燒結主抽風機汽電雙拖技術的應用

劉相伯 宋宇

【摘 ?要】近些年來，我國大力推進節能減排工作，政府大力推進綠色能源的使用，因此各種各樣的節能減排技術如雨后春筍般出現，燒結主抽風機汽電雙施技術就是其中一種。本文以燒結主抽風機汽電雙施技術為分析對象，首先介紹了工程背景，接著詳細闡述的設計方案，分別從機爐選型、裝機方案、余熱條件及主要參數進行了介紹，再接著詳細分析的工藝系統和主機設備規范，分別分析了煙風系統、主蒸汽系統、給水系統、循環水系統、凝結水系統等各種不同的系統以及各種各樣不同的規范，最后介紹了節能減排的效應，以便使該技術可以得到廣泛推廣，減少不必要的損耗。

【關鍵詞】節能減排;燒結主抽風機汽電雙拖技術;設備系統

前言

在燒結生產總能耗中，環冷機廢氣帶走的熱量約占總熱量的20%～28%，故回收環冷機廢氣所帶走的熱量已經成為燒結工藝節能的一個重要環節，對企業節能增效，降低成本起重大的作用。燒結余熱利用技術的應用可將燒結環冷機一、二段風箱排出的高溫煙氣作為余熱鍋爐的熱源進行回收，從而提高鋼鐵企業能源利用率，節約了大量的能源，項目的經濟效益十分可觀。

汽電雙拖技術是將燒結余熱產生的廢熱通過余熱鍋爐產生蒸汽，再通過汽輪機轉換為機械能，通過變速離合器與燒結主抽風機聯接，與電動機同軸驅動燒結主抽風機，向燒結工序提供所需的風量和壓力，使驅動燒結主抽風機的電動機降低電流而節能。

汽電雙拖機組是燒結余熱能量回收與電動機聯合驅動燒結主抽風機的新型能量回收機組，具體由燒結余熱汽輪機、變速離合器、燒結主抽風機、同步電動機組成。

汽電雙拖技術是實現穩定拖動設備的一項新節能技術，它將鋼鐵企業燒結余熱回收的能量直接作用的燒結主抽風機軸系上，通過降低電機動電流而達到節能的目的。與以往傳統的燒結余熱發電技術相比較，省去了先由熱能轉為電能，再轉換為機械能之間能源重復損失，大大提高余熱能量回收的效率;同時，汽輪拖動機組將原有的龐大系統簡化合并，取消原發電機組廠房，減少了發電機及其配電系統，合并了自控系統、潤滑油系統、動力油系統等，在實現系統功能的情況下，最大程度的節省了項目投資及運行成本。

1.工程背景及概況

為積極響應國家節能減排和“雙碳”政策，高效利用余熱資源，滿足企業持續發展需要，提高自發電率，減少環境污染，東北特殊鋼集團高爐易地大修項目原料燒結工程配套建設一臺265 m2燒結環冷余熱產蒸汽加發包方外補蒸汽配套蒸汽拖動主抽系統，并為該系統配套建設總圖運輸、管網、電力、自動化、儀表、給排水、計量、通信、土建、熱力等公輔設施的設計、供貨、施工、帶負荷聯動試車等全部工程建設。

2.設計方案

2.1機爐選型

本工程熱力系統的設計遵守“溫度對口、梯級利用”的原則，將環冷機一段和二段高溫段的熱煙氣引入余熱鍋爐，在余熱鍋爐進行熱交換后，生產的高參數過熱蒸汽，作為主蒸汽進入汽輪拖動機主蒸汽入口，低參數過熱蒸汽做為補汽送入汽輪拖動機補汽入口。為提高燒結環冷機的一段和二段熱煙氣溫度，煙氣采用再循環方式，即余熱鍋爐出口煙氣再回到環冷機下部風箱。設置一臺變頻調速控制的再循環風機，余熱鍋爐運行時，再循環風機工作，環冷機1號送風機出口閥門閉合，余熱系統漏風由環冷機2號風機補充。余熱系統停止工作時，再循環風機停止，環冷機1號送風機出口閥門開啟，燒結環冷系統正常工作。

