張鋼余能余熱回收發電實踐

張 健，張 華，任 麗，陳德慶

（張店鋼鐵總廠，山東 淄博 255007）

1 前言

張鋼新建的180m2燒結機配備了1臺190m2環冷式鼓風冷卻機。由于環冷機沒有設計安裝余熱回收裝置，燒結生產過程中產生的余熱散發到大氣中，造成巨大的能源浪費。張鋼有120 t轉爐兩座，采用汽化水冷煙道，冷卻過程產生大量的飽和蒸汽，汽化水冷煙道運行壓力2.45MPa，后續配有濕式變壓蓄能器，放熱溫度為170℃，壓力約為1.27MPa。目前每座轉爐二次蒸汽產量約15 t/h，均未進行利用。棒材軋制工序現有加熱爐1臺，配有蒸汽發生器，產生的低壓飽和蒸汽溫度為160℃，壓力為0.4MPa，產量約5 t/h，對空排放。此外，兩臺高線加熱爐產生溫度160℃、壓力0.4MPa的低壓飽和蒸汽約10 t/h。新建裝機容量為12MW的余熱電廠1座，將以上不同生產工序產生的余能、余熱合理回收，將不同壓力、不同溫度的蒸汽和不同溫度的煙氣科學利用，不僅能夠節能減排，實現資源綜合利用，還能夠取得良好的經濟效益和社會效益。

2 余熱發電的工藝流程及主要設備

余熱發電主要由燒結機環冷臺車、煙氣收集裝置、余熱鍋爐、汽輪發電機組、工業水系統、配電裝置和DCS控制系統等組成。

2.1 煙氣收集工藝流程

煙氣收集系統由環冷臺車、封閉式煙罩、切換閥門、煙囪、循環風機、環冷風機及環冷風箱等組成。燒結機環冷臺車分成4個冷卻區段：前2個區段設置封閉式煙罩，收集高溫煙氣和低溫煙氣；第3、4區段設置開放式煙罩。前2個區段上方設置內絕熱煙罩，并分成兩個相對獨立的區段，每個區段均設置1座煙囪，煙囪上設置三通管道，配置電動蝶閥，正常工作時切換閥門將煙氣導入鍋爐煙道，在余熱鍋爐停止運行時關閉煙氣進入余熱鍋爐的通道，將煙氣直接排入大氣。

從環冷臺車收集的高溫煙氣溫度在400℃左右，由高溫煙囪進入余熱鍋爐，經高壓過熱器吸熱溫度降為300℃左右，壓力與低溫煙氣相同后，再與由低溫煙囪進入余熱鍋爐、溫度為290℃左右的低溫煙氣混合，一起對爐內汽水加熱。不同溫度、壓力的煙氣分別回收利用，實現了能量的梯度有效利用。煙氣經爐內吸熱面吸熱后降至145℃左右，經循環風機排出并送至環冷風箱，再給環冷臺車高溫區降溫，經高溫區煙罩收集后又變為高溫煙氣。煙氣密閉循環使用，能量得到了充分利用。為保證余熱發電的有效生產，環冷風箱相互隔離以免串風，同時根據各個區段的送風量合理分區。

2.2 鍋爐汽水流程

送至余熱鍋爐的凝結水經過加熱器加熱后至除氧器，除氧后的水落至低壓汽包（兼做除氧氣給水箱）。低壓汽包的水至低壓蒸發器受熱面，產生汽水混合物，通過上升管進入低壓汽包，在低壓汽包中分離出低壓飽和蒸汽。小部分低壓飽和蒸汽進入除氧器對凝結水進行除氧，大部分低壓飽和蒸汽與來自3臺加熱爐的蒸汽合并后送至主廠房，供汽輪機補汽。

除氧水從低壓汽包至高壓給水泵，經給水泵加壓后，至高壓省煤器，加熱后至高壓汽包。高壓汽包的爐水經下降管至高壓蒸發器，產生汽水混合物，汽水混合物由上升管進入高壓汽包，分離出高壓濕蒸汽，與來自兩臺轉爐的溫度為170℃、壓力約為0.9MPa的濕蒸汽匯合后進入高壓加熱器，加熱成溫度300～350℃、壓力約0.9MPa的過熱蒸汽，匯合至高壓過熱器出口集箱，通過主蒸汽管道送入主廠房，供給汽輪機。

