東北地區(qū)燒結(jié)余熱發(fā)電的冬季保溫與防凍

摘要：極寒地區(qū)燒結(jié)余熱發(fā)電由于其特殊的運行方式啟停頻繁，停運后的防凍問題是我國北方地區(qū)非常嚴峻的問題。五礦營口中板有限責任公司的燒結(jié)余熱發(fā)電通過總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗，積極在生產(chǎn)和改造上采取相關(guān)措施，在燒結(jié)余熱發(fā)電防寒防凍工作中取得了一定的成果和經(jīng)驗，維護了設(shè)備的穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：極寒地區(qū)；燒結(jié)余熱發(fā)電；放水管道；保溫措施；防凍措施；鋼鐵生產(chǎn) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH019 文章編號：1009-2374（2016）29-0091-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.040

在鋼鐵生產(chǎn)過程中，燒結(jié)工序的能耗約占總能耗的10%，僅次于煉鐵工序，位居第二。在燒結(jié)工序總能耗中，有近50%的熱能以燒結(jié)機煙氣和冷卻機廢熱氣的顯熱形式排入大氣。

國內(nèi)鋼鐵廠近年推廣應(yīng)用的低溫余熱發(fā)電供熱技術(shù)是利用中低溫的廢氣產(chǎn)生低品位蒸汽，用來供熱或推動低參數(shù)的汽輪機組做功發(fā)電。其與火電發(fā)電相比，不需要消耗一次能源，不產(chǎn)生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其他有害氣體，具有充分利用低溫廢氣以達到變廢為寶、凈化環(huán)境的目的。

本著“節(jié)約能源，保護環(huán)境”的原則，五礦營口中板有限責任公司積極推進余熱發(fā)電項目，回收利用四臺燒結(jié)機的環(huán)冷機廢熱氣中的余熱，通過余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，送往汽輪發(fā)電機組發(fā)電。

2012年11月份180m2燒結(jié)余熱發(fā)電電站投產(chǎn)，三臺余熱鍋爐和一臺汽輪發(fā)電機組的總體規(guī)模。其中：2×180m2燒結(jié)機配置兩臺單進汽雙壓立式余熱鍋爐，型號為Q360-21.86/5.78-2.0（0.5）/340（200）；而另一臺132m2的燒結(jié)機配置一臺單進汽雙壓立式余熱鍋爐，型號為Q360-17.18/5.54-2.0（0.5）/340（200）。三臺余熱鍋爐均自帶除氧器。對應(yīng)的12MW雙壓補汽凝汽式汽輪機，型號為NZ12-1.9/0.4，配15MW發(fā)電機，型號QFW-15-2A。

2014年9月600m?燒結(jié)余熱發(fā)電投產(chǎn)，600m?燒結(jié)環(huán)冷機對應(yīng)鍋爐型號為1臺Q500（500）/400（300）-75（17.5）-1.45（0.35）/340（200）、1臺20MW雙壓補氣凝汽式汽輪機（型號為BN20-1.25/0.25）、1臺20MW發(fā)電機（型號QF-20-2型），利用燒結(jié)環(huán)冷機1#段、2#段高溫部分的300℃～400℃的廢氣產(chǎn)生蒸汽，來推動汽輪機組做功發(fā)電。

我公司在東北地區(qū)，隨著冬季的到來，極端天氣下整個鍋爐的汽水系統(tǒng)屢次出現(xiàn)問題，故障頻繁。鍋爐內(nèi)取樣器管、儀表系統(tǒng)經(jīng)常上凍，造成液位計液位顯示失靈、壓力測點顯示錯誤，不能及時、準確、真實地顯示現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)，對運行生產(chǎn)造成了極大的不便和安全隱患。另外，靠近煙道尾部的低溫換熱器部分出現(xiàn)凍管，就是停機就開始放水也放不凈。停機后空冷器、冷油器、油站冷油器等冷卻器回水管道出現(xiàn)防凍層以上位置結(jié)冰，造成各冷卻器無法使用等，給運行人員和檢修人員造成極大的困擾。

1 故障及原因分析

針對上述問題，經(jīng)過認真的現(xiàn)場調(diào)查和原因分析，發(fā)現(xiàn)我廠燒結(jié)余熱發(fā)電在設(shè)計和安裝方面存在以下缺陷：

第一，由于燒結(jié)余熱發(fā)電特殊的工作方式，燒結(jié)余熱鍋爐和燒結(jié)機運行情況聯(lián)系緊密，燒結(jié)側(cè)緩料、換臺車、處理設(shè)備缺陷停機等都對燒結(jié)余熱發(fā)電鍋爐影響巨大，造成鍋爐啟停爐特別頻繁。我公司燒結(jié)余熱發(fā)電站在設(shè)計時對極寒條件考慮不周，未完全考慮北方環(huán)境溫度及生產(chǎn)現(xiàn)狀，鍋爐采取的彩鋼板緊身封閉結(jié)構(gòu)，保溫效果差。汽水管路、儀表管路等都采用的普通巖棉保溫措施，事實證明無法抵擋本地區(qū)-27.3℃左右的低溫。

