节能

试析钢铁企业烧结余热发电应用

2020-02-12 14:11:59 《防护工程》 作者:金磊

摘要:钢铁生产过程中,烧结工序的能耗约占总能耗的10%,仅次于炼铁工序而位居第二。由于以前余热回收技术的局限在烧结工序总能耗中,有近50%的热能以烧结机烟气和冷却机废气的显热形式排入大气,既浪费了热能又污染了环境。因此,采用新技术对余热余能进行利用就显得势在必行,而烧结余热发电就是一项利用烧结废气余热能源转变为电能的余热回收利用技术,该技术不需要消耗一次能源,不产生额外的废气、废渣、粉尘以及其它有害气体。随着近几年来余热回收技术的发展,钢铁行业的余热回收项目造价也大幅降低,同时余热回收效率大大提高,特别是闪蒸汽发电技术和补汽式凝汽式汽轮机在技术上的突破,为钢铁行业余热回收创造了条件。

关键词:钢铁企业;烧结余热;发电应用

1钢铁工业余热回收利用概况

钢铁工业烧结余热回收主要有两部分:一部分是烧结机尾部废气余热,另一部分是热烧结矿在冷却机前段空冷时产生的废气余热。这两部分废气所含热量约占烧结总能耗的50%,充分利用这部分热量是提高烧结工艺的效率,显著降低烧结工序能耗的途径之一。目前,国内烧结废气余热回收利用主要有三种方式:一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,以降低燃料消耗,这种方式较为简单,但余热利用量有限,一般不超过烟气量的10%;二是将废烟气通过余热锅炉或热管装置产生蒸汽,并入全厂蒸汽管网,替代部分燃煤锅炉;三是将余热锅炉产生蒸汽用于驱动汽轮机组发电。从实现能源梯级利用的高效性和经济性角度来看,最为有效的余热利用途径是余热发电,对烧结矿产生的烟气余热回收,平均每吨可发电20kWh,折合每吨钢综合能耗可降低8kg标准煤。

2烧结余热回收中出现得较为普遍的问题

2.1漏风現象

在余热回收系统中的漏风问题主要是通过台车与烟罩之间的密封以及台车与风箱之间的密封体现出来的。因为烟气系统属于全闭路式循环,台车与烟罩、台车与风箱都是在实际运转过程中进行相互配合的,风箱中一般为正压3000PA-4000PA之间,眼罩中为负压-100PA-400PA。结果已经表明,如果漏风问题不能够得到妥善解决的话,就会直接导致吸冷风和热风外溢等问题,很大程度上都会影响到余热回收效果,与此同时烟气外溢也会直接导致环冷机场地内出现数量较大的灰尘,问题严重的情况下还会影响到岗位工人的正常操作。

2.2灰尘磨损现象

因为回热式烧结余热回收烟气系统一般都是全闭路循环系统,当热废气穿透料面后经过烟气管道和环冷罩以后进入锅炉,这个时候整个流程废气都会呈现高速流动状态。而且废气中所夹带的颗粒粉尘还没有沉降就都已经进入到锅炉和风机当中。但是值得注意的是,我国除尘器大部分还是采用惯性除尘器,它只能祛除废气当中的那些大颗粒,而且这些大颗粒废弃物在经过一段时间的运行以后风机叶轮、锅炉管束以及机壳等部位都会出现不同程度的磨损,大大影响系统的正常运转。

2.3工况波动现象

一般的烧结余热热源都具备废气温度波动大、整体品质低以及连续性弱的特点。其中废气温度波动大和连续性若的特点是目前技术条件下烧结余热发电技术应用中的重要障碍。除此之外,如何有效提高系统的回收率,尽量的提高吨矿发电量也已经成为烧结厂迫在眉睫需要解决的问题。鉴于此,我们应当想方设法在运用该项技术的过程中提高烧结余热热源的稳定性以及系统回收效率。然而汽轮机对于发电机组的热源稳定性具有很高的要求,如果温度无法达到要求的话将会直接威胁到机组的安全运行。另外,热源的中断也会造成机组的频繁甩炉,严重影响到发电设备的使用寿命。

3烧结余热发电技术在钢铁的应用

某厂目前拥有2条烧结生产线,分别为1台180m2环冷机和1台265m3环冷机,废气量约64万Nm3/h,平均温度约380℃。自2004年取代原来的4台小型烧结机投产以来为高炉提供生产原料。为保证烧结矿质量及输送设备安全运行,需通过鼓风环式冷却机从烧结矿料层底部鼓入冷风,对烧结矿进行强制冷却,冷却过程中产生大量的高温烟气。原来由于种种原因,没有进行余热回收利用,使这些具有较高热焓的烟气全部通过烟囱排放至大气中。因此,利用烧结环冷废气余热发电将是泰钢实施节能降耗的一项重要措施。

