鋼鐵廠燒結冷卻機低溫余熱發電技術開發及應用

張文杰

【摘 要】目前，隨著信息水平的不但發展，我國在科技和經濟水平方面都提高了不少。另外，水泥、鋼鐵生產線等低溫余熱技術方面發展較快，許多科研單位都加強了對低溫余熱發電技術的研究力度，同時還進行了純低溫余熱工程的建設，使我國低溫余熱發電技術有了很大的提高。個工程所采用的熱力系統也各不相同，用戶的選擇范圍較廣。然而怎樣才能將低溫余熱發電能力提升上來，從根本上確保鋼鐵廠燒結冷卻機低溫余熱發電的經濟合理性呢？文章主要就此進行研究分析。

【關鍵詞】燒結冷卻機;低溫余熱發電;應用

引言

鋼鐵行業在實際生產過程當中消耗能量最多環節之一就是燒結，所消耗的能源總量僅少于煉鐵工序，在整個生產環節當中所消耗的能量達到了10%。但是在燒結工序當中，總耗能的一半作用都是以冷卻機廢氣以及燒結機煙氣的顯熱形式排入到大氣當中，對生態環境造成了一定程度的污染，另外所散發出來的熱能也浪費了不少。另外利用余熱鍋爐讓煙塵沉降，能夠在一定程度上降低污染物的排放量。所以，利用燒結機余熱發電不但與國家的環保政策相符，還可以提升企業的經濟效益，具有較大的發展空間。

1低溫余熱發電利用的技術路線

1.1低溫余熱利用簡介

通常情況下我們將不超過250℃的熱源通稱之為低溫余熱，然而如果采用汽輪機進行發電的話，所使用的蒸汽參數為1.2MPa，溫度為340℃，即使補汽凝汽式機組的補汽，參數也在0.25MPa，溫度200℃。如果想要將低溫余熱應用到發電過程當中的，其熱源則主要為熱水或者是蒸汽，而我們在綜合考慮了換熱器的面積和效率后，確定其最低溫差不能大于20℃，此時溫度140℃蒸汽對應的飽和壓力0.36MPa（a），無法在常規的汽輪發電機當中進行使用。故如果想要就160℃以下的低溫余熱進行應用的話困難較大。就拿某鋼鐵廠來講，其面積為500平方米，在對燒結干法脫硫工藝進行應用之前的煙氣溫度是163℃，但是該工藝對于煙氣溫度的要求為135℃，工作中，將其設置為雙煙道，每個煙道的煙氣量一般為92.4萬Nmm?/h，所散發出的熱量極大，假如通過換熱設備利用冷卻塔將其向大氣環境當中散發的話，不但需要對除霧方面進行考慮，還會浪費掉大量的能源，進而對環境造成一定的影響。

1.2低溫余熱發電利用方式

在本項目當中對燒結廠的熱平衡進行了充分的考慮，除了發電以外，無法對其進行直接利用。在實際用來發電的過程當中，主要可以通過以下兩種方式來進行：①用溫度不超過140℃、壓力為3.36MPa（a）的的飽和蒸汽來替代煙氣，在發電過程當中可以使用低品位的熱能汽輪機或者是螺桿膨脹機;②用熱水來代替煙氣，在實際發電過程當中采用熱水-制冷劑換熱連接ORC發電系統來進行。

2燒結機余熱發電應用現狀

現階段，我國在燒結冷卻機低溫余熱發電技術應用方面盡管取得了一定的進步，但是和西方發達國家相比還存在著一定的差距。所采用的第一套燒結機余熱發電系統在技術方面應用的是來源于日本的川崎重工，發電機的裝機容量為17.5mw，通過對兩臺300㎡的燒結余熱進行回收，每年的發電量為1.4× 108 kW·h。在200年9月的時候該機組開始并網發電，具有良好的運行效果，對直接排放燒結廢氣所導致的大氣污染問題進行了有效解決，每年降低煤的消耗量大約為幾十萬噸，同時也降低了因為燃煤所導致的大量溫室氣體的排放。在實際運行期間，燒結冷卻機會釋放出大量的低溫熱量，假如利用鋼鐵行業現有的燒結冷卻設備（冷卻風機、冷卻車罩子以及落礦斗）來低溫廢氣進行適當改造，將其氣溫提高到360℃左右的話，此時余熱鍋爐就會產生溫度310～ 330℃、額定壓力為1.25～ 2.50 MPa的過熱蒸汽，從而有效確保燒結機余熱正常發電。在國外已經開始普遍應用純低溫燒結機余熱技術，但是在我國還不夠普及，這主要是因為國產汽輪機參數較低而導致的。近些年來，在科學技術不斷提高的背景下，純低溫余熱技術也有了很大的進步，如今各類低參數的汽輪機技術也逐漸完善化，相信在不遠的將來，將完全實現燒結機余熱發電。

