烧结机废气余热利用冀留庆　林学良(中钢集团工程设计研究院有限公司　北京100080) 摘　要　烧结机及烧结矿冷却机的废气温度在400℃以下,为了回收低温废气的余热,开发了纯低温余热锅炉。

概述了锅炉及汽轮发电机组的设计和运行情况,并展望了应用前景。

讨论的余热锅炉为发电用锅炉,用于回收烧结机和烧结矿冷却机排放的低温余热,机组安装于360m 2烧结机。

关键词　烧结机　烧结冷却机　余热锅炉　汽轮发电机组W aste G as R ecovery of Sintering MachineJ I Liu -qing LIN Xue -liang(Sinosteel Engineering Design &Research Institute Co.,Ltd.　Beijing 100080)Abstract The tem perature of waste gas of sintering machine and sintering cooling machine is below 400℃.S ingle low -tem perature waste heat boiler is designed to recover the heat of low -tem perature waste gas.This paper describes the design and running situation of the boiler and turbogenerator set and prospects its application.The boiler mentioned is a power generation boiler.It is used to recover low -tem perature waste heat em itted by sintering machine and sintering cooling machine and installed in a 360m 2sintering machine.K eyw ords sintering machine sintering cooling machine waste heat boiler turbogenerator set0　前言在钢铁生产过程中,烧结工序的能耗约占总能耗的10%,仅次于炼铁工序。

在烧结工序总能耗中,有近50%的热能以烧结机烟气和冷却机废气的显热形式排入大气,既浪费了热能又污染了环境。

烧结废气不仅数量大,而且可供回收的热量也大,但由于废气温度均低于400℃,所以如何回收其中的低温余热,进一步降低烧结生产能耗是我国烧结矿生产企业面临的节能技术课题。

在日本低温余热回收已应用得相当广泛,这种技术是利用烧结环冷机余热锅炉来产生低压过热蒸汽供汽轮机组发电。

2005年9月,由日本川崎重工提供的一套先进而成熟可靠的低温余热发电成套设备在马钢炼铁厂投产发电。

该套设备配2台容量为37.4t/h 废气锅炉(每台300m 2烧结机配备1台废气锅炉),装机容量为17.5MW 凝汽式汽轮发电机组。

设计年发电量为1.4×108kW ・h 。

经4年运行实绩证明,该系统安全可靠,能为烧结生产带来显著的经济效益和环境效益。

该技术近几年已经在我国烧结行业开始普及推广。

对于关键设备余热锅炉的制造难点是如何应对烟气的低品位和高灰分问题,经过国内技术人员共同努力已经解决。

方法是采用低成本的扩展受热面,即采用螺旋鳍片管来提高换热效率,采用机械振打清灰技术解决高灰分问题。

1　工艺简介烧结环冷机余热锅炉是抽出环冷机第1段(300-400℃)和第2段(250-300℃)的冷却热废气,废气进入余热锅炉经热交换后,余热锅炉出口排烟温度降至165℃。

为了充分回收利用热能,将余热锅炉排出的165℃废气通过循环风机再送回烧结环冷机鼓风口,从而实现余热锅炉到烧结机之间的烟气再循环方式。

烧结机余热锅炉是抽出烧结机高温段烟气,该段排出的300-330℃的烟气进入余热锅炉经热交换后余热锅炉出口排烟温度降至165℃。

通过循环风机再送回烧结机低温段经烧结除尘器和主风机排向大气。

产生的蒸汽与烧结环冷机余热锅炉产生的蒸汽混合进入汽轮发电机做功发电。

对于烧结余热利用可采用烧结环冷机余热锅炉和烧结机余热锅炉形式,也可以将环冷机高温段废气和烧结机高温段烟气混合后进入一个共同的余热锅炉进行热交换,但是带来的问题是余热锅炉出口排烟分配平衡调整不易。

所以笔者认为2个余热锅炉较适宜。

2　锅炉规范及结构简述对于360m 2烧结机配套的锅炉规范如下:环冷机锅炉设计参数:型号QC720/350-45-1.25/300;第1段:废气流量360000m 3/h ,进口温度300-400℃,第2段:废气流量360000m 3/h ,进口温度250-300℃,出口温度165-180℃,废气含尘量1g/m 3,漏风率≤2%,锅炉总废气阻力≤500Pa ,蒸汽出口压力1.25MPa ,蒸汽出口温度300℃,蒸发量45t/h 。

烧结机锅炉设计参数:型号QC350/300-25-1.25/250;废气流量350000m 3/h ;进口温度300-330℃;出口温度165-180℃;废气含尘量2g/m 3;漏风率≤2%;锅炉总废气阻力≤500Pa ;蒸汽出口压力1.25MPa ;蒸汽出口温度250℃;蒸发量25t/h 。

锅炉的总体方案是经充分调研并进行多方案比较而确定的。

余热锅炉采用自然循环的立式结构,立式结构布置节约了占地面积,也方便了废气管道的布置;自然循环省掉・61・ 工业安全与环保 Industrial Safety and Environmental Protection 2009年第35卷第12期December 2009了强制循环热水泵,降低了运行成本,提高了系统可靠性。

