烧结环冷机烟气余热发电技术应用与创新

烧结环冷机烟气余热发电技术应用与创新

王贺敏

（河北钢铁股份有限公司邯钢分公司河北邯郸056015）

摘要：本文介绍了烧结余热发电技术及该技术在邯钢烧结余热回收的应用，分析了余热机组存在的问题，提出了改造方案并实施，优化了烟气进回风系统布置，提高了烟气余热利用效果，为钢铁企业烧结余热回收提供了应用典范。

关键词：余热发电；布置；节能；效果

1引言

烧结余热发电技术是一项将烧结废气余热转化电力的节能技术，是国家重点节能推广项目，随着钢铁工业节能利用的发展，烧结余热回收也大幅度提高，如何有效的回收利用烧结生产过程中的这部分热量引起了人们的高度重视。邯钢435㎡烧结余热回收采用双压式冷凝汽轮发电技术,2012年建成投产，投产后由于设计存在部分缺陷，烟气温度比原设计温度低，余热锅炉运行工况与原设计出入较大，烟气含尘量大，锅炉换热管组与循环风机部件磨损严重，回风管道积灰情况严重，严重影响回风量与环冷机冷却效果，对发电量造成较大影响。

2烧结原理及工艺介绍

邯钢435㎡烧结余热发电机组设计满负荷为15MW，是中船重工703研究所设计施工，主要利用冷却环冷机高温区和低温区烧结矿的废气余热，分高温烟气、低温烟气进入余热锅炉换热做功。本锅炉为双压、自除氧、立式、自然循环余热锅炉，采用双模块塔式布置，与邯钢炼铁部435㎡烧结环冷机配合使用。汽轮机采用青岛汽轮机厂BN13-1.96/0.33补汽凝汽式汽轮机，做功蒸汽分为中压主蒸（2.0MPa）和补汽（0.35MPa）。高温烟气设计为400℃，低温烟气设计为300℃，高温烟气经由中压过热器换热后与低温烟气混合，自上而下与各换热管组换热后经由循环风机加压后，分别进入环冷机高温区与低温区冷却风箱循环利用，设计烧结2#鼓风机（1000KW）全停，1#鼓风机小负荷运行，节电约1600KW/h，以达到节能减排的效果。

3运行状态及存在的问题

1、高温烟气采样点在环冷机高温烟囱上直接取样，低温烟气在低温烟囱直接取样（详见图一），高温烟气采样点比较靠后，不在环冷机烧结矿的最适合采样高温区。环冷机下密封为不锈钢挂片加耐热胶皮密封，长周期运行后，挂片与胶皮因台车变形损坏脱落严重，漏风量较大，导致环冷机冷却效果不好，冬季满负荷运行4台鼓风机，夏季运行5台鼓风机，补冷风量大，严重影响高温烟气温度。因高温烟气低，环冷机工况波动造成中压主蒸汽过热度低，停机频繁，最高达一月11次，年均60次，因烟气温度低造成补汽带水严重，汽轮机末级叶片出现大量腐蚀麻坑，影响汽机效率和振动。环冷机1#、2#鼓风机全开，发电机组负荷小，与设计不符，严重影响环保节能效果。

2、原设计主回风管道为φ4420，回风经循环风机加压后进入主回风管道，主回风管道分2根φ3112回风管分别并入高低温烟气区的风箱，与环冷机1#、2#鼓风机出口风道相对应，高低温回风管道水平风管段较风箱位置低，回风管斜上并入环冷机风箱（详见图二），且与环冷机1#、2#鼓风机出风口面对面布置，机组运行后发现环冷机1#、2#鼓风机出口风管段，与高温烟气回风管段均有严重积料现象，因回风管段位置较低，且回风阀安装在水平管道上，离风箱较近，环冷机运行3-5天后因积料不能开关。回风管道积料后回风量不足，造成环冷机鼓风机全开，补冷风量大大增加，大大降低了高温烟气温度和影响环冷机运行与发电量。

3、高低温烟道分别从环冷机高低温排放烟囱引入烟气，烟囱直径为φ3600，烟气引入后变径为φ4420经由高低温烟气阀后进入锅炉换热。循环风机电机为4800KW,风机标况流量为170（万Nm3/h），高低温烟囱排放标况流量各为42（万Nm3/h），循环风机选型较大，且为了保证烟气与锅炉管组的换热系数，循环风机入口挡板开度较大，烟气流速较快，环冷机取样点的负压大，造成进入循环风机的烟气含尘量高，且因流速快，循环风机叶片与蜗壳磨损非常严重，造成循环风机振动大，严重影响机组安全运行。每年循环风机叶片与蜗壳大修加耐磨衬板一次，补焊3-5次，动平衡2-3次，检修工期长，施工难度大，运行维护成本高，且影响发电量。

