邯鋼435m2燒結余熱發電技術創新與應用

呂金奎,趙獻峰

(河北鋼鐵股份有限公司邯鄲分公司能源中心，河北邯鄲056015)

邯鋼435m2燒結余熱發電技術創新與應用

呂金奎,趙獻峰

(河北鋼鐵股份有限公司邯鄲分公司能源中心，河北邯鄲056015)

介紹了邯鋼435 m2燒結余熱發電項目，包括其中環冷機煙罩柔性密封在內的多項關鍵技術，不僅能實現鋼鐵企業的節能降耗，也能為企業創造可觀的經濟效益。

燒結余熱;發電;技術;創新

1 方案制定

1.1435 m2燒結余熱發電工藝的設計

435 m2燒結系統包括配料、混合、燒結、破碎、冷卻、整粒等主要工藝，主要供邯鋼東區3200 m3高爐燒結礦，2009年6月份投產。燒結機有效抽風面積為450 m2，設計利用系數為1.30 t/h·m2，設備年作業率為92%，設計年產燒結礦438.21萬t。環冷機面積為520 m2，冷卻方式為鼓風冷卻，排礦溫度小于120℃。日產11800～12700 t，利用系數1.15～1.21 t/h·m2，固體燃料消耗58.5 kg/t。435 m2燒結環冷機配5臺相同的風機，風機風量為560783 m3/h。上述風機的冷風經過環冷機冷卻燒結料后變為150～400℃高溫廢煙氣，直接排向大氣，其中還含有一定數量的礦物粉塵。通過上述燒結工藝系統及其各參數的研究和論證，設計安裝一套燒結余熱發電工藝系統。按照“節約能源，保護環境”的原則，在435 m2燒結環冷機附近設置1臺雙壓余熱鍋爐，并布置1臺15 MW的補汽凝汽式汽輪發電機組，來最大限度地回收環冷機排出的余熱。

1.2 煙氣系統工藝流程

設計安裝兩條煙道將環冷機1#和2#煙囪與雙壓余熱鍋爐的煙氣入口相連接。通過這兩條煙道將環冷機1#和2#煙囪的高溫煙氣分別引入余熱鍋爐，高溫煙氣在鍋爐內放熱，余熱鍋爐排出的冷煙氣通過循環風機回鼓至環冷機的底部重新吸收環冷機臺車上燒結礦的熱量后向上進入環冷機1#和2#煙囪。

這樣布置的工藝流程好處在于：第一、可以同時停開兩臺環冷機的鼓風機，以提高進入余熱鍋爐的煙氣溫度和節約環冷機系統電耗。第二、煙氣的循環利用可以大幅提高余熱鍋爐能量回收效率。第三、可以大幅減少煙氣排空所造成的礦塵污染，改善生產區域的環境質量。第四、用回風冷卻燒結礦可以減少燒結礦與冷卻風的溫差，減少高溫礦料因急劇冷卻產生的破碎現象，提高燒結礦的品質。

為了切實保證環冷機主體生產不受燒結余熱發電系統的影響，在余熱鍋爐的尾部設置有補冷風口，在回鼓管道上設置有煙氣應急放散口，以便調節回鼓煙氣的溫度和處理突發事故。

1.3 蒸汽發電系統工藝流程

本工程蒸汽發電系統配置有1臺雙壓余熱鍋爐和1臺補汽、凝汽式汽輪發電機組。

雙壓余熱鍋爐產生的中壓過熱蒸汽通過布置在汽機間的中壓蒸汽管，送往汽輪機主汽閥進口，低壓蒸汽經補汽管道進入汽輪機的補汽閥進口。主蒸汽和補汽通過不同的入口進入汽輪機，帶動汽輪機做功發電。做完功的蒸汽在凝汽器內冷凝后由凝結水

泵送回鍋爐繼續吸熱，再變成過熱蒸汽送往汽機。

2 創新與應用

2.1 減少環冷機上部煙罩漏風為核心的柔性密封技術

在燒結礦質量相對穩定的情況下，減少環冷機上部煙罩漏風是提高煙氣溫度和發電量的關鍵技術。由理論和實踐可知，冷風漏進煙罩內以后會對高溫煙氣產生冷卻作用，造成煙氣溫度降低，在余熱鍋爐內的換熱效率下降，發電量降低；高溫煙氣從煙罩內漏出，同樣造成熱量的損失，使得進入鍋爐的熱量減少，而影響發電量。

為了攻克這一難題，本項目開展了從煙罩漏風各個結構裝置控制到操作工藝控制的全面技術研究。包括環冷機臺車上部柔性自吸密封技術、煙罩端部動態密封技術、煙罩內部負壓動態控制防泄漏技術等。應用并形成專利1項。關鍵技術如下：