第二，引風機出口擋板為葉片式，環(huán)冷機動靜部分密封差，停機后料溫下降快，冷風順著煙道倒灌回鍋爐內(nèi)，鍋爐采取的換熱方式是自上而下逐級換熱。鍋爐最下部為凝結(jié)水預(yù)熱器，冷風倒灌第一級就是凝結(jié)水預(yù)熱器，而且凝結(jié)水預(yù)熱器進水溫度為30℃～40℃，蛇形管排列。一方面是水的溫度低，蓄熱能力差；另一方面因為凝結(jié)水預(yù)熱器內(nèi)沒有壓力放水速度慢，蛇形管排又不容易將水完全放凈，造成在放水過程中管排出現(xiàn)上凍的現(xiàn)象且放不出水。

第三，冬季外供蒸汽，蒸汽壓力跟隨燒結(jié)測環(huán)冷機煙溫波動大，蒸汽管路上的疏水在安裝疏水器的情況下壓力波動大就容易上凍，造成疏水器動作失靈，從而凍住、凍壞。

第四，本地區(qū)最大凍土深度1.11m，部分冷卻水回水管道、循環(huán)水回水管道、冷油器回水管道等在停機后出現(xiàn)地表部分結(jié)冰現(xiàn)象，造成無法回水。

第五，低負荷運行和停機后在循環(huán)水泵連續(xù)運行情況下，出現(xiàn)整個機力通風塔北側(cè)結(jié)冰現(xiàn)象，北側(cè)邊緣位置將擋風板縫隙填滿連成冰幕，內(nèi)部局部形成巨大冰柱對填料造成重力下拉作用，當時處理及時否則將造成填料大面積損壞。

第六，超過24小時停產(chǎn)時化學水箱及管路出現(xiàn)上凍現(xiàn)象。

2 改造及預(yù)防措施

為了適應(yīng)冬季寒冷天氣下燒結(jié)余熱鍋爐的穩(wěn)定運行需要，我公司采取了一系列的改造、防凍和預(yù)防措施取得了良好的效果，保證了燒結(jié)余熱發(fā)電的穩(wěn)定運行，主要措施如下：

第一，將室外的儀表管路盡量移至室內(nèi)，將室內(nèi)的儀表管路纏繞伴熱帶，并在伴熱帶外加裝巖棉保溫，停爐后到就地用變送器上的泄水閥將水放出，從而避免了儀表管路在停爐后凍結(jié)和失靈。將各類無防凍能力的變送器拆回，待機組啟動前回裝。

第二，鍋爐各部位人孔、檢查孔、放灰門及省煤器和預(yù)熱器檢查門、循環(huán)風機出入口擋板嚴密關(guān)閉；各轉(zhuǎn)機油站冷卻水密封水水流暢通，長期停止運行后，要將管路內(nèi)的水及時放盡；易凍處消防水管路積水也應(yīng)放盡；在汽輪機打閘前，打開所有的疏放水門，利用外網(wǎng)余壓蒸干各部疏水，各疏水主管和直排管在停機中一直保持開狀態(tài)；鍋爐汽包壁溫200℃、壓力0.5MPa打開所有底部放水、集中下降管放水、過熱汽系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、取樣系統(tǒng)、減溫水系統(tǒng)所有疏放水門，汽包壓力到0.2MPa以下打開對空排汽；凝結(jié)水預(yù)熱器部分，加大疏水管管徑，在聯(lián)箱出口位置加裝氮氣吹掃閥門，停爐后馬上開啟，將存水吹走并充氮防腐。給水泵停運后，打開所有水側(cè)系統(tǒng)放水門、空氣門，凝結(jié)水泵停運后打開所有凝結(jié)水系統(tǒng)水側(cè)放水門、空氣門，以上各門在停機中保持開啟狀態(tài)；冷卻水塔在循環(huán)水泵停運前保持低水位運行，當達到停運循環(huán)水泵的條件時，將冷卻塔塔池水全部放凈；在鍋爐底部，沿著灰倉側(cè)面裝設(shè)部分汽暖暖氣，接近停爐階段及時開啟，散發(fā)熱量保證底部換熱器溫度，爭取時間將水放盡。

第三，外供蒸汽，鍋爐至汽輪機中低壓蒸汽母管疏水等重要疏水全部采用保溫巖棉加伴熱帶再加保溫巖棉的方式進行伴熱，疏水設(shè)立帶疏水器的主管路和直排管路。停爐后，立刻開啟直排管排凈疏水，管道中蒸汽凝結(jié)后存的低溫疏水也順著直排管慢慢排干凈。這種伴熱方式一方面防止伴熱帶被高溫蒸汽燙壞；另一方面在沒有蒸汽熱量后可以持續(xù)保證疏水管溫度，保證其不上凍。

