烧结低温烟气余热发电技术应用分析

摘要：随着社会的发展与进步，重视烧结低温烟气余热发电技术具有重要的意义。本文主要介绍烧结低温烟气余热发电技术应用的有关内容。

关键词:烧结; 低温; 余热; 技术; 应用

Abstract: along with the development of social development and progress, and pay attention to the sintering temperature flue gas waste heat power generation technology has the vital significance. This paper mainly introduces the sintering temperature flue gas waste heat power generation technology application related content.

Keywords: sintering; Low temperature; Waste heat; Technology; application

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号

引言

钢铁企业烧结工序的能耗仅次于炼铁工序，一般为钢铁企业总能耗的10％～20％。传统的烧结余热利用方式是在环冷机高温段安装简易余热锅炉生产蒸汽，效率低，回收的废气余热仅占总热量的10％左右。近年来低温烟气余热锅炉技术和低参数补汽凝汽式汽轮发电机组技术不断发展，低温烟气余热回收成为可能。最大限度的利用烧结环冷机排放的低温烟气的热能，降低烧结工序能耗，从而降低生产成本，是烧结余热发电的主要目标。重钢在环保搬迁前烧结厂热平衡测试数据表明，烧结机的热收入中烧结矿显热占28.2%、废气显热占31.8%。可见，烧结厂余热回收的重点为烧结废(烟)气余热和烧结矿(产品)显热回收。烧结余热也是目前我国低温余热资源应用的重点。

重钢在环保搬迁后有容量为360m2的烧结机3套，其可利用余热有两部分：一为占烧结过程总带入热量约45％的烧结矿显热，在冷却机高温段废气温度为350～420℃；二是占总带人热量约24％的烧结烟气显热，在烧机机尾风箱高温段排出的废气温度为300～400℃。除少部分回收作为预热点火、保温炉助燃空气以降低燃料消耗利用外，如果将大多数冷却烧结矿的废气直接排掉，废气中的热量将全部浪费，同时还造成粉尘污染和热污染。

1发电方案简介

为落实科学发展观，贯彻节能减排的可持续发展战略。重钢集团在环保搬迁工程建设中提出了明确要求：采用新工艺、新设备、新材料优化各工序的能源利用、在节能减排的同时降低企业的生产成本。余热利用以烟气余热锅炉蒸汽量定发电量、改善环境、减少对环境污染的原则进行设计。低温余热项目利用重钢新建3套360m2烧结机中环冷机排出温度分别为380℃和250℃的I、Ⅱ段热烟气，通过加热余热锅炉分别产生的压力为2.45MPa、温度：350℃的过热蒸汽及压力为0.5MPa、温度：195℃过热蒸汽经管道分别进入2台12 MW补汽凝汽式汽轮发电机组发电。因为是烟气余热利用项目，蒸汽参数低，电站厂址选择应首先考虑靠近烧结机尾部烟道，汽轮发电房应就近布置。

2机组选型

项目本着烟气量决定锅炉容量，锅炉容量和供热量决定汽轮机和发电机的原则确定三大主机。

2．1锅炉的选型

烧结机出来的380℃和250℃的I、Ⅱ段热烟气进余热锅炉换热制造蒸汽带动汽轮发电机组发电。目前国内烟气余热锅炉有3种系统。

2．1．1单压系统(见图1)

采用单级进汽汽轮机及单压烧结余热锅炉的单压不补汽系统。一般余热锅炉排气温度在170℃，排气用于烘干物料。由于废气余热得不到充分利用，相应影响了发电能力，发电能力低。

2．1．2双压系统(见图2)

采用补汽式汽轮机的双压单级补汽系统，烧结余热锅炉生产两种不同的蒸汽，一为主蒸汽，一为低压补汽。由于设置了低压蒸发段，低压蒸汽压力0．6MPa，低压蒸汽饱和温度158．8℃，再加上设置了低压省煤器，排烟温度能降到148℃左右。发电能力高，但投资较大。

2．1．3 复合闪蒸单级补汽系统(见图3)

采用补汽式汽轮机的复合闪蒸单级补汽系统，烧结余热锅炉生产主蒸汽同时生产高温热水，高温热水再降压蒸发出二次蒸汽，二次蒸汽补入汽轮机。虽然冷却机废气余热被充分利用了，但由于闪蒸器的出水未能转换为电能，有闪蒸汽补进汽轮机，降低了系统的发电能力，所以发电能力和投资在前两种系统之间。

综合考虑了投资和投资回报及运行的经济性后，选用双压系统。锅炉主要布置有过热器、蒸发管束、省煤器等。

2．2汽轮机选型

经计算，3台余热蒸汽锅炉正常工作可产生2．0MPa、350℃蒸汽34.43 t／h和0．5 MPa195℃蒸汽14.29 t／h。因为锅炉为余热利用锅炉，汽机选择必须以锅炉产汽量及产汽方式为基础，结合锅炉运行的连续性和稳定性，蒸汽流量、蒸汽压力和温度的变化范围，机炉联合运行特性，系统运行的安全保证，设备投资的合理性等，本项目汽轮机组选择具有二次进汽功能的补汽凝汽式汽轮机。

