提高烧结余热发电量的技术创新与工艺优化

李忠

摘要：通过拆除原有环冷机旧有废气排空装置和采暖换热系统，并加装环冷机废气回收及优选了矿料小车与回收烟罩间的密封材料对小车密封系统改造，同时对原系统热矿与冷风直接交换热量为废烟气加热锅炉后循环进入环冷机冷却矿料的工艺进行改造，将环冷机部分废热烟气通过余热锅炉回收换热而产生的过热蒸汽，用于驱动汽轮发电机组发电。

关键词：环冷机；废烟气；加热锅炉；余热回收；发电机组

1 概述

烧结环冷机的余热回收利用可充分利用低温废气、净化环境，可降低钢铁企业烧结工序能耗，增加企業的效益。宣钢的1#、2#烧结环冷机生产线，每天向大气排放120～400℃左右的“低温废气”，废气中还含有一定数量的矿物粉尘，烧结环冷机余热的回收势在必行。

2 技术工作内容

2.1 总体思路

宣钢的1#、2#360m2烧结环冷机生产线，每台烧结机各配套1 台450 m2 环冷机，环冷机处理量约为730～890t/h。做为余热回收利用项目，要以烧结生产为主，在不影响烧结工艺的前提下，最大可能地将现有两台450m2 烧结环冷机Ⅰ段、Ⅱ段高温烟气，通过配置双温双压余热锅炉和低温补汽凝汽式汽轮发电机组，将环冷机部分废热烟气余热回收、换热产生过热蒸汽驱动汽轮发电机组发电，小部分用于生产或采暖用汽。运行方式与宣钢360m2 烧结生产线的运行调度紧密联系，密切配合。该工程本着“节约能源，保护环境”的原则，即能获得明显的经济效益，又能大幅降低粉尘排放量，是一项一举两得的资源综合利用项目。

2.2 技术方案

宣钢烧结余热发电项目利用现有的两台450m2 烧结环冷机Ⅰ段、Ⅱ段高温烟气，在环冷机附近配置2 台65t/h 双温双压余热锅炉和1 套24MW低温补汽凝汽式汽轮发电机组，同时配套建设循环冷却水系统、锅炉补给水处理系统、锅炉岛至汽机岛的综合管线、循环水系统至汽机岛的综合管线等。

通过分析实测到的环冷机烟气温度，在锅炉的设备选型上进行了技术方案比选，最终确定选用双压余热锅炉。提出并组织实施了对原有烧结环冷机的改造，拆除原采暖用的换热装置，增设高温烟气的回收装置。利用450m2 环冷机Ⅰ段、Ⅱ段的高温烟气，各配置1 套双温双压余热锅炉。环冷机烟气的利用方案采用烟气循环系统。

2.2.1工艺及设备选择

如何选择合理的余热利用工艺和设备，最大限度地回收利用烟气能量，是本项目的关键。本项目采用环冷机废烟气余热回收供汽，余热锅炉尾气返送进环冷机循环利用，余热利用烟气系统配置100%旁路。

烧结环冷余热发电是回收利用环冷机Ⅰ段、Ⅱ段高温烟气的，两段烟气量相同，但温度不同，如果两段烟气混合后进入锅炉换熱利用，会更加降低能源品质，造成能源损失。根据烟气参数计算、优化选用双压余热锅炉型号为：QC49（16）1.96（0.49）/375（230）。

锅炉低压蒸汽部分供给采暖和生产用汽，冬、夏季用量不同，汽轮机配置可滑参数运行的双压补汽凝汽式汽轮机，补汽全部关闭不影响运行，能够完美配合双压余热锅炉，工作稳定，发电效率高。根据锅炉产汽量选用补汽凝汽式汽轮发电机型号为：BN251.96/0.5//QF252

2.2.2 设备结构优化，提高机组效率，简化安装程序

通常锅炉需配备专用的除氧器，利用低压蒸汽加热使氧气从水中分离出来，以避免对热力设备（省煤器、过热器、热力管道、锅炉本体内部表面等）的腐蚀破坏，影响设备寿命。锅炉受热面采用管箱结构，螺旋鳍片管错列布置，受热面管子及集箱均布置在管箱内，集箱管接头引出至管箱外，易于现场焊接。

锅炉尾气返送进环冷机，提高了锅炉的进口烟温；汽轮机为补汽凝汽式汽轮机，提高汽轮机的出力。汽轮机设计能满足滑参数运行要求，适用参数范围宽，可以很好地与烧结机生产过程中工况变化大、烟气量不稳定的实际情况相适应。 补汽量可以自由调节，也可以全部关闭，不影响机组的运行。

2.2.3 原环冷机密封装置的改造

即原鼓风机所产生的冷却风量，约30%没有得到利用。如果不进行密封改造，则一是这30%的风量是白白浪费掉，二是循环烟气的热量没有得到充分利用。循环烟气的温度较高，有120—150℃，为了弥补漏出的风量，而不得不补充大量的冷风，从而降低了循环利用烟气的品质，影响进入锅炉的烟气温度，致使产汽量降低或蒸汽品质降低。因此根据本项目现有环冷机的密封情况，对如下几个部位进行了改造：

下部风箱及烟罩之间采用大包密封；台车与烟罩之间的密封；高温段与低温段风室的隔断；高温段与低温段烟气室的隔断。工程建设期间结合烧结机生产检修安排，在不影响现有烧结设备正常生产情况下，环冷机密封改造顺利完成。

2.2.4 优化总图工艺布置，减少工艺损失和占地面积

为减少烟气阻力损失和提高锅炉效率，余热锅炉应就近布置在环冷机旁边。由于两烧结生产线距离较近，1#余热锅炉所在处空间狭小，部分管道布置与原有设施冲突，为尽量少地发生切改工程量，对烧结机、环冷机区域进行了仔细资料查询和探挖，多次修改设计，部分管道和电缆进行架空敷设，顺利完成余热锅炉安装。

汽机岛、循环水系统、锅炉补给水系统设备布置在烧结机南侧的一块三角形场地内，两侧均已规划使用，通过对各系统设备的详细了解，在保证厂房留有足够的检修空间和安全通道的前提下，反复讨论设备布置方案，在保证建设标准符合国家和行业的规范要求下，通过优化设计，完美完成总体工艺布置。

3 实施效果

该项目整体技术应用已达两年多时间，经检测完全达到预期的余热回收要求。烟气条件为每台锅炉进口400℃高温烟气量37万Nm3/h，300℃低温烟气量37万Nm3/h。锅炉排放的烟气林格曼黑度小于1 级，符合环保要求。锅炉、汽轮发电机、循环水系统和除盐水系统运行稳定，各项性能达到技术指标的要求。平均供电功率达到15MW。投产时为冬季，利用锅炉低压蒸汽为烧结区供暖30t/h。项目实施后，保证了烧结矿冷却终点温度小于120℃。

烧结冷却机余热回收是利用烧结环冷机烟气余热发电，部分代替来自电网的以化石燃料为能源的供电量，从而起到减少温室气体排放的效果；降低烧结工序能耗，促进资源节约；降低产品单位价格，使企业更具竞争优势；有利于企业可持续发展目标的实现，减少由常规燃煤带来的SO2、CO2、粉尘之类的大气污染物，有助于改善当地的能源结构，同时为企业还创造了具大的经济效益，在钢铁行业具有良好的推广前景。