根據環冷機高溫一、二段熱風量，通過計算確定高參數產汽為33/h，低參數產汽為7/h。鍋爐采用雙壓自除氧系統，除氧系統不需要外來熱源，鍋爐系統給水溫度設定在38℃。余熱鍋爐就近布置在環冷機旁，露天布置（帶防雨棚、避雷、和防腐蝕的措施）。

燒結主抽風機功率由電動機及汽輪機輸出功率共同組成，當鍋爐啟機時，電動機輸出功率為主抽風機全部功率，當汽輪機轉數達到3000r/min時，變速離合器自動投入工作，汽輪機輸出功率拖動風機，當鍋爐或汽機事故或需檢修時，變速離合器自動斷開，同步電機正常工作，不影響主抽風機工作。

綜上，本工程擬定環冷機余熱鍋爐鍋爐采用立式、雙流程、雙壓自除氧系統的余熱鍋爐;汽輪機采用補汽凝汽式汽輪機組。

2.2裝機方案

本工程1臺33/7 t/h的燒結環冷機余熱鍋爐，所產蒸汽全部進入汽輪機進行拖動，機組采用補汽凝汽式汽輪機。考慮蒸汽網損后機組最大可帶功率約7500kW。配置變速離合器，汽輪機轉數3000r/min，主抽風機電動機轉數1000r/min，變速離合器速比為3000/1000。全年運行時間按7920h計算。

2.3余熱條件及主要參數

燒結余熱發電所利用的環冷機熱風資源原始設計參數如下：

3.工藝系統

3.1煙風系統

本余熱鍋爐為雙壓自然循環鍋爐，適用于燒結環冷機排氣煙氣的余熱回收。鍋爐采用雙煙道供風系統，煙氣分高低溫兩個通道進入鍋爐，高溫煙氣經部分高壓受熱面換熱后，煙溫降至與低溫煙氣相當，兩股煙氣混合再與其余的受熱面換熱，充分利用煙氣的不同品質，實現煙氣的梯級利用。并且提高過熱蒸汽的溫度;更能充分利用煙氣各能級的熱能，降低排煙溫度，提高煙氣余熱的利用率。

煙道由以下部分組成：環冷機一、二段煙罩出口到余熱鍋爐的入口煙道。余熱鍋爐出口到循環風機入口煙道。循環風機出口煙道至環冷機下部風箱的回風管道。各煙道采用焊接鋼管，根據煙道的所在的部位和工作條件，在外側采用了不同的鋼制加筋結構，以承受鍋爐正常運行時煙氣的內壓和沖擊。內側采用了內撐桿形式，并在煙氣流動方向采用防磨角鋼保護內撐桿磨損，保證煙道不塌陷。

在環冷機上罩出口煙道和鍋爐入口煙道上，為了減少管道熱脹冷縮對設備的影響，接口處設有膨脹節。在管道固定支架之間設有膨脹節，用以吸收鍋爐運行時管道產生的位移量。

3.2主蒸汽系統

余熱鍋爐出來的高參數過熱蒸汽送至汽輪機主進汽口，低參數過熱蒸汽送至汽輪機補汽口。主蒸汽管道采用20號鋼材質的鍋爐用無縫鋼管。

3.3給水系統

來自凝結水泵38℃的凝結水作為鍋爐的給水，鍋爐給水經鍋爐水預熱器進入低參數鍋筒上部的除氧頭，低參數鍋筒同時作為除氧器水箱使用，在低參數鍋筒上部裝有除氧頭，除氧頭與低參數鍋筒直接相連，兼除氧作用。低參數鍋筒內爐水在維持低參數蒸發器正常運行的同時，將低參數給水通過給水泵經高參數省煤器加熱后送至高參數鍋筒。鍋筒內的水經下降管導入蒸發器。然后被加熱為汽水混合物再進入鍋筒，高參數鍋筒上部的蒸汽經過汽水分離裝置后成為干蒸汽，然后被管道導入過熱器被加熱為高參數過熱蒸汽。給水泵采用變頻控制，便于水位調節。