第四，在循環(huán)水回水、各油站冷油器回水管道等位置設(shè)深1.8m的地下放水門，冷卻水停止后開啟常規(guī)放水和地下放水門將部分地表以下，防凍層以上水放盡，防止上凍。

第五，為應(yīng)對機力通風塔結(jié)冰現(xiàn)象，在北側(cè)加設(shè)帆布棚，天冷時將帆布安裝上，天熱后拆除，防止阻礙循環(huán)水冷卻。冷卻塔南側(cè)巡檢過程中發(fā)現(xiàn)冰柱及時清理。

3 啟停爐過程中的具體防凍措施

3.1 鍋爐啟動操作

因燒結(jié)側(cè)每次啟動溫度波動都非常大，因此冬季鍋爐啟爐前一定要與燒結(jié)側(cè)確認，生產(chǎn)正常溫度穩(wěn)定后（一段300℃以上），方可準備啟爐。啟動前將相關(guān)的放水門、放空氣門逐一關(guān)閉，壓力變送器回裝、疏水直排門適當關(guān)小、關(guān)閉一二段煙筒閥門、打開引風煙氣切斷閥，將少許熱風引致鍋爐內(nèi)。鍋爐頂部煙道過熱器處煙溫達到150℃以上，鍋爐出口煙氣溫度30℃以上，可以開始上水（兩個條件需要同時達到）。上水前檢查循環(huán)風機吸冷風口在關(guān)閉位置，水位達到汽包最低水位（-200mm），檢查循環(huán)風機未出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)后，啟動循環(huán)風機。

上水前除中低參疏水、集箱疏水外將其余疏水及事故放水門關(guān)閉。

中參水位達到-200mm啟動循環(huán)風機，其間禁止間斷給水（可減少上水量）。

3.2 鍋爐停爐操作

燒結(jié)側(cè)有停機計劃提前1小時通知發(fā)電側(cè)，接到燒結(jié)側(cè)停機、緩料等相關(guān)操作通知后，司爐勤觀察環(huán)冷機溫度，當環(huán)冷溫度下降到240℃以下，馬上停爐。如未接到任何通知煙溫降至180℃以下馬上停爐。

班長接通知后，與汽機、電氣值班員做好溝通，并通知燒結(jié)主控和調(diào)度準備停爐。

第一，司爐關(guān)閉中壓及低壓蒸汽出口門，開啟中、低壓集汽集箱向空排氣門，中、低壓汽包水位保持在

-50℃～-100℃之間即可（煙溫降至180℃和高溫過熱器位置煙溫120℃以下可不保持液位立刻放水，放水過程中逐漸降低循環(huán)風機頻率，水放盡后立刻關(guān)閉鍋爐入口擋板和循環(huán)風機進出口擋板），吸冷風口整個冬季達到檢修位置嚴禁操作。

第二，司爐開啟煙筒排空閥，關(guān)閉循環(huán)風機進出口門，停循環(huán)風機。

第三，司爐觀察鍋爐內(nèi)溫度及汽包壓力下降情況可中斷鍋爐給水，當中壓汽包壓力降至0.5MPa以下時司爐及班長到達現(xiàn)場進行相關(guān)疏水門開啟。

第四，稍開除鹽水補水箱補水門，稍開補水泵出口放水門，稍開鍋爐主汽至蒸汽母管管道疏水，全開給水泵進口放水門，全開中、低壓給水管道放水門，全開凝結(jié)水管道放水門。開啟中、低壓汽包水位計放水門。

第五，循環(huán)風機工業(yè)冷卻水不得關(guān)閉，給水泵冷卻水可視廠房內(nèi)溫度稍開或溫度較低時全開。

第六，停爐后要保證門窗關(guān)閉，廠房采暖正常，相關(guān)管道保溫完整及伴熱正常。

4 結(jié)語

燒結(jié)余熱發(fā)電由于受到燒結(jié)側(cè)環(huán)冷機和燒結(jié)機的制約，啟停爐相對頻繁，從而給運行操作和冬季防凍帶來一定的困難。我公司在生產(chǎn)實踐中通過仔細查找原因，積極采取應(yīng)對措施，維護了設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。最長一次冬季停機時間達1個月，在這種大面積采取防凍措施的條件下，系統(tǒng)恢復(fù)必須提前5天進行，最近一次極冷狀態(tài)下（零下25℃）機組啟動，整個系統(tǒng)恢復(fù)用了4天時間使鍋爐具備了啟動條件。五礦營鋼燒結(jié)余熱發(fā)電正在繼續(xù)探索改進燒結(jié)余熱發(fā)電機組冬季停運后的防凍措施方法，使機組在滿足防凍條件下，實現(xiàn)機組快速恢復(fù)啟動，以提高機組冬季備用狀態(tài)的快速反應(yīng)能力。

作者簡介：謝志剛（1981-），男，遼寧營口人，供職于五礦營口中板有限責任公司，熱動中級職稱，研究方向：余熱發(fā)電。

（責任編輯：王 波）