烟气自上而下分别冲刷过热器、蒸发器、省煤器,气流方向与粉尘沉降方向一致。

余热锅炉采用单压系统,为1.25MPa,省煤器出水供给余热锅炉蒸发器,余热锅炉每段受热面为管箱式结构可整体出厂,其受热面采用鳍片管。

余热锅炉的密封设计采用可靠的密封结构,尽可能减少漏风,减少热损失。

冷却机余热锅炉,由于冷却机废气中粉尘粘附性不强,所以不设置清灰装置。

同时换热管采用螺旋翅片管,大大增加了换热面积,使得锅炉体积大幅下降,降低了投资成本。

在烧结机余热锅炉前端设置了高效沉降室,大大减轻了废气对余热锅炉的磨损,烧结机余热锅炉设计有机械振打,每级受热面上均设置机械振打除灰装置。

整个锅炉的振打形式为连续式,清灰较为均匀,同时设计有合理的灰斗,避免了因清灰原因造成废气中含尘浓度突然增大而引起风机跳停,影响生产。

3　余热发电热力系统配置为配套2台余热锅炉,采用1套凝汽式汽轮发电机组,装机容量为12MW,设计发电能力为11800kW・h。

汽轮机为凝汽式汽轮机,设计能力12MW。

整个余热发电系统采用先进的DCS集散控制系统,系统的操作简便可靠,并设有完善的显示、记录、报警和保护程序,使整个发电工艺系统能够稳定运行。

2台余热锅炉的废气侧都设计有旁路系统,当余热锅炉停用时烧结生产系统可正常运行。

根据热力系统蒸气温度和压力较低的情况,采用了最新的真空除氧方式,系统运行成本较低。

4　余热发电系统设计压力、热力系统的比较目前低温余热锅炉代表性的设计压力有2.05MPa,1.25 MPa,0.8MPa3种,以1.25MPa最为普遍。

不同设计压力的余热锅炉,在结构上并没有显著的差异,但由于窄点高低不一,在蒸汽段省煤器的布置上有所不同:2.05MPa锅炉布置较多省煤器;1.25MPa锅炉布置较少或不布置省煤器;0.8 MPa锅炉基本不布置省煤器。

不同设计压力的余热锅炉每蒸吨钢耗率有差别,压力高则钢耗也略高。

对于进出口烟气条件相同的余热锅炉,配置不同的设计压力,主蒸汽焓值相差不大。

但压力越高,从热力学角度看,做功效率会有所提高,如果要确定合理的蒸汽压力参数,还需考虑到系统配置、投资成本等方面。

余热发电有单压、闪蒸、双压3种方式;单压系统指余热锅炉产生一个参数的蒸汽进入汽轮机;闪蒸系统指锅炉产生一定压力的主蒸汽和热水,主蒸汽进入汽轮机高压进汽口,热水经过闪蒸,生产低压的饱和蒸汽,补入补汽式汽轮机的低压进汽口;双压系统指余热锅炉生产较高压力和较低压力的蒸汽,分别进入汽轮机的高、低压进汽口。

能够采用单压系统将余热资源充分利用的话,就采用单压系统;如果不能将余热资源充分利用,则采用双压系统;需要采用双压系统时,双压锅炉比闪蒸系统更有效率;采用双压系统时,汽轮机补汽系统设计是关键。

锅炉吸热量的高低,取决于锅炉排烟温度的高低、锅炉散热量、锅炉漏风量。

吸热量:双压系统高于闪蒸系统,闪蒸系统高于单压系统。

发电量:双压系统高于闪蒸系统,闪蒸系统高于单压系统。

5　纯低温余热电站的主要技术经济指标纯低温余热电站的主要技术经济指标见表1。

表1　纯低温余热电站的主要技术经济指标名称技术和装备主机设备烧结机余热锅炉1套(立式,自然循环)QC350/300-25-1.25/250环冷机余热锅炉1套(立式,自然循环)QC760/350-45-1.25/300汽轮机凝汽式汽轮机1套N12发电机空冷式发电机1套12MW水处理设备1套循环冷却设备1套DCS控制设备1套自用电率/%<9年运行时间/h79206　结论完全利用烧结生产中产生的废气余热作为热源的纯低温余热发电工程,整个热力系统不燃烧任何一次能源,在回收大量对空排放造成环境热污染的废气余热的同时,所建余热发电工程不对环境造成任何污染,这对于减少C O2的排放量、减少温室效应、保护生态环境起着积极的作用。

根据目前我国烧结的工艺流程和废气参数,利用纯低温余热发电的技术,采用国产的装备,具有吨矿23kW・h的发电能力。

按照我国目前市场购电价0.50元/(kW・h)估算,扣除余热电站供电成本约0.15元/(kW・h),吨矿成本可下降约8元。

由此可见,纯低温余热发电工程的实施,可有效降低企业的烧结矿生产成本,提高企业的市场竞争力,为企业产生良好的效益。

烧结纯低温余热发电项目由于能将废气中的热能转化为电能,有效减少烧结矿生产过程中的能源消耗,具有显著的节能效果。

同时,废气通过余热锅炉降低了排放的温度,减轻了烧结矿生产对环境的热污染,具有显著的环保效果。

因此,这种具有良好的经济效益和社会效益的项目,必将具有很好的推广价值和应用前景。

参考文献[1]王政民.烟气直接入炉循环的节能作用.冶金能源,1999(3):24-28.[2]曹家枞,张鸿祥,沈皓.钢铁厂余热利用的一种有效方法.冶金动力,1997(1):1-4.[3]马钢烧结余热发电并网成功.电力需求侧管理,2005(6):12.[4]陆萍.烧结低温烟气余热发电技术应用分析.现代冶金,2009(1).(收稿日期:2009-07-16)・71・。