3.4循環水系統

凝汽器、油冷器的冷卻水采用循環水，循環水由冷卻塔冷卻。循環水泵布置在循環水泵站內。循環水經循環水泵進入汽機凝汽器，再由凝汽器出口送至機力通風冷卻塔冷卻。

由于夏季循環水溫過高，油冷器的冷卻水需考慮用補充新水冷卻，設切換閥門和管道。

3.5凝結水系統

汽輪機的排汽經凝汽器冷卻成凝結水后自凝汽器熱井排出，凝汽器熱井引出的凝結水經凝結水泵升壓進入汽封加熱器，加熱器出口分兩路，一路經管網至環冷機余熱鍋爐凝結水加熱器;另一路采用電動調節閥引入凝汽器上部，在啟動、低負荷時用于冷卻蒸汽和主汽門前來的疏水，并保證機組在啟動和低負荷工況下水泵的安全運行。設2臺凝結水泵，一用一備。凝汽器熱井水位與凝結水管道旁路電動調節閥進行聯鎖，保證正常工況下熱井水位。

3.6凝汽器抽真空系統

設置兩臺射水抽氣器和一個射水箱，兩臺射水泵，一運一備。

3.7主抽風機汽電雙拖油系統

三機同軸設備油系統采用組合油箱供油方式，即潤滑油系統、調節油系統，包括各類油泵等均采用組合一體式，同時供風機、電機、變速離合器及汽輪機用油，根據規范要求，潤滑油系統布置于位于廠房固定端的獨立潤滑油站內。

