唐钢、承钢烧结余热发电工艺特点及对比分析

＊郑成博

（河钢集团唐钢公司能源科技分公司 河北 063000）

唐钢、承钢烧结余热发电工艺特点及对比分析

＊郑成博

（河钢集团唐钢公司能源科技分公司 河北 063000）

通过介绍烧结余热发电的热源要求，技术特点和相关参数，选取了有代表性的两个钢铁冶金企业唐钢和承钢作为实例，分析了唐钢闪蒸式烧结余热发电，唐钢双压式烧结余热发电，承钢无补燃装置烧结热发电和带补燃装置的烧结余热发电的四种工艺模式特点，针对两企业均选用360m2烧结机作为余热锅炉的热源供应，根据每种工艺模式配备的余热锅炉结构情况进行了详细的数据统计分析和计算对比。

烧结余热发电；闪蒸；双压；补燃

唐钢、承钢的烧结工序均选用360m2烧结机配套相应的环冷风机，烧结余热锅炉基本都是在烧结冷却机的高温段和中温段获取热源，混合烟温在300-350℃范围之内，每台环冷风机的可用风量为45-50万m3/h，经过余热锅炉热交换后排放出来的烟温大约为120～150℃左右，其中附带一定比例的矿物粉尘，所以定期要对余热锅炉的循环风机进行清理。

1.唐钢闪蒸式烧结余热发电

(1)唐钢闪蒸式烧结余热发电的工艺特点及相关技术参数选定

烟气温度与进入蒸发器饱和水的温度差值，通常是整个余热锅炉中烟气侧与工质侧温度差的最小点，我们称之为窄点温度。窄点温差的合理选择是设计余热锅炉的重要因素之一。鉴于此，唐钢闪蒸式烧结余热发电的窄点温差选用了不同的数值进行优化设计，结合国内其他冶金企业的生产实际，最终选定9.7℃最为唐钢闪蒸式烧结余热发电的窄点温度。

省煤器出口的水温与相应压力下饱和水温之间的差值我们成为接近点温差，这也是锅炉设计的一个重要因素，为了避免余热锅炉省煤器内的除盐水发生汽化现象，要求在最初设计时余热锅炉省煤器的出口水温就要略低于相应压力之下的饱和水温。对于闪蒸式烧结余热发电的接近点温度考虑到避免省煤器出现沸腾现象，影响省煤器的使用寿命，接近点温度不能选取过小，同时接近点温度不合适也会造成部分热水从省煤器进入过热器，出现管振或者闪蒸汽量不足的问题。综合各方面因素，选取接近点温差为4.6℃。

唐钢闪蒸式烧结余热发工艺模式采用单炉对单机的形式，一台烧结机配备了一台余热锅炉，选用一台带有补汽的12MW汽轮机拖动一台15MW的发电机。余热锅炉产生2.12MPa主蒸汽进入汽轮机的中压缸部分，0.31MPa 的低压补气由闪蒸器产生在汽轮机低压缸部分补入，与汽轮机内部降能后的中压蒸汽混合在低压缸继续做功，这样的系统设计能够充分利用低品位热能，提高了汽轮机的发电效率。做功后的混合蒸汽经凝汽器冷却成水，再经除氧器后由给水泵返回余热锅炉。汽轮机为补汽凝汽式汽轮机，设计应能满足滑压参数运行要求（稳定运行的进汽参数范围为：0.8MPa～2.0MPa，蒸汽过热度不小于25℃），并能够快速启动。汽轮机采用数字电控调速系统。整个工艺流程系统如图1所示。

图1 唐钢闪蒸式烧结余热发电系统图

(1)唐钢闪蒸式烧结余热发电机组的相关技术参数汇总

唐钢闪蒸式烧结余热发电配备一台余热锅炉和一台汽轮机，主蒸汽温度一般比烧结机混合烟气温度低20℃-30℃之间，从余热锅炉主蒸汽管道出来的蒸汽当运送到汽轮机做工时大约有3℃-5℃降温，通过汽轮机调节阀的工作选择适合汽轮机组的进汽温度及相应的进汽压力，一般情况下汽轮机主蒸汽进口压力比锅炉产生的蒸汽压力低5%～10%左右，相关技术参数汇总如表1。

