提升燒結余熱發電項目發電量實踐與改進

秦建新，張聯兵

（首鋼長治鋼鐵有限公司，山西 長治 046031）

首鋼長鋼公司始建于1947 年，是中國共產黨于戰爭年代在太行山革命根據地創建的第一個鋼鐵企業，2009 年與首鋼總公司聯合重組。經過70 年的發展，形成年產鐵260 萬t、鋼360 萬t、材375 萬t 的生產能力，產品包括H 型鋼、棒材、線材、熱軋帶肋鋼筋、礦渣水泥。主要工藝裝備有2 座6.0 m 復熱式搗固焦爐年產焦炭140 萬t、200 m2燒結機2 臺、1 080 m3高爐2 座、80 t 轉爐3 座、20 000 m3/h 和30 000 m3/h制氧機組各一套、60 萬t/年熱軋H 型鋼生產線1條、55 萬t/年高速線材生產線2 條、棒材生產線3條、100 萬t/年礦渣超細粉水泥生產線1 條等。目前，高爐焦比、噴煤比、冶金焦灰分等技術經濟指標位列全國同類型企業前列。

首鋼長鋼公司兩座200 m2燒結機，分別于2004和2008 年投產，年產能456 萬t。原燒結環冷機的余熱回收方式是將環冷機1 段產生的高溫煙氣通過螺旋翹翅式換熱器由蒸發器產生飽和蒸汽，再經過熱器產生過熱蒸汽，用于燒結機混合料預熱，剩余部分并入公司蒸汽管網。多年運行以來，此傳統燒結余熱利用方式存在效率低、回收的廢氣余熱量少（僅占總熱量的10%左右）等弊端。近年來，隨著低溫煙氣余熱鍋爐技術和低參數補汽凝汽式汽輪發電機組技術不斷發展，燒結環冷機煙氣余熱發電項目在國內多家鋼鐵企業得到成功實施，并能夠取得較好的經濟效益。

為了高效利用余熱資源，充分利用燒結環冷機煙氣余熱，長鋼公司提出了實施燒結環冷機煙氣余熱發電項目。

1 燒結余熱發電項目情況簡介

2 臺200 m2燒結機，平均利用系數1.3～1.4 t/m2·h，工作制度為連續工作制，作業率94.98%。燒結機配套228 m2鼓風帶冷機，環冷機由臺車及回轉框架、鼓風系統等組成。帶冷機配有4 臺鼓風機，設計條件下風機風量450 000 m3/h，風機全壓3 800 Pa。

燒結環冷機煙氣余熱發電項目采用 “2+2+1”建制，即2 臺環冷機＋2 臺余熱鍋爐＋1 臺汽輪發電。兩臺燒結機配套建設兩套自除氧雙參數自然循環余熱鍋爐、一臺補汽—凝汽式汽輪發電機組，發電端電力就近接入企業10.5 kV 母線段，配套建設循環冷卻水系統、除鹽水制備系統、供配電系統、自動控制系統等。

兩套余熱鍋爐型號為QC216（128）/380（280）-23.6（8）-2.0（0.39）/330（180），1 臺10 MW 的補汽凝汽式汽輪機組型號為BN10-1.9/0.35+QF-W12-2 10.5 kVQ，通過雙壓余熱鍋爐產生2.0 MPa、330 ℃（18.2 t/h）和0.65 MPa、192 ℃（6 t/h）的過熱蒸汽，驅動汽輪機進行發電。

按照設計，該項目建成投產后，小時發電量約8 000 kW·h，年發電達6 000 余萬kW·h，扣除自用電年凈發電量5 000 余萬kWh，所發電量分別并入燒結主抽風機配電站，自發自用。

燒結余熱發電項目總投資6 500 萬元，于2016年4 月10 日建成投運，投運初期，運行效果不理想2016 年4—6 月份總計發電705.7 萬kW·h，折合噸礦發電7.03 kW·h，與設計發電指標（噸礦發電15 kW·h）存在較大差距[1]。

