轉(zhuǎn)底爐煙氣余熱再利用發(fā)電

李漢華 原 輝

（日照鋼鐵有限公司，山東 日照 276806）

轉(zhuǎn)底爐煙氣余熱再利用發(fā)電

李漢華 原 輝

（日照鋼鐵有限公司，山東 日照 276806）

對轉(zhuǎn)底爐煙氣系統(tǒng)進行改造升級，建立了國內(nèi)首條轉(zhuǎn)底爐煙氣再利用發(fā)電系統(tǒng)，對煙氣余熱充分再利用發(fā)電，現(xiàn)每天每條生產(chǎn)線余熱發(fā)電12萬kW?h。

轉(zhuǎn)底爐；煙氣系統(tǒng)；改造；發(fā)電

鋼廠每年將生產(chǎn)出大量高爐灰和轉(zhuǎn)爐泥等含鐵和鋅粉塵的副產(chǎn)物。粉塵中含有大量鋅元素，而無法全部回收。若不做進一步處理，含鋅粉塵不僅占用土地、污染環(huán)境，而且造成資源的二次浪費。

2009年10月鋼鐵研究總院設計出2條生產(chǎn)能力為20萬t／年的工業(yè)化生產(chǎn)線，2009年11月初開工建設，2010年4月進行點火熱試。截止到目前，轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線工藝順暢，各項生產(chǎn)參數(shù)已達到設計要求。生產(chǎn)直接還原鐵的金屬化率平均在75%～85%，日產(chǎn)1000t左右的合格金屬化球團。

一、轉(zhuǎn)底爐含碳球團自還原工藝

1.轉(zhuǎn)底爐還原工藝概況

轉(zhuǎn)底爐采用直接還原含碳球團工藝，轉(zhuǎn)底爐內(nèi)氧化還原反應快，含碳球團內(nèi)部的碳（一般含量30%）是優(yōu)質(zhì)還原劑，含碳球團在高溫度環(huán)境下在球團內(nèi)部產(chǎn)生煤氣，實現(xiàn)自還原。含碳球團在轉(zhuǎn)底爐工藝中突破了鐵礦還原的溫度限制和擴散障礙。

正常工作條件下轉(zhuǎn)底爐爐膛內(nèi)溫度在1200～1400℃，采用煤氣發(fā)生爐發(fā)生煤氣。

煤氣站總煤氣量≥44000m3/h，氣化率為3.2～3.5m3/kg，灰渣碳含量≤12%，含塵、焦油≤25mg/ m3，溫度＜35℃，含水量≤44g/m3，煙煤氣化強度為250～300kg/（m2?h）。

2.排放煙氣特點

轉(zhuǎn)底爐出口煙氣溫度在1150℃上下，煙氣中含有大量物理熱。轉(zhuǎn)底爐工藝通過煙氣換熱器預熱助燃風和煤氣回收熱能。助燃空氣預熱器可以將助燃空氣加熱至450～480℃，煤氣預熱器將發(fā)生爐煤氣加熱至250～280℃。

經(jīng)過對煤氣和空氣預熱后，煙氣中物理熱被消耗利用一部分，煙氣溫度仍然可達700℃。

二、新舊工藝對比

1.轉(zhuǎn)底爐系統(tǒng)

轉(zhuǎn)底爐是含碳球團直接還原核心設備，爐溫控制和爐內(nèi)氣氛控制優(yōu)劣及精度是整個工藝系統(tǒng)運行重點，爐溫從加熱區(qū)、還原一區(qū)至還原五區(qū)需要連續(xù)調(diào)節(jié)控制，每區(qū)爐溫設定值隨生產(chǎn)工藝參數(shù)不同而改變。

2.煙氣系統(tǒng)

煙氣排放系統(tǒng)是轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)工藝運行關(guān)鍵，轉(zhuǎn)底爐爐膛內(nèi)還原反應后煙氣帶走大量物理熱同時帶走大量煙塵。煙氣中含大量的Zn、Pb、K、Na等元素，使煙氣中的粉塵黏性增大。煙氣在流經(jīng)原設計的換熱器時，會在換熱器中沉積并結(jié)塊，造成煙道堵塞，被迫停爐清灰，影響生產(chǎn)。

新設計煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，取得較好效果，生產(chǎn)效率提高。

3.煙氣余熱再利用發(fā)電系統(tǒng)

（1）轉(zhuǎn)底爐煙氣參數(shù)

煙氣成分含有：N2、CO2、H2O、O2、SO2、氯化物，煙氣成分（體積百分比%），具體如表1所示。

表1 ppm

煙氣含塵量6～16g/m3，粉塵主要成分：ZnO、Fe2O3、KCl、SiO2、CaO、MgO等。煙氣及煙氣冷卻過程中受熱面上的結(jié)渣物對受熱面具有一定的腐蝕性。

煙氣量及煙氣溫度參數(shù)：標準煙氣量50000m3/h，最大煙氣量65000m3/h。標準煙氣溫度1100℃，煙氣溫度波動范圍900～1200℃。余熱鍋爐進口壓力為微負壓（約-100～-200Pa）。