3余熱鍋爐

3.1總體結構

以Q323/360-29.5-1.25/330型復合閃蒸燒結冷卻機余熱鍋爐為例，將其整體結構設計為管箱式的，從下到上的排列順序為省煤器箱、低壓蒸發器箱、蒸發器箱以及過熱器箱，同時還采用了箱體外保溫技術。要想進一步減少散熱所造成的損失，還可以在保溫層的外面設置護板，進而對保溫材料做進一步防護。鍋爐結構為立式，煙氣自上而下通過過熱器、蒸發器和省煤器（低壓鍋爐蒸發器、省煤器）。由于煙氣品位較低，要想使傳熱效果強化可以在受熱面上應用翅片管來。

3.2設計特點

①一臺余熱鍋爐匹配一臺燒結冷卻機，從根本上保證鍋爐運行的安全性，使因為多臺余熱鍋爐運行參數各不相同的情況以及設備出現故障幾率較高的問題得到了有效解決。②將鍋爐結構設置為立式，具有占地面積小的優勢，能夠使煙氣的流動更為均勻。③鍋爐水自然循環，操作起來十分方便，無論是可靠性還是穩定性都很好，減少了在循環泵方面的投資。④由于螺旋鰭片本身具有較高的擴展性，我們將其應用到受熱面當中，將會在一定程度上降低煙氣的阻力，確保良好的傳熱性能，緊湊的鍋爐結構也減少了一定的重量。再者螺旋鰭片管的使用還能夠在一定程度上降低鍋爐煙氣的側阻力，降低系統引風機的電功率，將會節省一大部分的費用。⑤鍋爐受熱面磨損的情況得到了有效緩解。因為在燒結冷卻機的煙氣當中難免會有燒結礦料，其具有較高的硬度且體積較大。要想有效避免摩擦的現象，必須要確保流速設計的合理性，并且還需要對煙氣動力場進行科學組織，確保煙氣流動的均勻性，防止由于煙氣走廊而導致的局部磨損或者傳熱效率提不上來的情況。⑥在鍋爐當中所有部分的受熱面的結構都是管箱式的，鍋爐各部分的重量利用管箱向底部鋼架進行傳遞，底部鋼架由于處于垂直受力的狀態，所以能夠均勻受力。⑦而蒸發受熱面的結構大多為多集箱燈籠管形式的，能夠使管束熱膨脹的情況得以緩解。⑧鍋爐受熱面結構為管箱式，可以有效確保鍋爐的良好密封性。而要想真正的將鍋爐的密封性能提升上來，在焊接時不但要采用全焊接的方式，還必須要對其進行密封保護，從而有效改善鍋爐漏風的現象，使鍋爐效率得到了有效提升。

結束語

在上文當中以Q323/360-29.5-1.25/330型復合閃蒸燒結冷卻機余熱鍋爐為例，對其進行了設計改造，實踐表明該鍋爐在運行一年后，相關機構對其蒸發量和低溫余熱利用率進行了檢測，分別30.663 t/h和為71.34%，和之前的預期目標相符，而其鍋爐煙氣的黑度小于1級，與環保標準相符。燒結冷卻機發電在對低溫余熱進行，不會對原油和原煤進行直接的消耗，屬于清潔型的環保發電項目，非但不會破壞環境，還可以在一定程度上降低低溫余熱直接向大氣當中排放而導致的環境污染。

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（作者單位：蘇州正益誠新能源科技有限公司）