2.3 汽輪機汽水流程

余熱鍋爐高壓過熱蒸汽由主蒸汽管道送至發電機組主廠房，作為汽機的主汽。經電動主汽閥、自動主汽門、高壓調節汽門進入汽輪機，在汽輪機內部膨脹做功后，排入凝結器；余熱鍋爐的低壓飽和蒸汽（除氧器自用后剩余4 t/h），與來自軋鋼加熱爐壓力為0.3MPa、溫度為160℃的低壓飽和蒸汽（約13 t/h），經由副蒸汽管道送至主廠房，經補汽調節閥、補汽速關閥，補入汽輪機的0.3MPa壓力級膨脹做功后，排入凝結器。

汽輪機排汽經凝結器冷卻，凝結成水落入熱水井。熱水井中的水經凝結泵升壓后，回送至不同的回水點。熱水井設計安裝除鹽水補水點1個，設置自動調節閥調節熱水井水位；凝結水出口母管設置1個除鹽水補水點，以備調試和起動時使用。凝結水泵出口母管設旁路回流系統，回流至凝結器熱水井，滿足水泵啟動需要。

2.4 余熱發電主要設備

余熱發電的主要設備有余熱鍋爐、汽輪發電機組、配電裝置和DCS控制系統等。

1）余熱鍋爐。根據收集的余熱余能類型，為最大限度發揮余能余熱效率，余熱鍋爐采用雙通道進氣、雙壓、自除氧（一體化除氧器）、立式煙道、水平螺旋翅片管受熱面、自然循環型式。余熱鍋爐受熱面包括：高壓過熱器、高壓蒸發器、高壓省煤器、低壓蒸發器、一體化除氧器及凝結水加熱器等。鍋爐主體受熱面采用管箱式分體結構，相鄰兩受熱面之間的連接采用180°彎管實現，連接彎管置于煙道之外，不受煙塵氣流的沖刷。更換換熱管無需進入煙氣通道內部，在管箱兩端即可完成操作。

2）汽輪發電機組。根據鍋爐產生的兩種蒸汽壓力和加熱爐產生的蒸汽壓力，汽輪機選用雙進汽單汽缸、補汽—凝汽式發電機組。此種汽機專為低溫余熱發電設計，具有良好的滑壓運行、快速啟動能力，適應工況變動能力強。汽輪機的主汽門、高壓調節汽閥與汽缸為一體，高壓蒸汽從主汽門下部直接進入高壓調節汽閥蒸汽室內，低壓蒸汽進入氣缸下部的補汽口，汽缸排汽室通過排汽接管與凝汽器剛性連接。發電機采用空冷、無刷勵磁型式。

3）配電裝置和DCS控制系統。高壓配電系統采用單母線接線方式，發電機出口開關設為同期點。聯絡線、變壓器、電動機、發電機系統均采用微機綜合保護裝置，對各種事故引起的跳閘具有故障錄波功能，綜合保護裝置終端設有兩臺電腦，實時監控和記錄高壓設備的運行參數。汽機和鍋爐系統的監控由DCS控制系統實現，重要的工藝參數在終端以工藝畫面顯示。DCS控制系統實現對循環水系統、鍋爐、汽機及輔助設備的集中監視、報警、控制和聯鎖保護等運行管理功能。

3 回收效果

張鋼燒結、煉鋼、軋鋼余熱利用發電技術項目于2011年5月并網發電以來，環冷風機系統、鍋爐系統、汽輪發電機組系統、電氣系統和自動化儀表系統運行穩定可靠。高溫煙氣平均溫度380℃，最高溫度420℃，平均流量15.3萬m3/h；低溫煙氣平均溫度290℃，最高溫度340℃，平均流量8.9萬m3/h；煉鋼飽和蒸汽平均壓力0.9MPa，最高壓力1.05MPa，平均流量21.6 t/h，最高流量25.4 t/h；軋鋼飽和蒸汽平均壓力0.28MPa，最高壓力0.32MPa，平均流量10.6 t/h，最高流量14.5 t/h；系統實現了年發電量3758.4萬kW·h；年經濟效益1879.2萬元。

余熱利用發電項目的實施，打破了常規單一生產工藝的余熱利用思路，采用1套發電系統回收利用了3種生產工藝的余熱、余能，全部回收利用了煉鋼、軋鋼產生的余熱，回收利用了燒結機產生的大部分熱量。實現了能源及資源的綜合利用，提高了企業的經濟效益。