鑒此，公司成立項目專題攻關組，從設備、工藝、操作和生產組織及外圍配套協調等方面，深入分析研究，采取多項措施，取得積極成效。

2 主要采取措施及成效

1）合理調整、優化燒結機生產組織模式，為機組穩定高效運行提供有力支撐。

燒結機穩定、連續的生產秩序是燒結余熱發電項目正常運行的基礎和保障。為盡快摸索出燒結機生產與余熱發電的最佳運行模式和參數，結合公司機燒和鐵產能及爐料配比等情況，前后嘗試采用兩臺燒結機同時適當控制產能、以不攢料不停機的生產模式，但試驗效果欠佳（日發電量超過10 萬kW·h天數僅有4 d，且僅為略超過10 萬kW·h）；之后，在總結經驗的基礎上，調整為采用兩臺燒結機滿負荷生產至存夠一定燒結礦后交替安排燒結機檢修的生產方式，在2 臺燒結機正常生產時，日發電量均在11 萬度以上（7 月28 日至8 月2 日連續6 d 日均發電量16.2 萬kW·h，折合噸礦發電13.7 kW·h），但在燒結機交替檢修期間發電量影響較大（7 月15—17日、22 日、25 日、26 日6 天檢修期間日均發電量僅為5.9 萬度，折合噸礦發電7.3 度）。

針對上述狀況，在繼續鞏固現有燒結機生產模式的基礎上進行適當調整，在保證目前日產量的前提下，安排燒結機集中生產，適當庫存燒結礦，結合環保及檢修工作，階段性安排一臺燒結機停產檢修，保障燒結噸礦發電量。通過上述實踐，驗證了該種模式在提升發電量及控制燒結成本方面存在較大的優勢，并在后續生產組織中予以沿用。

2）發揮技術專業優勢，強化工藝操作和改進，通過技術措施提高機組發電量。

強化燒結環冷機漏風治理，減少熱量損失。環冷機漏風是影響燒結煙氣溫度的重要因素之一，在實際生產過程中，動力廠、煉鐵廠對環冷機的密封狀況進行重點監控，適時掌握環冷機漏風狀況，并利用燒結機停產時機及時更換維護環冷機臺車密封板，開展漏風治理工作，降低煙風系統熱量損失。

利用燒結機檢修時機，在環冷機煙氣高低溫段設置隔斷，降低冷風摻入量。改造完成后平均煙氣溫度提高10 ℃以上，提溫效果比較明顯。

調節優化燒結生產工藝，通過控制燒結礦終點溫度、終點位置和大煙道煙氣溫度等方式，盡力實現滿足發電運行的最優生產模式。7 月份以來燒結工藝按300～350 ℃的范圍控制終點溫度，終點位置保持在23 號（倒數第二個）風箱，同時控制大煙道排煙溫度不高于150 ℃，以降低燒結礦余熱損失量。

加強設備點檢維護工作，確保設備正常連續運轉提高機組發電量。8 月23 日至9 月12 日期間燒結及發電設備基本維持100%的運轉率，總計發電量332.2 萬度，折合噸礦發電13.7 度，平均發電負荷達到6 600 kW，基本達到設計指標。

摸索總結經驗，提高機組的運行操作技術水平。循環風機是燒結生產工藝和余熱鍋爐發電機組之間建立聯系的關鍵設施設備，對取熱量多少、鍋爐進氣溫度、產蒸汽量及品質等影響機組發電量的關鍵性指標有著至關重要的作用。動力廠在總結前期運行管控經驗的基礎上，逐步摸索規范循環風機運行操作，使循環風機的工作狀態進一步趨近風量及風壓滿足取熱量條件的最佳匹配工況，機組發電量得以有效提升[2]。