（2）新煙氣余熱再利用發(fā)電系統(tǒng)運行原理

余熱鍋爐型號為QC50/1100-25.0-3.82/450,是單壓、臥式、無補燃、自然循環(huán)余熱鍋爐，鍋爐采用高低溫段分段布置。

余熱鍋爐參數(shù)具體如表2所示。

表2

通過轉(zhuǎn)底爐煙氣余熱再利用發(fā)電系統(tǒng)投產(chǎn)試運行，轉(zhuǎn)底爐排放煙氣溫度從1100℃降低至150℃以下，煙氣中90%熱量得到回收，生產(chǎn)用蒸汽89%用于發(fā)電，11%用于煤氣發(fā)生爐氣化劑。煙氣排放溫度降低后，設備損害方面大有改善，僅延長布袋使用壽命一項，每年節(jié)約備件費用67.2萬元。

汽水流程圖如圖1所示。

三、汽輪發(fā)電系統(tǒng)

1.汽輪發(fā)電系統(tǒng)原理

圖1

圖2

汽輪發(fā)電系統(tǒng)由1套12MW凝汽式汽輪機和1套15MW發(fā)電機組組成，1#線余熱鍋爐及余熱發(fā)電機組從2011年4月份至2012年4月施工建設安裝，并于2012年4月份投產(chǎn)運行，1#線余熱鍋爐及余熱發(fā)電機組從2012年4月份至2012年8月施工建設安裝投產(chǎn)運行。

汽輪發(fā)電系統(tǒng)基本參數(shù)如表3所示。

汽機流程圖如圖2所示。

2.發(fā)電過程

鍋爐工作狀態(tài)時，煙氣水平流向鍋爐底部的進口煙道，依次流經(jīng)本體各受熱面，經(jīng)換熱后的煙氣從鍋爐底部排出，進入省煤器。

鍋爐給水經(jīng)給水操縱臺進入省煤器加熱后，接近飽和溫度的水進入鍋筒，鍋筒內(nèi)的水經(jīng)下降管進入各水冷壁下集箱，在水冷壁內(nèi)受熱后成為汽水混合物又回到鍋筒（分離器）進行汽水分離，分離下來的水回到鍋筒的水空間，飽和蒸汽通過引出管被送到過熱器。

飽和蒸汽在過熱器中繼續(xù)吸熱，成為過熱蒸汽。過熱蒸汽有很高的壓力和溫度，因此有很大的熱勢能。具有熱勢能的過熱蒸汽經(jīng)管道引入汽輪機后，便將熱勢能轉(zhuǎn)變成動能。高速流動的蒸汽推動汽輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，形成機械能。

發(fā)電機便把汽輪機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋ｋ娔芙?jīng)變壓器將電壓升壓后，由輸電線送至電10kV配電系統(tǒng)。

四、生產(chǎn)實踐

設計建設的轉(zhuǎn)底爐煙氣余熱再利用發(fā)電系統(tǒng)是國內(nèi)首套。2012年4月順利投產(chǎn)，穩(wěn)定運行1年5個月回收轉(zhuǎn)底爐余熱，生產(chǎn)蒸汽發(fā)電5536.02萬kW?h，實現(xiàn)利潤3487.69萬元。

每生產(chǎn)1t金屬化球團可以發(fā)電150kW?h，實現(xiàn)轉(zhuǎn)底爐盈電生產(chǎn)，同時降低金屬化球團工序能耗18.44kgce/t。

表3

五、需注意問題

1.鍋爐

鍋爐內(nèi)過熱器是鍋爐核心部件，設備維護是關(guān)鍵。由于煙氣的特性，過熱器管組容易損壞，造成水系統(tǒng)通過漏洞進入煙氣系統(tǒng)。若過熱器管組出現(xiàn)漏洞，需及時停機補漏，將出現(xiàn)漏洞管組切掉。

2.煙氣管道

鍋爐高低溫段煙道都采用鋼制密封殼體形式，根據(jù)各煙道所在部位的工作條件和工作特點，在外側(cè)采用了不同的鋼制加強結(jié)構(gòu)，以承受鍋爐正常運行時煙氣的內(nèi)壓和沖擊。

轉(zhuǎn)底爐煙氣余熱再利用發(fā)電系統(tǒng)運行過程中，煙氣中的粉塵容易沉積并板結(jié)。需要利用計劃停機時間，對煙道粉塵沉積及時清理。

[1]王定武．轉(zhuǎn)底爐工藝直接還原的現(xiàn)狀和前景[J]．冶金管理，2007，17（12）：53.

[2]黃潔．談轉(zhuǎn)底爐的發(fā)展[J]．中國冶金，2007，17（4）：23.

[3]陳珩．電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（第三版）[M].

[4]楊冠城．電力系統(tǒng)自動裝置原理（第四版）[M].

（二等獎獲獎征文）

TF748+.02

B

1671-0711（2015）05-0060-04