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论述钢铁企业烧结余热发电应用

2017-02-14 10:15 来源:中国联合钢铁网
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钢铁企业烧结余热发电是一项将烧结废气余热资源转变为电力的节能技术。该技术不产生额外的废气、废渣、粉尘和其它有害气等。文章在阐述其发电原理、特点基础上,重点论述了烧结废气余热发电中双压系统案例,最后得出结论。
在目前的钢铁企业烧结工序中能耗量仅次于炼铁工序,据不完全统计大概占到钢铁企业总能耗的9%到12%。而国内钢铁企业烧结废气余热回收利用主要有三种方式:第一种是将余热锅炉产生的蒸汽用于驱动汽轮机组发电;第二种是直接将废烟气经过净化后作为点火炉的助燃空气或用于预热混合料;第三种是将废烟气通过热管装置或余热锅炉产生蒸汽,并入全厂蒸汽管网,替代部分燃煤锅炉。文章将根据作者实际工作,结合理论,就第一种我国的钢铁企业烧结余热发电技术做一阐述。
据笔者不完全统计,我国目前已建成的10余套烧结余热发电机组共涉及19台左右的烧结机,它的发电机组总装机容量达到137MW。可以这样说,钢铁企业烧结余热发电技术在国内应用已经趋于成熟,已经具备全面推广的条件。特别是随着双压技术的突破,大大提高了余热回收效率,为钢铁企业烧结余热发电技术的推广更加创造了条件。
1、钢铁企业烧结余热发电原理、流程及特点
上文已经叙述过,钢铁行业烧结余热比较多,它的温度也会在300~400℃,足以用来进行余热发电。在这笔者结合钢铁烧结冷却机的余热分布特点,提出一种改进的余热发电系统,单独利用烧结矿下落进入冷却机段的高温余热(400~500℃)来加热(高温)过热蒸汽,然后该部分余热资源和中段中低温余热(300~360℃)混合利用,来加热低温过热蒸汽,并产饱和蒸汽,蒸汽推动汽轮机转动,从而带动发电机发电。
它的具体流程是,给水经给水泵进入余热锅炉,经废气加热后,一部分变为过热蒸汽,进入汽轮机作功发电。则另一部分经余热锅炉低温段加热后,产生过热或饱和蒸汽进入汽轮机相应低压进汽口作功发电。冷凝水经低压省煤器后由中压锅炉给水泵供给低压汽包,低压汽包具有自除氧功能,就会实现一个完整的热力循环。钢铁企业烧结余热发电流程具体如下所示:
在这它的特点具体体现在烧结余热热源品质整体较低,低温部分占比例大;在烧结生产中因设备的运行不确定性,短时间停机不可避免,造成烧结烟气不连续性。还有在烧结过程中,随着烧结矿在烧结机上的烧成情况不同,其烟气温度也不同。这是我们要注意的。
2、钢铁企业烧结余热发电技术现状
钢铁企业烧结余热发电技术目前虽然深受钢铁企业的喜爱,但在烧结环冷机余热发电技术方面还有一定的技术难点,这也导致一些企业对它望而却步。它的比较突出的技术难点是发电系统对主蒸汽的品质要求很严,而现在的烧结系统热力系统非常不稳定,废气温度波动范围在±100℃以上,造成主汽温度的波动超标,严重威胁汽轮机的安全性、稳定性和寿命。
再有就是烧结余热发电机组运行效率不高。烧结余热发电机组对烟气流量及温度均有一定要求,实际运行中,运行效率受烧结设备大小、生产工况等多方面影响,余热回收系统的工作参数变动,输出的压力、温度、流量随之变化,导致发电机组的运行效率不高。
除此之外还有烧结冷却机废气流量很大,同时它的高温段和可利用部分中温段废气的平均温度在330-450℃之间,可利用的余热资源属于中低温余热,质量不高,回收利用难度较大。
3、钢铁企业烧结余热发电技术双压系统案例分享
笔者所在的公司就是采用双压系统发电的,经过多年的运行分析知道双压系统发电能力很高,但不可回避的是它的投资大。
在这笔者结合工作实际,就某钢铁企业烧结余热系统采用的双压系统方案,谈谈它的发电技术。
3.1高温交换。将原有1号烧结冷却机高温废气引入双压压锅炉1号通道,产生高压蒸汽2.35MPa,400℃,同时将原有2号烧结冷却机高温废气约350℃引入双压锅炉2号通道,加上1号通道过热器出口烟气来预热高压蒸汽,并产生低压蒸汽0.49MPa,280℃,所产生的高压和低压蒸汽通过双压补汽型纯冷凝汽轮机做功发电。1号、2号被加热的烟气在进入余热锅炉之前先以简易挡板式除尘器简单除尘除尘率50%。
3.2送冷风步骤。双压余热锅炉出口烟温降为420℃左右,通过除尘器除尘之后,经循环风机通过挡板门再次进入环冷机。循环风机入口前需要再补充15%的冷风进入,以使进入环冷风的风量能达到原来的数值。当余热炉故障时闸板门关闭,环冷机需要的冷却风仍从原1号、2号环冷风机入口,此时挡板风门可切换到排空,恢复原有状态。
4、结论
通过上文的分析,我们可知双通道双压方案真正实现了低品位能源的高效梯级利用,使热量回收最大化,解决了余热发电机组运行的连续性差问题。项目还应用了低温双压余热锅炉和独特的烧结环冷机密封方法,解决了余热发电出力小于设计值、可利用热量少的问题。
5、未来发展
工业余热发电属于节能环保领域,受政策和下游需求相关,未来趋势稳健增长。工业锅炉、窑炉运行所产生的余热余压利用空间也很巨大,其中余热余压发电成为目前业界普遍认可的渠道之一。有关部门也指出到2015年,国内工业锅炉、窑炉平均运行效率比2010年分别提高5个和2个百分点,电机系统运行效率提高2-3个百分点,新增余热余压发电能力2000万千瓦。而钢铁工业是我国重点的耗能大户,总能耗约占全国总能耗量的15%左右。
总之,我国钢铁生产工艺流程长,工序多,且主要以高温冶炼、加工为主,生产过程中产生大量余热能源,主要来自烧结机烟气显热、红焦显热、转炉烟气及加热炉炉底的余热回收装置等,各种余热资源约占全部生产能耗的68%。钢铁行业余热发电将迎来发展期。

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