表1 唐钢闪蒸式烧结余热发电汽轮 机运转参数

2.唐钢双压式烧结余热发电

(1)唐钢双压式烧结余热发电的工艺特点及相关技术参数选定

由上文论述的余热锅炉窄点温度和接近点温差含义可知，如果选取的窄点温度过小，余热锅炉的整体建设成本和单位回收费用都很高。所以在项目建设初期从成本角度考虑，余热锅炉的窄点温度选取较大的数值，但是若从锅炉本身的热效应出发窄点温度应该选取较小值。综合考虑各方面因素，唐钢双压式烧结余热锅炉中压蒸发器和烟气侧的窄点温差选取15℃。当余热锅炉的中压窄点温度确定后，相应减小接近点温差就可以相应增加锅炉的换热面，降低锅炉的投资总成本。不过这个数值选取的过小也容易对省煤器造成设备损伤，所以综合各方面因素考虑选取接近点温差为10℃。该系统中的低压工作系统与中压工作系统的选取原则一样。

唐钢双压式烧结余热发电工艺有四台余热锅炉，对应一台汽轮机组，分别产生中压和低压两种蒸汽。中压蒸汽作为汽轮机的主蒸汽推动汽轮机做功，低压蒸汽作为汽轮机补汽进入汽轮机做功。余热锅炉产生中压蒸汽后，进入锅炉的烟气随着热交换而温度降低，品位下降。较低品位烟气会继续进行热交换产生低压蒸汽从而提高汽轮机的做功功率，提升余热发电的系统产量。唐钢双压式烧结余热发电系统图如图2所示。

图2 唐钢双压式烧结余热发电系统图

(2)唐钢双压式烧结余热发电机组的相关技术参数汇总

唐钢双压式烧结余热发电采用的是四炉对单机的工艺模式，有四台烧结机对应四台锅炉产生饱和蒸汽推动汽轮机做功，主蒸汽温度一般比烧结机混合烟气温度低20℃-30℃之间，从余热锅炉主蒸汽管道出来的蒸汽当运送到汽轮机做功时大约有3℃-5℃降温，通过汽轮机调节阀的工作选择适合汽轮机组的进汽温度及相应的进汽压力，一般情况下汽轮机主蒸汽进口压力比锅炉产生的蒸汽压力低5%～10%左右，要确保汽轮机的主蒸汽压力和补汽压力相匹配，相关技术参数汇总如表2所示。

表2 唐钢双压式烧结余热发电汽轮机运转参数

3.承钢无补燃装置烧结余热发电

(1)承钢无补燃装置烧结余热发电的工艺特点及相关技术参数选定

承钢无补燃装置的烧结余热发电工艺与唐钢闪蒸式烧结发电工艺流程大体相同，也是配备了一台锅炉和一台汽轮机，只是没有闪蒸器补汽做功，主要依靠烧结机的高温段和中温段烟温作为余热锅炉的热源。综合考虑各方面因素，承钢无补燃装置的烧结余热窄点温度选取12℃，选取接近点温差为10℃。其工艺流程大致为给水泵将水送至锅炉省煤器，经过汽包之后进入蒸发器加热至饱和返回汽包，经汽水分离之后进入过热器加热提高蒸汽运行参数经主蒸汽管道送至汽轮机做功发电。汽轮机的排气模式也采用凝汽器模式，与唐钢烧结余热发电工艺流程相同。承钢无补燃装置式烧结余热发电系统图如图3所示。

图3 承钢无补燃装置式烧结余热发电系统图

(2)承钢无补燃装置式烧结余热发电机组相关技术参数汇总

承钢无补燃装置式烧结余热发电采用单炉对单机的工艺模式，受当地地势的自然客观条件限制只有一台烧结机作为余热锅炉的热源，主蒸汽温度一般比烧结机混合烟气温度低20℃-35℃之间，从余热锅炉主蒸汽管道出来的蒸汽当运送到汽轮机做工时大约有5℃-10℃降温，通过汽轮机调节阀的工作选择适合汽轮机组的进汽温度及相应的进汽压力，一般情况下汽轮机主蒸汽进口压力比锅炉产生的蒸汽压力低5%～10%左右，相关技术参数汇总如表3所示。

表3 承钢无补燃式烧结余热发电汽轮机运转参数

4.承钢带补燃装置烧结余热发电

(1)承钢带补燃装置烧结余热发电的工艺特点及相关技术参数选定

承钢带补燃装置的烧结余热发电工艺有配备2台烧结机对应2台余热发电锅炉，汽轮机组为一台30MW的汽轮机组。综合考虑各方面因素，承钢带补燃装置的烧结余热窄点温度选取12℃，选取接近点温差为10℃。由于高炉生产过程中管道的剩余的煤气量较多所以在余热锅炉的进口加装了补燃装置，这样的工艺模式也是相对于无补燃装置的余热锅炉而言。在生产中主要热源还是依靠烧结冷却机产生，加装补燃装置只是为了进一步提高余热锅炉的蒸汽量和蒸汽压力，除此之外，在遇到生产特殊情况时可以利用补燃装置对余热锅炉过进行加热。补燃装置的燃料都来自高炉管道中的剩余煤气，在锅炉的进口处设置燃烧室，不利用外界燃料，同时在锅炉进口加装补燃风机为补燃装置提供空气。这样的设备装置不但对能源进行了有效地利用，保护了环境，也可以在有生产事故时维持锅炉的稳定运行，缺点就是前期投资成本较高，后期维护相对繁琐。不过承钢选用的内补燃装置设计相对而言系统结构简单，后期维护也相对方便。在富裕煤气较多的冶金企业中可以优先考虑这样的工艺模式。承钢带补燃装置式烧结余热发电系统图如图4所示。

