通钢烧结余热发电实践

曾庆炜，张永旭

（通钢股份有限公司，吉林通化 134003）

前言

我国烧结工序余热利用率不足30%，与发达国家差距非常大，每吨烧结矿的平均能耗要高于20 kg标煤［1］，若能把烧结气体的余热加以利用，无疑是烧结节能的重要发展趋势。烧结工序余热利用是践行经济环保理念、科学用能和经济用能理念、提高资源综合利用效率、实施绿色清洁生产，提升能源利用效率和效益的重要途径。

1 通钢余热利用现状

通钢现有2 台360 m2烧结机，目前环冷机一段排烟温度400 ℃左右，二段220 ℃左右，具有较高的余热利用潜力，尚未建设余热回收装置。为充分利用现有烧结余热资源，拟新建烧结余热锅炉及配套汽轮机发电机组。

360 m2烧结机环冷机面积约415 m2，其中I、II段热风温度为400 ℃和220 ℃，具有余热回收发电的潜力。根据上述余热资源，按照能量梯级利用原则［2］，决定对360 m2烧结线环冷机1#烟罩（I 段）和2#烟罩（II 段）烟气进行回收利用。其中I 段高温烟气对应1#鼓风机的5 个风箱上的热烟气，II 段高温烟气对应2#鼓风机的5 个风箱上的热烟气。环冷机III 段热风冬季可用于解冻库升温使用。见表1。

表1 360 m2 烧结冷却段参数

2 余热回收工艺方案

2.1 烟气系统

取360 m2烧结环冷机I、II 段鼓风，配套热风循环系统，使环冷机I 段300 000 m3/h的废热烟气在烟罩处保持380～450 ℃，经风管引至余热锅炉上部的过热器，II 段烟罩废气300 000 m3/h，温度约250～280 ℃、与I 段烟罩来的经过热器换热后的烟气混合，混合废气温度约250 ℃，全部进入余热锅炉中压蒸发器，蒸发器出口废气温度约220 ℃，然后按顺序进入余热锅炉二级省煤器、低压蒸发器、一级省煤器、凝结水加热器，烟气从锅炉下部排出，排气温度约145 ℃。环冷III 段设置3#烟罩，烟囱设置阀门，在冬季解冻库启动时，III 段热风送解冻库管道，其他季节放散；同时I、II段热风管道设置阀门，在冬季特殊时段，向解冻库补充高温热风。烟气降温后经循环风机返回到I 段风箱、II 段风箱，形成烟气循环系统，原有1#风机作为备用。

为保证烧结机生产正常进行，在余热锅炉烟气系统各段均设置一套切换挡板门，当余热回收系统故障时进行隔离。当烧结机烟气温度低、负荷降低时，调小2#环冷鼓风机入口的挡板角度，使进气量降低、烟气温度提升。当烧结机负荷增加，烟气温度过高时，可增大调节环冷机2#入口挡板门角度，补充冷风降低烟气温度。循环风机采用的是变频调节，通过调节风机转速使系统正压的排出风量和负压的进入风量相等，达到平衡，使系统热损减少，并控制烟气含尘浓度。环冷机1#、2#烟罩设置旁通阀门，在冬季解冻库启动时，部分烟气通过旁通阀门引至解冻库热风管道。

2.2 热力系统

在烧结环冷机旁设置（39.5+15）t/h 余热锅炉。同时，按照烧结余热发电的特点，选择双压余热锅炉，过热蒸汽参数为2.0 MPa、330 ℃和低压蒸汽参数0.5 MPa、200 ℃。来自余热锅炉的中压蒸汽约20 t/h 通过减压阀，与低压蒸汽30 t/h 汇合，送至焦化和烧结工艺系统，剩余中压蒸汽经管道送至汽轮机入口，蒸汽进入汽轮机内做功后进入凝汽器凝结成水，凝结水经凝结水泵加压后送入低压段受热面，低压锅筒兼做除氧水箱，除氧后由锅炉中压给水泵加压后送入余热锅炉中压段受热面，完成一个完整的热力循环。

