某燒結余熱發電系統設計

于利偉 蔣 森

（唐鋼國際工程技術有限公司，唐山 063008）

燒結余熱發電是指利用燒結環冷機一段420 ℃、二段300 ℃的熱空氣發電。這部分燒結余熱能量回收系統為鋼鐵企業節能減排模式的全新嘗試，可大大降低投資及運行成本，提高能量回收效率，為冶金行業節能減排思路帶來積極的示范作用。

1 工藝系統介紹

燒結余熱發電系統是回收燒結環冷機內冷卻燒結礦產生的高溫熱空氣的熱能，用鼓風機引入燒結余熱鍋爐產生過熱蒸汽，并將過熱蒸汽送入汽輪發電機組發電為主要目的的系統[1]。它的主要工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

2 余熱鍋爐系統

余熱鍋爐煙氣系統包括進口直段煙道、切換檔板門、循環風機以及出口直段煙道。余熱鍋爐采用雙壓自然循環鍋爐，適用于燒結環冷機排氣煙氣的余熱回收兼顧部分除塵功能，能夠快速適應環冷機熱空氣的工況變化，快速啟停[2]。

燒結環冷雙壓自然循環鍋爐采用雙通道熱空氣進氣系統。熱空氣分高低溫兩個通道進入鍋爐，高溫熱空氣經部分中壓受熱面換熱后，煙溫降至與低溫煙氣相當的溫度，兩股熱空氣混合再與其他的受熱面換熱。該結構利用熱空氣各能級的熱能，降低排氣溫度，提高熱空氣余熱的利用效率。鍋爐自帶除氧器，采用自身產的低溫蒸汽除氧。雙壓自然循環鍋爐采用自然循環蒸發系統。

循環風機采用離心風機。風機葉片表面和風機外邊緣機殼均采用耐磨襯板。循環風機能夠承受鍋爐出口最大煙氣溫度。鍋爐為室外半露天布置，設有擋雨頂棚。鍋爐本體及附屬系統和管道要有防雨、保溫防凍以及防腐的措施。循環風機流量為700 000 Nm3·h-1，風壓為5 500 Pa，電壓為10 kV，功率為3 000 kW。

鍋爐給水系統的補給水經管道送入凝汽器。正常運行時，除氧用加熱蒸汽用余熱鍋爐自產蒸汽。余熱鍋爐省煤器循環動力均靠給水泵。

鍋爐采用加入磷酸鹽除去鍋爐內水垢，加藥位置在鍋爐汽包預留接口。鍋爐選用1套磷酸鹽加藥設施，配套2臺加藥泵、1個溶液筒和1個攪拌器。正常運行時，加藥泵一運一備[3]。

鍋爐排氣管和安全閥排汽管均設消音器，滿足環保對噪聲的要求。

鍋爐汽包設有連排及定排系統。鍋爐的連續排污和定期排污共用一個排污擴容器。鍋爐排污水在擴容器內擴容降壓降溫后排入附近排水管網。

3 汽輪機系統

建設一套25 MW的燒結余熱蒸汽發電機組。環冷機雙壓余熱鍋爐生產的110 t·h-1中壓蒸汽為主汽，20 t·h-1低壓蒸汽為補汽，進入汽輪機發電。

3.1 汽輪機系統及設備

項目選用補汽凝汽式汽輪機系統。汽水系統包含蒸汽系統和凝結水系統。汽輪機采用二道二流程表面式，換熱面積為3 000 m2，循環冷卻水不高于34 ℃。汽輪機設2臺凝結水泵，每臺泵出力為額定工況下的凝結水量加10%的裕量。

3.2 抽真空系統

凝汽器抽真空系統采用射水抽氣器，由射水抽氣器、射水箱以及射水泵汽水管路等組成[4]。射水泵型號為IS150-125-310，2臺一用一備，流量為145 m3·h-1，揚程為0.4 MPa，轉速為1 480 r·min-1。電動機型號為Y200L-4型，功率為38 kW，電壓為380 V。射水箱體積為35 m3。

汽機間跨度為18 m，采用封閉式框排架結構。1臺25 MW凝汽式汽輪發電機組采用順列縱向島式布置，運轉層標高為8 m。汽機間0.0 m底層鄰近B列布置凝結水泵，鄰近A列布置射水箱、射水泵等鋪助設備。底層空位設檢修場地，設32 t起重機，供機組檢修時起吊設備及檢修部件。電氣控制間跨度為18 m，框架結構。一層為高壓配電室，二層為低壓配電室，+8.0 m運轉層設有機爐電集中控制室。

