來(lái)自燒結(jié)機(jī)煙氣顯熱、紅焦顯熱、轉(zhuǎn)爐煙氣及加熱爐爐底的余熱回收裝置等，各種余熱資源約占全部生產(chǎn)能耗的68%。鋼鐵行業(yè)余熱發(fā)電將迎來(lái)發(fā)展期。
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