2.3 汽水循环

锅炉给水来自汽轮机凝结水，经水箱和水泵后进入锅炉省煤器、汽包，经高温蒸发段、高温过热段，产生2.0 MPa 和0.5 MPa 两路过热蒸汽；中压蒸汽部分减温减压用作烧结和焦化工艺使用，剩余中压蒸汽作为主汽进入汽轮机入口；低压蒸汽部分作除氧器消耗，剩余部分进厂区蒸汽管网也用于烧结和焦化工艺使用。发电后的凝结水经凝结水泵送至余热锅炉低压段换热除氧，再通过中压给水泵送至余热锅炉中压段换热。按照以上条件，考虑余热锅炉至汽轮机入口的主蒸汽温降10～20 ℃左右，余热锅炉至汽轮机主厂房蒸汽压力降约0.1～0.15 MPa，汽轮机进汽参数为1.9 MPa，320 ℃和0.4 MPa，190 ℃。

2.4 系统流程

系统流程图见图1。

图1 系统流程图

3 改造实施

（1）烧结环冷机采用环冷密封改造，余热回收采用热风全循环工艺。密封改造把原来的橡胶密封［3］改为水密封，环冷机的上部烟罩、烟气插板阀、上部水密封、环冷机回转框架、环冷机台车、托辊、挡棍、下部水密封、传动摩擦系统进行改造。此处密封改造后可降低漏风总量的5%左右。环冷机高温烟气经余热锅炉后全部返回环冷机，实现整个烟气系统闭路循环，没有烟气外排。

（2）采用热风循环技术，提升进余热锅炉的烟气温度（经计算，建立烟气循环后，一段排烟温度提升至380～450 ℃，二段排烟温度提升至250～280 ℃），既能增加机组的发电量，又能防止烧结矿极冷破碎，保证烧结矿的品质。

（3）为保证余热利用的有效生产，环冷机I、II 段风箱应相互隔离，根据风温实时调节各段进入锅炉的风量，保证锅炉处于最佳工况。

①在保证烧结工艺正常的情况下，为了使环冷机余热锅炉获得更多的热量，要求烧结严格控制烧结终点（BTP）的位置，减少烧结矿在烧结机上的冷却时间。

②烟气循环与烧结余热发电对烧结生产工艺的正常运行无不良影响，仅对烧结操作的工艺调整提出更高的要求。环冷机余热锅炉布置在环冷机的附近，使用余热锅炉的取风管从环冷机烟罩上方引出废气，废气经余热锅炉换热降温后，由循环风机引出。

（4）在废气引风管和环冷机排气筒上分别设有阀门，当余热锅炉生产运行时，关闭环冷机排气筒阀门，打开余热锅炉取风管阀门；当余热锅炉停止生产时，打开环冷机排气筒上的阀门，关闭余热锅炉的取风口阀门，使环冷机废气对空外排，无论余热锅炉投入还是退出均不影响环冷机正常生产。余热锅炉投入运行后，对余热废气具有一定的降尘作用，其沉降下来的粉尘将通过余热锅炉排灰口排出，其主要成分是烧结矿粉，经回收后送入烧结产品矿输送装置。

（5）余热锅炉出口设锅炉循环风机，循环风机后的循环风管设电动蝶阀，余热锅炉正常生产运行时，启动支管上的电动蝶阀，余热锅炉排出的烟气回到环冷机。在余热锅炉或循环风机检修时，使用原1 号环冷鼓风机作为备用风机。原1 号环冷鼓风机出口设置电动隔离蝶阀，以便运行方式的切换。循环风机入口管道设置冷风吸入口，出口设置对外放空管道，整个余热回收系统设置多个切换阀门，包括：环冷机集气罩烟囱、余热锅炉进口、出口管道。阀门主要作用，一方面匹配余热回收烟气与烟道低温烟气的负压和流量，提高热回收效率；另一方面，当余热锅炉出现故障停机时，可以关闭余热锅炉前后电动阀门，从烧结线上解列下来，以确保烧结工艺正常生产。

4 效益分析

项目建设充分利用公司现有的余热资源，提高能源利用效率，减少污染物排放，符合国家当前和长远发展的节能减排政策。充分利用厂内烧结机热风资源，产生蒸汽供汽轮机发电，节约标煤量3.3万t/a，CO2减排量9.6 万t/a。同时，2 台烧结机环冷I、II 段热风循环使用，可减少粉尘排放2.33 万t/a，具有显著的经济效益和环保效益。