4 水系統

新建燒結及余熱發電循環供水泵站1座。除余熱發電循環水設備外，燒結系統循環水設備和消防加壓設備也放在泵站內。循環供水泵站包括泵房和循環水池。此外，水池上設鋼筋混凝土框架結構冷卻塔，而控制設備在全廠控制中心。

泵站內設備如下：（1）消防供水設備1套，穩壓泵2臺，氣壓罐1個，控制柜1個，主要供燒結區域內高層廠房室內消防用水；（2）燒結循環水供水泵3臺；（3）燒結供水管道自清洗過濾器1臺；（4）余熱發電循環給水泵4臺；（5）旁濾給水泵2臺；（6）旁濾過濾器2套；（7）循環水加藥裝置2套；（8）電動單梁起重機1臺，質量為5 t；（9）潛污泵2臺；（10）冷卻塔1座。

5 供配電

燒結蒸汽發電系統供配電包括發電機并網、廠用電接線、電氣傳動、二次線、繼電保護、直流電、電氣設備布置、電纜敷設、防雷防靜電接地、保護接地、照明及檢修網絡。

6 主要儀表檢測和控制

6.1 余熱鍋爐

余熱鍋爐的主要儀表檢查和控制包括煙氣溫度檢測、省煤氣前后煙氣溫度檢測、循環風機前煙氣溫度與壓強檢測、飽和蒸汽壓強檢測、過熱蒸汽壓強與溫度檢測、給水壓強檢測、省煤器出口壓強檢測、省煤器進水與出水溫度檢測、給水流量檢測、鍋爐出口蒸汽流量檢測、除鹽水壓強與流量檢測及控制。

6.2 汽輪發電機及其輔助系統

汽輪發電機及其輔助系統的主要儀表檢查和控制包括蒸汽系統溫度、壓強、流量檢測，汽機轉速、軸位移、熱膨脹、軸振動、軸瓦溫度以及軸承回油溫度檢測，汽機抽汽系統、汽機凝汽水系統、汽機潤滑油系統的溫度、壓強、液位檢測，汽機保護聯鎖系統檢測，發電機溫度檢測，空冷器循環水溫度檢測，以及汽輪機數字電液控制系統（Digital Electric Hydraulic Control System，DEH）、汽輪機監視系統（Turbine Supervisory Instruments，TSI）、轉速儀表、軸系儀表以及均壓箱調節閥等隨汽機成套檢測[5]。

6.3 燒結及余熱發電循環水泵站

燒結及余熱發電循環水泵站的主要儀表檢查和控制包括消防供水主管壓強、流量檢測，燒結機循環水供水主管溫度、壓強、流量檢測，余熱發電循環水供水主管溫度、壓強、流量檢測，循環水池液位檢測，補水流量檢測（信號取自燒結區），冷卻塔風機油溫與振動檢測，所有涉及廠際結算儀表均配備流量積算儀，具備通信接口上傳公司能源管控接口。

7 電信與火災報警

根據燒結余熱發電建設規模及工藝生產操作對電信的要求，需滿足工廠科學管理、生產調度指揮及業務信息聯絡等要求。

8 車間建筑組成

車間建筑主要包括發電主廠房、發電輔跨、余熱鍋爐系統、水泵間、鍋爐循環風機配電室、汽機電氣室、泵站、循環水池以及冷卻塔等，具體的類型、高度、面積等信息如表1所示。

表1 車間建筑組成的相關信息

9 采用的先進技術

第一，建立合理的能流系統，設置經濟合理的裝機規模，以滿足燒結工藝對低壓蒸汽和熱煙氣的需求。第二，余熱鍋爐煙風系統與原環冷機煙風系統之間通過自動調節閥控制，確保環冷機正常運行。第三，使用鍋爐排氣再利用技術，穩定煙溫和增加熱回收量。第四，采用取風梯級利用技術，提高發電蒸汽參數，提高熱效率，減少汽輪機停機率。第五，收集的粉塵送入燒結成品輸送裝置，防止二次污染。第六，通過燒結-環冷機-余熱電站工況優化控制軟件系統，實現三位一體有機結合，實現環冷機余熱最大限度的利用。

10 結語

系統設計不僅實現了技術裝備的現代化、大型化與高效化，而且從高質量、高性能的產品定位上確保了余熱余能裝置在同等規模鋼鐵企業中處于領先水平，能夠為企業清潔高效的生產保駕護航。余熱發電系統竣工投產后取得了顯著的經濟效益和社會效益，推動了企業自身節能減排，同時推廣了余熱發電技術在國內冶金行業的應用。