注：1、高温1#取烟管（φ2520），2、高温2#取烟管（φ4420），3、高温3#取烟管（φ2520），4、低温4#取烟点（φ3112），5、低温5#取烟点（φ2020），6、原高温烟囱取烟点（φ3600），7、低温烟囱（φ3600），8、环冷机烟罩高温区，9、环冷机烟罩低温区、10、高温烟气阀（φ4420），11、低温烟气阀（φ4420），12、天圆地方接口。

注：1、回风阀1#（φ3112），2、回风阀2#（φ2320），3、回风阀3#（φ2320），4、回风阀4#（φ2020），5、回风阀5#（φ2320），6、原回风阀（φ3112），7、原回风管（φ3112），8、回风总管（φ4420），9、环冷机风箱。

4改造方案及实施情况

1、如图一所示，原环冷机烟气取样点为高温烟气取样点6、低温烟气取样点7两个点，现改为3个高温烟气取样点和3个低温烟气取样点，取样管径如图一所示。高温烟气取样点1、2、3整体向环冷机高温区前移16米，各取样点中心距6米，原高温烟囱取样点堵盲板废弃。低温烟气取样点为4、5、7，7号取样点还采用从低温烟囱顶部取样，另加装4、5号取样点，其各取样点中心距为6米，低温烟气取样点整体向环冷机高温区前移12米。原环冷机下密封（风箱与台车密封）为耐热胶皮加不锈钢刮片改为水密封，其设计密封压力为4KPa，大大减少了环冷机漏风量，经过运行调试确认，在发电循环风机正常运行状态下，环冷机1#、2#鼓风机可以停运，减少了补冷风量，每小时节电约1800KW.h。由于高低温烟气取样点整体向环冷机高温区前移，环冷机补冷风量减少，采用140℃左右的循环风冷却，低温烟气温度明显提高，经过运行调试，高温烟气温度整体提高约40℃左右，低温烟气温度整体提高20℃左右。由于高温烟气温度提高，中压主蒸汽过热度提高40℃左右，过热器减温装置投入运行，因烟气温度波动引起的停机大幅度减少，发电量提高2000KW左右，节电效果明显，真正达到环保节能效果（详见表一）。

表一

2、如图二所示，原换热回风管分为6、7号回风管直接斜上并入环冷机风箱，与环冷机1、2鼓风机出口管道对冲，回风阀水平布置，积料严重，回风管易堵。现改为5根回风管分散回风，管径与布置如图二所示，回风管道采用斜下并入环冷机风箱，且与环冷机1#、2#鼓风机出口风管道错位布置，回风阀立管布置，避免堵塞卡死。原环冷鼓风机出口风压约4KPa，发电循环风机出口风压约为6KPa，在环冷机与发电正常运行情况下，环冷机1、2鼓风机全停，由于回风管分散布置，能均匀分配冷却风量，避免进入环冷机风箱的局部风压高，在运行状态测量，环冷机风箱压头约2000-2000Pa，不会造成水密封局部压穿，环冷机冷却效果好，回风管道再无积料现象。在环冷机正常运行，发电小负荷或停运状态下，循环风机挡板开度小，回冷风阀小开度或关闭状态下，由于回风管斜下布置，回风管经运行检查无积料现象。由于回风管不积料，保证了回风量和减小了补冷风量，优化了风系统运行状态，提高了烟气温度和发电量。

3、原高低温取样如图一所示，取样点少，取样点局部负压大，容易因上密封损坏造成漏冷风量大，远离取样点处负压小，高温烟气不能引入锅炉换热。局部负压大还造成烟气含尘量大损坏设备。现改为6个取样点，每个取样管与环冷机烟罩采用天圆地方相连，如图一所示，天圆地方方形尺寸为4300×3000mm，大大扩大了与环冷机烟罩的接触面积，减小了取样点的吸入负压，降低了因环冷机上密封损坏漏风的影响。吸入负压的减小，加上烟气管道的自带重力除尘效果，使烟气含尘量大大减小，经正常运行4个月后检查锅炉换热管组，锅炉底部卸灰斗发现锅炉换热管组无明显磨损，锅炉底部积灰明显减少，循环风机蜗壳和转子叶轮磨损情况大大改善。预计每年节省检修成本约40余万元，降低因检修影响发电量损失约120万元。

5结语

烧结生产是炼铁生产的前工序，是钢铁企业不可或缺的重要环节，在绿色、环保、节能的政策环境下，钢铁企业现阶段面临着节能减排，转变新的经济增长方式，提高核心竞争力的新形势。烧结余热发电是国家重点节能技术推广项目，为钢铁企业降低生产成本，实现节能降耗发挥积极作用，目前河钢邯钢共有三台烧结余热发电机组，435㎡烧结余热发电改造前年平均发电量约6000余万度，升级改造后预计发年电量约7000万度，年节电约1300万度。取样点前移，多点取样，多管回风，水密封方案的应用，同比改造前每年为邯钢增加效益1300万元，使公司的节能减排取得了新进展。

参考文献：

[1]《钢铁企业烧结余热发电技术推广实施方案》[M]，2009。

[2]王兆鹏胡晓明烧结余热发电现状及发展趋势[C]，2008。