3）建立、完善聯系協作、管控及考核機制，為提升發電水平提供支撐和激勵。

鑒于發電機組運行及燒結生產分屬動力廠和煉鐵廠管控，對上述單位從調度、中控和崗位等各個層面建立完善了聯系協作制度，避免出現發電運行及燒結生產之間的管理及信息脫節，保障了上下游環節的均衡穩定。

制定并下發《燒結環冷機煙氣余熱發電項目運行管理辦法》，結合設計指標對操作管理、技術參數管控、職責分工等方面予以明確。同時采用正向激勵的考核機制，以10 萬度/日為保底目標，設立發電量攻關臺階，充分調動開展攻關工作的積極性。期間發電量最好指標完成20.01 萬度/日，折合噸礦發電16.72 kW·h，并且實現了在燒結正常生產的前提下發電量≥10 萬度/日的目標。

定期組織召開總結分析會，對下階段的工作目標及任務進行安排部署并督促落實，同時針對機組運行出現的問題及時進行分析討論并提出改進意見，鞏固攻關工作取得的成效。

3 下一步鞏固措施和改進建議

通過上述措施和努力，燒結余熱項目運行得到較大提升和改善，發電量從日均8～9 萬kW·h 逐步并穩定到日均12～13 萬kW·h 的水平，取得了明顯效果。針對存在制約發電量提升的管理、操作等因素，下一步的措施和建議如下。

3.1 理順燒結發電管理體制

燒結余熱發電系統與燒結生產主體息息相關，燒結礦粉種類配比、燒結生產穩定、終點位置、終點溫度、石灰摻入量、固體燃料消耗和漏風率等情況直接決定著后續燒結余熱發電機組的正常運行，而目前由于燒結余熱發電和燒結生產分屬兩個單位，實際運行過程中存在信息不對稱、協調聯系渠道不夠暢通、分析調整時機和手段較為滯后和被動等問題，同時經咨詢相關鋼企，大部分將燒結余熱發電歸燒結生產主體統一管理，因此考慮參照高爐TRT 發電運行管理模式，將燒結余熱發電機組統一劃歸煉鐵廠運行管理，以提升生產和發電之間的協調力度和溝通渠道，便于統籌運行管理，樹立“一盤棋”運行思路，實現一體化協調管理。

3.2 提高精細化操作水平

影響燒結余熱發電量的因素較多且存在交織，最直接、直觀的參數是燒結煙氣溫度，盡管前期圍繞提升煙氣溫度采取了一些措施并取得一定成效，但更深層次的影響因素（如燒結礦粉配比、石灰摻入量、固體燃料消耗等燒結機內部因素）由于受專業、系統和管理體制等限制，無法進行具體的量化分析和明晰判定并整改；另外，當前循環風機的頻率調整操作，由于沒有一個直觀性參數能反應出是否達到最佳取熱效果，在發電量波動的情況下更增加了調整循環風機至最佳匹配工況的工作難度，一定程度上也制約了發電量的提升。在整體劃歸煉鐵廠后，下一步要求煉鐵廠進一步提高燒結生產的精細化操作水平，為定性定量分析余熱發電量變化提供數據支撐，同時結合燒結工況條件繼續探索循環風機的最佳運行工況，推進標準化操作，實現發電量最大化。

3.3 提高機組發電效率及持續穩定運行

重點針對余熱蒸汽品質達不到設計標準導致發電汽耗高、效率低（主蒸汽設計指標為1.9 MPa，現場實際僅為1.4～1.5 MPa）和受煙氣溫度變化影響（燒結機計劃、非計劃檢修、環保停機、故障停機、臨停檢修、工藝調整等因素均能造成煙氣溫度較大變化），機組的發電量波動現象，下一步在保證蒸汽產量的基礎上要盡力提高蒸汽品質以提高發電效率，同時加強設施設備的巡檢維護，盡量避免非計劃故障停機，為穩定提升余熱發電量奠定基礎。