配備1臺移動式濾油機，室內設補充油箱。

3.8磷酸鹽加藥系統

鍋爐設一套磷酸鹽加藥裝置。配置1套一罐三泵式爐水加藥裝置，鍋爐的中低壓汽包具有獨立加藥泵。

3.9取樣系統

余熱鍋爐設一套手動取樣裝置。

3.10排污系統

鍋爐設置排污擴容器1臺，鍋爐的連續排污、定期排污、啟動疏水均排入排污擴容器，擴容后的污水排入地溝。

3.11疏水系統

主抽風機室內的疏水排至地溝。

3.12壓縮空氣系統

本工程所需的壓縮空氣量由燒結廠統一考慮。壓縮空氣供鍋爐等設備檢修及循環水處理間用氣。

3.13廠區管網

余熱鍋爐與主抽風機室的管道，都是通過廠區管網連接的。主要包括主凝結水管道、高、低參數過熱蒸汽管道、壓縮空氣管道、化學水管道等。廠區管道架空敷設。

3.14化學水系統

本工程化學水處理補給水水源擬采用廠區合格除鹽水，由廠區來的除鹽水直接送入中間水箱，然后由除鹽水泵送至鍋爐低壓省煤器入口。

3.2主機設備規范

3.2.1環冷機余熱鍋爐

環冷機一冷段煙氣量：215000 Nm3/h 溫度：400℃

環冷機二冷段煙氣量：215000 Nm3/h 溫度：300℃

鍋爐總漏風：2%

鍋爐出口煙氣溫度：140℃

鍋爐高參數蒸汽量：33t/h

鍋爐高參數蒸汽壓力：1.5MPa

鍋爐高參數蒸汽溫度：340℃

鍋爐低參數蒸汽蒸發量：7t/h

鍋爐低參數蒸汽壓力：0.45MPa

鍋爐低參數蒸汽溫度：200℃

給水溫度：38℃

數量：1臺

3.2.2循環風機

流量：730000 m3/h

風壓：6500 Pa

溫度：140℃

功率：2000kW ?10kV ?IP54

數量：1臺

3.2.3汽輪機

型式：補汽凝汽式工業汽輪機

額定功率：7500 kW

主汽進汽量：33 t/h

主汽壓力：1.3 MPa（a）

進汽溫度：330℃

補汽進汽量：7 t/h

補汽壓力：0.3 MPa（a）

補汽溫度：190℃

排汽壓力：0.007 MPa（a）

轉數：3000 r/min

數量：1臺

3.2.4變速離合器

額定功率：7500 kW

轉數比：3000/1000

數量：1臺

3.2.5電動機（同步）

額定功率：7700kW

轉數比：1000r/min

數量：1臺

3.2.6主抽風機

進氣流量：21500 m3/min

進氣溫度：最高200℃，正常130℃，最低80℃

工作轉速：1000r/min

3.3主廠房布置

汽電雙拖設備布置于燒結主抽風機室，廠房大小為42米X18米，縱向為2個9米跨，橫向為5跨，從左至右分別為1個8米跨，3個9米跨及1個7米跨，依次布置燒結主抽風機、雙出軸電機、變速離合器、汽輪機，根據最新規范要求，在固定端設置封閉潤滑油站，為汽電雙拖系統及主抽風機及電機系統供回油，在一端設有檢修場地，供廠房內設備檢修使用，主抽風機室內設置一臺32/5t吊鉤橋式起重機。

汽電雙拖機組及電機和主抽風機采用同軸布置，其中電機為雙出軸，軸中心標高為5米，離合器中心偏心距為0.71米。主廠房運轉層以上的隔墻應采用耐火極限不低于1.0h的材料砌筑，運轉層以下的隔墻的耐火極限不應低于3h。并在主廠房的端部設大門，可滿足廠房的防火疏散要求。本地區地震烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.15g，所屬的地震分組為第一組，根據發包方提供的初步勘察報告所顯示建筑場地類別為II類，故本工程按抗震設防烈度為7度。

3.4電氣系統

汽拖系統一路10kV電源引自燒結高配，余熱循環風機高壓變頻器一路10kV電源引自燒結高配。

汽拖系統相關電氣設備（高低壓柜、變頻起動系統、控制柜等）均安裝在主電除塵變電所。該變電所距主抽風機室直線距離約20米。

余熱鍋爐系統的高壓變頻、低壓柜安裝在余熱配電室。

主抽風機變頻起動，余熱再循環風機變頻運行。

3.5熱工控制

熱工控制系統控制內容包括燒結環冷機余熱鍋爐、汽電雙拖和水泵站系統等，根據汽拖項目的運行及管理特點，本項目采用DCS控制系統對整個系統進行監視和控制。在燒結主電除塵下方設置汽拖系統控制室和電子設備間，汽拖控制室內用于布置工程師站及操作員站等，所有控制內容通過控制室內操作站實現;電子設備間內布置DCS系統控制柜，汽機調速控制柜等。在余熱鍋爐配電室內設置DCS分站，鍋爐部分檢測信號送至DCS分站內，分站與主站之間采用光纖通訊方式進行連接。

水泵站控制系統與汽拖系統主站之間采用光纖通訊方式進行數據傳輸。

汽電雙拖系統的控制系統與燒結主控制系統之間預留通訊接口，通過通訊方式進行數據傳輸。

4.節能減排效益

本項目建成后，機組年運行小時7920h，按設計工況，汽輪拖動系統年節約電當量可達5940萬千瓦時，年節約標煤量約1.49萬噸，每年減少二氧化碳排放3.91萬噸。

5.結語

汽電雙拖技術將傳統余熱發電改為汽電雙拖拖動燒結主抽風機，通過主抽風機電動機降低電流而節能，簡化了能源的轉化過程，提高了余熱利用效率;在技術上成熟可靠，在倡導可持續發展的今天，汽電雙驅技術切實響應了國家節能降耗的政策，項目投資回收期短，節能效果非常顯著，目前該項目已進入建設收尾階段，該項目的投產運行必將為企業實現能量的綜合利用，為企業發展帶來豐厚的效益。

參考文獻：

[1]楊河清，葉正文. 燒結主抽風機高壓變頻技術的應用[J]. 變頻器世界，2012（01）：90-93.

[2]馬永明，陳旋. 液態軟起動技術在燒結主抽風機中的應用[J]. 金屬世界，2009，000（003）：41-42，53.

[3]劉虎. 燒結主抽風機變頻改造技術應用[J]. 科教導刊：電子版，2013（26）：142-143.

[4]隋曉輝. 高壓變頻技術在燒結主抽風機上的應用[J]. 冶金設備管理與維修，2017，035（006）：49-52.