2.1.1環冷機臺車上部柔性自吸密封技術

燒結余熱發電最關鍵的核心問題是能否將環冷機余熱收集過來。收集的多少，直接關系到余熱發電量的多少和效益高低。余熱收集的關鍵是環冷機臺車兩側與煙罩的動密封。目前國內外多采用金屬密封、高溫橡膠密封及水密封，因環冷機都不同程度存在設備跑偏、煙罩受熱變形等問題。如采用金屬硬密封不可避免存在密封間隙大、漏風嚴重問題，使煙氣溫度降低發電量減少。如采用高溫橡膠密封，高溫橡膠在400～500℃的溫度下工作，會在不長時間內高溫老化，橡膠嚴重變形硬化，密封間隙密增大，密封效果變差漏風增大。采用水密封設備運行一段時間水槽積塵嚴重運轉困難，技術也不過關。

為此自主創新，經多次試驗，設計成功了以硅酸鋁纖維布為主要密封材料的環冷機余熱回收臺車的密封裝置。將該密封裝置安裝在煙罩與臺車兩側的縫隙處，通過在柔性密封墊上施加預壓緊力，實現預密封，再跟負壓控制技術結合，實現柔性密封墊的自吸密封。并通過楔形銷速拆裝技術實現了柔性密封墊的迅速拆裝維護。該密封裝置具有耐高溫不變形、柔性好密封嚴、價格低廉更換方便等優點，完全不會出現因為臺車跑偏和煙罩變形造成密封間隙大而漏風的問題。

該技術已申請專利《一種環冷機余熱回收臺車的密封裝置》，國家專利受理號：201320060653.X。

2.1.2 煙罩端部動態密封技術

環冷機臺車上部煙罩兩端的空隙雖然相對較小，但其所處位置的漏風同樣影響余熱的利用率和發電量。為此設計了自由擺動擋板，將擋板通過可旋轉的軸銷吊裝在煙罩兩端部的上側，下側與燒結礦接觸。由于其上部是可旋轉的，當燒結礦的料層加厚時，擋板會隨著的燒結礦的向后移動而以上部軸銷為中心也向后擺動，當燒結礦的料層減薄時，擋板會在自重的作用下又趨向于垂直的位置，這就實現了擋板的下邊緣始終與燒結礦的上表面接觸，從而實現煙罩端部的動態密封。這種密封結構簡單，可現場制作也可以提前預制。

2.1.3 煙罩內部負壓動態控制防泄漏技術

為了輔助配合上述煙罩柔性自吸密封裝置的工作，正常生產中的操作也很重要。因為上述柔性密封裝置的密封墊為纖維布，在煙罩內是負壓狀態時，密封墊會因為負壓的作用而更加緊密的貼近密封面，實現更嚴密的密封，而如果煙罩內為正壓狀態時，密封墊就會被內部的高溫煙氣吹起而產生高溫煙氣向外的泄漏。因此在運行過程中保持煙罩內適當的負壓是非常必要的。為此在煙罩內安裝了測負壓傳感器，將傳感器的信號引至主控制的操作監控臺，通過監視負壓的變化隨時調整循環風機擋板的開度，保證煙罩內負壓在一定范圍穩定運行。

通過上述技改后的實施，減少了環冷機冷風漏風率90%以上，提高了煙氣溫度10℃，每小時提高發電機組發電量300 kWh。按照年運行8000 h計算，年提高發電量240萬kWh，按每度電平均價格0.56元計算，全年直接經濟效益可達130余萬元。

2.2 消除高溫煙氣管道非同步沉降對環冷機主體設備影響為核心的柔軟連接技術

435 m2燒結余熱發電項目中，高溫煙道基礎在環冷機內場地中，要求支架基礎沉降量很小，否則將對環冷機產生很大的向下壓力，使環冷機臺車變形造成停產。原設計為混凝土預制樁，但因在環冷機內受場地狹小限制，打樁機無法進入場地，此方案行不通。設計單位又制定了人工挖樁的方法，但因場地地下水位近-2 m，附近就是運行的冷卻風機，振動較大無法施工此方案也不行。請市內地基設計專業設計院，出了幾個方案仍然行不通，場地地面下2 m以上為回填土沒有什么承載力，如對地基不做有效處理，一旦發生較大沉降會造成環冷機損壞，本項目組創新思路，將基礎不允許下沉改為可以適當均勻下沉，創造性的采用了在高溫煙道上安裝非金屬膨脹節，用于吸收下沉量，以柔性連接代替剛性連接的創新方案，這樣基礎可只做簡單加固處理即可滿足要求，徹底解決了環冷機場地內高溫煙道基礎因受

場地限制無法施工這一難題，保證了工程順利實施。

2.3 消除鍋爐汽包水位計液位劇烈波動為核心的汽包水位計液位穩定技術

雙壓余熱鍋爐調試運行期間，中低壓汽包就低水位波動較大，影響鍋爐安全運行。經過拆開汽包認真分析，發現造成水位波動原因是因為蒸發器管路進入汽包后汽水混合物直接沖擊造成汽包水位劇烈波動。針對這個缺陷，對汽包內部水位計的汽、水管出口進行了改善，自主設計研發了水位計液位穩定裝置，改造安裝后應用效果良好，解決了汽包水位較大波動問題。形成專利1項，技術交底書已報公司，已申報《汽包水位計液位穩定裝置》實用新型專利。