2．3发电机的选型

目前，发电机的冷却方式有3种，即空冷式、水冷式和氢冷式。小型发电机(30 MW以下)一般采用冷却介质为空气的发电机，系统简单，附属设备较少，运行简便，检修量极少，技术上成熟，安全性高，在小型发电机中得到广泛的应用。本项目采用空冷式发电机。

3技术分析

3．1工艺流程特点

工艺流程为：给水经给水泵进入余热锅炉，经废气加热后，一部分变为过热蒸汽，进入汽轮机作功发电。另一部分经余热锅炉低温段加热后，产生低压饱和蒸汽，这部分蒸汽进入汽轮机相应低压进汽口作功发电。蒸汽做工后的冷凝水加压后进入锅炉低压省煤器加热到约110℃，进人大气式除氧器蒸发除氧后由给水泵供给锅炉，实现一个完整的热力循环。在这一工艺流程中由于引入双压系统，使烧结机排烟温度大大降低，且循环利用，大大提高了余热利用率，发电能力最高。同时由于增加了双压系统，可通过调节系统循环烟气量，确保烧结锅炉蒸汽产量、质量稳定，对回收烟气的温度、烟气流量等进行多因素动态控制，消除烧结生产不稳定带来的烧结锅炉产汽的影响及波动，较大范围地适应烧结机废气参数的大幅波动，提高系统运行的可靠性及稳定性。如下为钢铁行业烧结低温余热电站系统流程图：

3.2烧结低温余热发电节能减排效果显著

烧结余热发电是将烧结环冷机的高中温段排放的烟气热能通过余热锅炉转化为一定温度和压力的蒸汽，通过汽轮机做功带动发电机发电的一个能量转化过程。

该系统的主要设备包括余热锅炉、汽轮机、发电机等。其工艺特点是：经锅炉给水泵送来的主冷凝水通过省煤器后分为两路，一路作为余热锅炉汽包给水，另一路经过热力外网进入闪蒸器。闪蒸器闪蒸出的饱和蒸汽直接进入汽轮机低压级做功，而闪蒸器的出水又重新经锅炉给水泵送至余热锅炉省煤器形成一个水路循环。余热锅炉省煤器段的工质流量比锅炉后段增大数倍，冷热流体热容量相当大，这样便可防止出现局部温差过大的情况，影响传热效果，从而保证了烟气余热的充分利用，出炉烟气温度可降至165℃左右。

国内一些烧结厂已经上马了低温烟气余热发电技术，并取得较好的应用效果。为了充分回收烧结低温烟气余热资源，钢铁企业的烧结余热发电系统可采用如下布置方式：余热锅炉到烧结环冷机之间的烟气可采用再循环方式；余热锅炉布置在环冷机旁，且采用立式自然循环锅炉，烟气自上而下通过锅炉；为增大换热面积，强化换热效果，余热锅炉受热面使用螺旋翅片管等。

在国内钢铁企业中的应用实践表明，低温烟气回收发电系统可以在不影响烧结机生产的前提下，最大限度地利用通常很难利用的低温余热，给困扰钢铁行业的烧结低温余热利用难题提出一个有效的解决途径。

据有关企业统计，企业的烧结余热发电系统按年供电量206×106千瓦时来计算，每年可节约80340吨标准煤，减排CO2177440.6吨、SO216483.6吨、NOx1095.7吨、灰尘6787.3吨。由此可见，烧结低温余热发电的经济效益和环保效益明显。

3．3经济效益分析

本项目建成后，年外供电13,566万kWh，电价按0．55元／kWh，经测算供电利润0．383元／kWh，每年供电利润总额5182万元。采用《节能技术改造项目节能量确定原则和方法》中推荐的折标系数，根据全国电力工业统计年报，2010年全国平均供电标煤耗为311 g／kWh。节能量一年供电量×全国平均供电标煤耗，节能量为：Bj=13566 X 311=4．22万t(即综合利用后年可节约标煤量约4．22万t)，节能效益明显。

结束语

总而言之，烧结低温烟气余热发电技术具有重要的意义，综合来看其双压系统，不仅系统热能利用率高，发电量大，而且全部设备可实现国产化，每千瓦投资也较为经济。并且，采取烟气再循环技术，不但能提高余热锅炉主蒸汽参数，且锅炉无废气排放大气，无大气污染，投资回报较好，社会效益显著。因此，烧结冷却机低温余热发电技术必将在我国钢铁工业的节能降耗方面作出突出的贡献，同时带动整个行业乃至相关联行业的技术创新水平上一个新台阶。

参考文献

【1】烧结设计手册【M】．冶金工业出版社．

【2】郑体宽主编．热力发电厂fM】．水利电力出版社．

【3】林宗虎主编．锅炉手册【M】．机械工业出版社．

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。