图4 承钢带补燃装置式烧结余热发电系统图

(2)承钢带补燃装置烧结余热发电机组的相关技术参数汇总

承钢带补燃装置式烧结余热发电采用双炉对单机的工艺模式，有两台台烧结机作为余热锅炉的热源，同时加装了补燃装置。主蒸汽温度一般比烧结机混合烟气温度低20℃-35℃之间，从余热锅炉主蒸汽管道出来的蒸汽当运送到汽轮机做工时大约有5℃-10℃降温，通过汽轮机调节阀的工作选择适合汽轮机组的进汽温度及相应的进汽压力，一般情况下汽轮机主蒸汽进口压力比锅炉产生的蒸汽压力低5%～10%左右，相关技术参数汇总如表4所示。

项目单位运转参数额定转速r/min 3000额定气消耗率kg/KW·h 9.25排气压力MPa 0.083额定功率MW 30

表4 承钢带补燃式烧结余热发电汽轮机运转参数

5.唐钢与承钢烧结余热发电四种工艺模式对比

在钢铁冶金企业的烧结余热发电作业中，唐钢所采用的闪蒸式和双压式烧结余热发电，承钢所采用的无补燃装置和带补燃装置的烧结余热发电模式都普遍被应用，四种余热发电工艺模式有所不同，系统的热力特性也给有千秋。四种工艺模式热力特性对比汇总如表5所示。

表5 唐钢与承钢四种烧结余热发电工艺模式热力特性对比

由上面的汇总表可以看出，在四种烧结余热发电的工艺模式中，唐钢双压式烧结余热发电的热力特性最优，由于唐钢双压式烧结余热发电机组有四台烧结机对应四台锅炉为汽轮机提供饱和蒸汽，其蒸汽量是唐钢闪蒸工艺模式的3倍左右，并且相应的排烟温度也得到有效控制，大部分热源都进行了热交换，热源在得到了充分利用的同时也减小了对大气的环境污染。承钢的无补燃装置和带补燃装置烧结余热发电工艺模式由于带补燃装置配备了两台烧结机对应两台锅炉为汽轮机提供饱和蒸汽，其蒸汽量是不带补燃装置的2.5倍，加上补燃装置的配合使用工作效率也较高。

[1]毕德贵,张忠孝,蔡海军等．烧结余热发电系统的分析[J]．上海理工大学学报,2012,05:494-498+510．

[2]黄小刚．烧结余热发电项目合同能源管理模式的风险分析[J]．烧结球团,2013,01:54-55+59．

[3]齐彩虎．宁波钢铁公司余热发电项目经济效益评估研究[D]．保定:华北电力大学,2012,19-25．

[4]赵斌．烧结余热能高效发电研究[D]．保定:华北电力大学,2012, 31-32．

[5]魏婷．烧结余热发电的热经济性分析[D]．北京:华北电力大学（北京）,2010,44-46．

(责任编辑 王跃梅)

Analysis of the Features and Comparison of the Power Generation Technology by Sintering Waste Heat Between Tangshan Iron Steel and Chengde Iron Steel

Zheng Chengbo
（Energy Science and Technology Branch Company, Tangshan Iron Steel Company, Hebei Iron Steel Group, Tangshan, 063000, Hebei）

Through introducing the heat source requirement, technical features and relevant parameters of the power generation by sintering waste heat, it has selected two representative iron and steel metallurgical enterprises--Tangshan Iron Steel and Chengde Iron Steel as the examples and analyzed the features of four technical modes, like, fl ashing power generation by sintering waste heat and dual-pressure power generation by sintering waste heat of Tangshan Iron Steel Company, power generation by sintering waste heat by non-afterburning device and afterburning device of Chengde Iron Steel Company. In terms of the adoption of 360m2 sintering machine by the two enterprises as the heat sources supply for waste heat boiler and the waste heat boiler structure condition for each technical mode, it has taken detail data statistics analysis and calculation comparison.

power generation by sintering waste heat, fl ashing, dual pressure, afterburning

T

A

郑成博（1981～），男，硕士，工程师，河钢集团唐钢公司能源科技分公司技术员；主要研究方向：工业节能。