2.4 消除自除氧器除氧頭滿水為核心的蒸汽前導平衡技術

雙壓余熱鍋爐自投運后，鍋爐自除氧器一直無法正常投入，水箱溶解氧嚴重超標。打開除氧頭頂部排氣門時，排氣管滿管向外流水，打開除氧器中間人孔附近的DN15壓力表閥門，也是滿管流水。根據以上現象判斷為除氧頭填料以上部分處于滿水狀態。經多次調整除氧蒸汽閥開度及除氧頭排汽閥開度均無效。如除氧器不能及時正常投入，鍋爐會在短時間內造成嚴重腐蝕，如長期運行將會造成鍋爐因腐蝕而報廢的嚴重后果。多次與總承包單位聯系，要求拿出整改方案，但他們始終找不到原因，又與除氧器生產廠家該產品的設計人員直接聯系，他也找不到具體原，因拿不出改造方案。經認真分析研究我們認為除氧器本身存在結構缺陷，需改造處理，制定了具體改造方案，利用停爐檢修機會對除氧器內部淋水盤結構進行了改造，加裝了前導蒸汽平衡系統，通過將自除氧蒸汽分出一部分前導引至除氧頭淋水盤的上部，解決了除氧頭滿水問題，實現了除氧器的正常運行。改造后除氧效果良好，在鍋爐不添加任何輔助除氧藥劑的情況下，實際運行中鍋爐給水溶解氧含量≤8 μg/L，優于國家標準，國家標準要求不高于15 μg/L（此標準數據摘自《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》GB/T12145-2008）。徹底解決了余熱鍋爐自除氧器因滿水而不能除氧這一技術難題。此技術成果正在申報專利。

3 項目實施效果

3.1 主要經濟技術達指標國內同行業領先水平

項目實施后，435 m2燒結環冷機余熱實現了高效回收利用，日最大噸礦發電量達到20.86 kWh/t，燒結余熱發電利用水平步入了行業領先水平。鍋爐給水溶解氧指標方面，在鍋爐不添加任何輔助除氧藥劑的情況下，實際運行中鍋爐給水溶解氧含量≤8 μg/L，優于國家標準，國家標準要求不高于15 μg/L（此標準數據摘自《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》GB/T12145-2008）。燒結環冷機上部煙罩密封技術國內領先，環冷機煙罩的漏風率從大約50%降低到20%以下，煙氣溫度提高了10℃。

3.2 形成4項專利技術

本項目共形成專利4項，其中1項發明和1項實用新型正在申請，1項實用新型已報公司知識產權科，正等待申請號，1項實用新型國家已受理。

3.3 緊跟國家前沿政策，為國家鋼鐵工業節能和低碳探索經驗

我國鋼鐵工業節能和低碳發展技術發展目標中，針對重點鋼鐵企業，到2020年，要求燒結礦顯熱回收利用技術、煤調濕（CMC）和電爐煙氣余熱回收技術等節能技術的普及率提高到50%（摘自《2011～2020年中國鋼鐵工業科學與技術發展指南》）。在我國鋼鐵工業節能和低碳發展關鍵技術中要求加快推廣的關鍵技術共有5項，燒結礦余熱發電技術是其中1項。在我國鋼鐵工業節能和低碳發展關鍵技術中要求積極探索、研發、加快工程化的關鍵技術共有9項，排在前2項的分別是中低溫煙氣余熱回收與利用技術和鋼鐵企業余熱蒸汽綜合利用技術。本項目既是對燒結礦顯熱回收利用技術的具體實踐，又是對鋼鐵企業余熱蒸汽綜合利用技術的積極探索，為其他鋼鐵企業繼續推進節能和低碳關鍵技術提供了寶貴的經驗。

3.4 經濟和社會效益

該項目實施以來，經濟效益和社會效益均顯著。燒結發電機組平均發電功率約10 MW,平均對外供電比例為75%。按照每年運行8000 h計算，直接創造經濟效益3360萬元，降低生產工序能耗30400 t標煤，環保方面每年二氧化碳減排量為72960 t。

4 結論

本項目研發了包括環冷機煙罩柔性密封在內的多項關鍵技術，解決了行業技術難題，其技術指標達國內領先水平。已申請及正在申請國家專利4項。部分關鍵技術已經在邯寶能源中心、厄瓜多爾等推廣應用，技術推廣前景廣闊。

[1]丁明舫.鍋爐技術問答[M].北京：中國電力出版社，2001.

Innovation and Application of Waste Heat Power Generation Technology for the 435 m2Sinter of Handan Steel

LV Jinkui,ZHAO Xianfeng
(The Energy Sources Center of Handan Co.,Hebei Iron&Steel Group,Handan,Hebei 056015,China)

The waste heat power generation project for the 435m2sinter of Handan Steel is introduced.The project adopted various essential technologies including movable sealing of hood of recirculation cooler,which can not only achieve energy saving and emission reduction but also create significant economic benefit for steelmakers.

waste heat from sinter;power generation;technology;innovation

TM61

B

1006-6764（2014）05-0046-03

2013-08-22

呂金奎（1979-），男，大學本科學歷，工程師，現從事鍋爐設備管理工作。