高溫高壓余熱發電技術在干法熄焦中研究與應用

河鋼集團宣鋼公司設備能源部 馬 薇

高溫高壓余熱發電技術在干法熄焦中研究與應用

河鋼集團宣鋼公司設備能源部 馬 薇

宣鋼焦化廠1#、2#焦爐，原熄焦方式為濕法熄焦，為適應國家節能環保要求，消除濕法熄焦產生的環境污染、回收紅焦的濕熱，提高焦炭產量，宣鋼公司決定建設一套處理能力為125t/h的干熄焦裝置，與干熄焦改造時同期建設高溫高壓余熱鍋爐和汽輪發電機，利用產生蒸汽進行發電。本文就高溫高壓余熱發電技術在干法熄焦中研究與應用進行簡要闡述。

高溫高壓；汽輪發電機；干法熄焦

干熄焦是采用惰性氣體將紅焦在無氧的環境下降溫冷卻的一種熄焦方法，在干熄焦過程中，紅焦從干熄爐的頂部裝入，低溫惰性氣體由循環風機鼓入干熄爐冷卻段紅焦層內，冷卻后的焦炭從干熄爐底部排除；吸收紅焦潛熱后溫度升高的惰性循環氣體從干熄爐環形煙道排出后，進入干熄焦余熱鍋爐進行換熱，鍋爐產生的蒸汽進入汽輪機帶動發電機發電，從干熄焦余熱鍋爐冷卻后的低溫惰性氣體進入循環風機重新鼓入干熄爐循環使用。

為實現紅焦顯熱的高效利用，通過對高溫高壓汽輪發電機與中溫中壓汽輪發電機的設備參數、機組容量、運行經濟性等進行比較，選用高效機組。

一、實施前的技術方案

宣鋼公司現有一組2×43孔6米頂裝焦爐（1#、2#焦爐），年產96.8萬噸焦炭，此次改造建設一套125t/h干熄焦裝置，原濕熄焦做為備用，為回收利用干熄焦爐余熱，與干熄焦裝置同步建設一套余熱發電裝置，包括余熱鍋爐、汽輪發電機組及相配套的循環水泵站、高低壓電氣系統和儀控系統等。

1.設備選型

由于干熄焦發電機組容量均較小，一般選用技術較為成熟的中溫中壓鍋爐和中溫中壓汽輪發電機組，且中溫中壓機組在我公司應用廣泛，運行經驗豐富，但是，近年來小型高溫高壓鍋爐和高溫高壓汽輪發電機組的研究與應用逐漸興起，技術日漸成熟，在機組選型上存在一定的分歧。因此，通過資料收集研究，對兩種類型機組的參數、發電量、投資與回收等進行了對比分析。

表1 1 2 5 t/h干熄焦配套高溫高壓與中溫中壓機組比較

通過上表內容比較，高溫高壓機組比中溫中壓機組發電量要高11.86%，回收期縮短0.3年，具有極高的性價比，能夠獲得更多的發電收益，因此，為充分將余熱回收利用，實現效益是最大化，提升裝備技術水平，本著科學、高效、優化的原則，決定選用高溫高壓余熱鍋爐和汽輪發電機組。

鍋爐選用杭鍋生產的自然循環室外型高溫高壓余熱鍋爐，其額定工作壓力10.3/9.81MPa（調節閥前/后），蒸汽溫度540℃。余熱鍋爐的產蒸汽能力為61.8t/h（額定）、70t/h（最大）。

汽輪發電機組選用南京汽輪發電機有限公司的型號為N18-8.83的純凝式汽輪發電機，進汽壓力8.83MPa，蒸汽溫度535℃，額定進汽量61.4t/h，額定發電量17.43MW。

干熄焦鍋爐所產蒸汽全部送至汽輪發電機組發電。同時配套建設綜合電氣室、循環水泵站及冷卻塔等設施，以及對應的供配電、電氣儀表、自動化控制、通訊、給排水、消防、照明及紅線范圍內綜合管網等內容。

本工程所需動力介質如生產水、消防水、生活水、蒸汽、氮氣、焦爐煤氣來自動力管網，除鹽水自新建除鹽水站，普通壓縮空氣、儀表壓縮空氣來自新建空壓站，電由上級變電站引至綜合電氣室。

本項目在工藝方案選擇上，吸取了國內外先進技術，采用成熟、可靠、先進的技術，使新建成的干熄焦裝置在節能、環保和自動化控制等方面達到國內干熄焦裝置的先進水平。高溫高壓鍋爐和高溫高壓汽輪發電機組廠家具備深厚的技術實力，在行業內居領先水平。

2.工藝流程

裝滿紅焦的焦罐車由電機車牽引至焦罐提升井架底部，提升機將焦罐提升并送至干熄爐爐頂，通過帶布料器的裝入裝置將焦炭裝入干熄爐內。在干熄爐中焦炭與惰性氣體氮氣直接進行熱交換，焦炭被冷卻至200℃以下，經排焦裝置卸到帶式輸送機上，然后送往焦處理系統。

在循環風機的作用下，惰性循環氣體在干熄爐內將1000℃左右的赤熱焦炭冷卻，吸收焦炭顯熱的氮氣被加熱到900～980℃（計算溫度940℃），高溫煙氣經一次除塵器除塵后，進入干熄焦余熱鍋爐，在干熄焦鍋爐內與除鹽水進行汽水換熱，溫度降至160～180℃（計算溫度165℃），煙氣再經過二次除塵器、循環風機和熱管換熱器后，溫度降至130℃，再進入干熄爐冷卻赤熱焦炭。

干熄焦鍋爐內除鹽水與高溫煙氣換熱產生的蒸汽，進入汽輪機將熱能轉換成機械能，通過高速旋轉帶動發電機發電。

二、運行中的優化與完善

2015年7月18日投產后，機組運行相對穩定，但由于干熄焦工藝特點所限，鍋爐蒸汽發電量變化較大，發電負荷調整頻繁，而汽輪機運行中。凝汽器熱井液位需保持一定范圍內，否則會影響機組真空，進而導致效率降低甚至停機。

凝汽器內凝結水通過凝結水泵送入干熄焦鍋爐除鹽水箱，依靠泵出口管道閥門開度控制熱井水位，閥門為手動閘閥，水位調節時，需崗位人員到現場進行開關操作，工作量大，且調節不及時，造成水位不穩定，還會影響發電量。

通過對工藝分析，制定方案，在凝結送出管道上安裝調節閥，并對系統控制程序進行修改，實現熱井水位的自動調節控制。

三、實施后的顯著效果

項目實施后，采用干熄焦既可節省熄焦用水，又可避免了濕法熄焦污染物的產生。干法熄焦在密閉環境中進行，氮氣中夾帶的粉塵除塵凈化，可有效解決熄焦污染，環境效益顯著，換熱產生的蒸汽用于發電，經濟效益顯著。

四、結束語

干熄焦裝置具有工藝技術先進、投資小、環境和節能效益顯著的特點，在鋼鐵聯合企業中應用，可改善冶金焦炭質量、降低入爐焦比，提高煉鐵高爐生產能力，從而降低鋼鐵生產總的成本費用；同時，能夠更好、更高效地利用余熱資源，增加回收率，實現節能減排增效目標，具有極高的推廣意義。