3.1烧结环冷机烟气系统

在环冷机1#、2#烟囱两旁设置总共2根烟管,分高、低温烟道从环冷机烟罩上热风引出来后,约380℃烟气送入余热锅炉,经高温过热段、高温蒸发段、高温省煤器段、低温过热度、低温蒸发段和公共省煤器段,2台环冷余热锅炉共产生中压主蒸汽46.2t/h(1.96MPa,350℃),低压蒸汽(补汽)19.5t/h(0.38MPa,210℃),烟气降低到145℃左右经循环风机送回环冷机循环利用。循环风机出口风通过环冷机被加热到400℃左右后,分别通过挡板门引入到余热锅炉,(当余热炉故障时挡板风门可切换到排空)。经循环风机通过闸板门再次进入环冷机,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#、2#环冷风机入口。

3.2烟气密封技术

(1)烟罩与台车间的密封(收集区域):采用专有技术改造烟罩与台车上缘之间的密封结构。(2)烟罩及烟囱设置保温层,以减少辐射热损失和对流热损失。(3)风箱与环冷台车的密封:采用专有技术改造风箱与台车底部之间的密封结构,做到既密封又适应热风循环时的工作温度。(4)自由伸缩烟罩:为解决环冷机大型烟罩在温度变化过程中容易出现变形,导致烟罩与烟囱、烟罩与台车产生裂纹而漏风的问题,设计自由伸缩烟罩代替原来覆盖在环冷机上部的一个整体烟罩。(5)其它漏风点的密封:对包括环冷机头部受料点在内的等部位加强密封,机尾除尘风管的封闭等。

3.3水、汽工艺流程

本锅炉的汽水系统由前述各受热面管箱、高压锅筒、低压锅筒、过热器集汽集箱所组成。锅炉的给水(凝结水)经各自的给水操纵台进入省煤器加热后,接近饱和温度的水进入锅筒,锅筒内的水经下降管进入蒸发器,在蒸发器内受热后成为汽水混合物又回到锅筒(分离器),在锅筒(分离器)内进行汽水分离,分离下来的水回到锅筒的水空间,饱和蒸汽则通过饱和蒸汽引出管被送到过热器,饱和蒸汽在过热器内被加热成过热蒸汽,经主汽管送入汽轮机。烧结余热锅炉产生的高压过热蒸汽进入汽轮机主进汽口,烧结余热锅炉产生的低压过热蒸汽送入汽轮机补汽口,一起推动汽轮机做功发电。经汽轮机作功后的乏汽进入凝汽器冷凝成凝结水后,由凝结水泵送至除氧器除氧,再由锅炉给水泵将除氧后的冷凝水和补充水直接送至余热锅炉,完成一个汽水循环。

3.4采用DEH控制技术

汽轮机控制采用电液调节方式(DEH),由计算机控制部分和液压执行机构部分组成;它是控制汽轮机启动、保护停机及转速控制、功率控制的重要手段,是电厂实现机组协调控制、远方自动调度等功能必不可少的控制设备。实现转速调节、负荷控制、压力控制及机炉协调控制等多种控制策略。

4运行中存在的不足及改善措施

由于烧结设备故障率高,烧结机生产的连续性差,导致热源不稳定,烟气温度波动大。实际生产过程中,混匀料量有时少,不能长期维持两台烧结环冷机满负荷运行。

烟气流量及温度偏低,实际运行中,达不到设计的30MW的额定发电量,时常因为烟温不足,烟气流量小而导致停炉停机。并且烧结原料与燃料的变化以及烧结终点温度都对烟气的温度有很大影响,运行中的实际最大出力超过30MW,但最小出力只有8MW左右。针对存在的上述缺陷,我们进行了技术攻关。在混匀料少时,使用单台环冷机满负荷运行的方式来满足汽机对蒸汽参数的要求。改善了烧结环冷机的密封,降低了漏风率,提高了换热效率,提高了烟温。同时,我们通过调整风机风门开度。来调调整不同温度烟气的比例,废气温度低的时候,适当关小风门降低锅炉负荷,废气温度较高时,开打风机风门以提高发电量。通过运行对运行参数的监视,选择最佳的烟气温度。通过以上两种方法的改进,余热发电机组的效率有了很大的提高。

结论

钢铁企业烧结机大烟道烟气排放量大,烟气温度较高,具有较大的利用潜力,可以利用热管余热装置将此烟气余热进行回收,用于生产蒸汽,供其他工序使用,可以降低排烟温度并降低排烟中的粉尘含量,具有较大的环保效益。

参考文献:

[1]志安,谭克强,李博,肖业俭,夏春才.节能减排技术在南钢新建180m~2烧结机工程中的应用[J].烧结球团,2016,(02) .

[2]文振国,张永忠,贾彦忠.马钢一铁总厂降低烧结工序能耗的措施与实践[J]. 安徽冶金科技职业学院学报,2016,(02)


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