烧结热余发电技术在我国的发展状况

烧结热余发电技术在我国的发展状况

卢红军¹  姜丽秋²  陈  彪³ 周长强¹

(1．济钢集团有限公司第二炼铁厂2．济钢集团有限公司自动化部3．济钢集团有限公司生产部)

摘要 介绍了我国烧结余热发电技术的发展状况，分析了当前技术条件下利用烧结余热发电的难点和存在的问题，提出了相应的解决措施。

关键词 烧结 余热发电 发展

1  前  言

随着我国钢铁工业的快速发展，高炉炼铁的主要原料——烧结矿的产量也大幅度提高，2006年我国烧结矿产量已达4．3亿t^[1]。随着产量的增加，烧结生产过程中产生的高温废气也越来越多，如何有效地回收利用这部分热量已经引起了人们的高度重视。继2008年5月，国家发展和改革委员会将烧结余热发电技术列入第一批国家重点节能技术推广项目后，2009年12月工业和信息化部公布了《钢铁企业烧结余热发电技术推广实施方案》，计划用三年时间(2010～2012年)，在重点大中型钢铁企业中有针对性地推广烧结余热发电技术，预期在钢铁行业的推广比例达到20％，形成157．5万t标准煤的节能能力，为钢铁企业在日益激烈的市场竞争中进一步降低生产成本、实现节能降耗发挥积极作用。

2 烧结余热发电原理与基本工艺

烧结余热发电的原理如图1所示(汽轮机以凝汽式为例)。烧结矿在带冷机或环冷机上通过鼓风进行冷却，底部鼓入的冷风在穿过炽热的烧结矿层时与烧结矿进行热交换，产生大量的高温废气。将这些高温废气通过引风机引入锅炉，加热锅炉内的水，产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机转动，带动发电机发电。

烧结余热发电工艺流程主要包括三部分：烟气回收及循环系统；锅炉系统；汽轮机及发电机系统。烟气回收系统主要由烟囱、烟气引出管、烟气流量控制阀和烟筒的遮断阀构成，主要功能是利用锅炉引风机产生的负压将带冷机烟罩内温度较高的烟气引到锅炉内，同时避免外界的冷风进入锅炉。锅炉系统是余热回收的核心，在锅炉受热面上，高温烟气将热量逐级传递给受热面内的水，生成蒸汽。汽轮机及发电机系统将蒸汽携带的能量转化成电能，最终完成余热能向电能的转化。

3  国内烧结余热发电技术现状

3．1  烧结余热发电系统在我国烧结厂的装备情况

2004年9月1日，我国首套从日本引进的烧结余热发电系统在马鞍山钢铁股份有限公司第二炼铁厂开工，2005年9月6日顺利实现并网发电^[3]，这是我国烧结行业第一套余热发电装置，开我国烧结余热发电之先河。该系统采用“两炉带一机”的模式，设计发电能力17．5MW。该系统设备和技术全套从日本引进，废气锅炉采用卧式自然循环汽包炉，汽轮机组采用多级、冲动、混压、凝汽式，主要工艺参数见表1。

2006年5月20日，由我国自行设计、建造的烧结余热发电系统在济钢集团有限公司第二炼铁厂开工，2007年3月21日并网发电。该系统回收一台320 m²烧结机余热，设计发电能力8．2 MW，由一台Q390／400—36．4(10．4)一2．06(0．39)／375(141．1)双压余热锅炉和一套补汽凝汽式汽轮发电机组组成。投产初期，由于烟气回收系统设计不合理，发电能力未能达到设计水平，后经改造达到了设计能力，目前已具备日发电20万kW·h的能力。

除此之外，国内的安阳钢铁、江苏沙钢、武汉钢铁、日照钢铁、涟源钢铁、湘潭钢铁等企业于2009年也投运了一批烧结余热发电机组。吉林建龙、邯郸钢铁、柳州钢铁等企业的烧结厂已开工建设烧结余热发电工程，这些新建工程均为国内设计单位自行设计，主体装备全部为国内生产、建造。

3．2烧结余热发电技术的应用现状

目前，从我国已投产的烧结余热发电机组运行情况看，吨矿发电量可达到18．5～19．0kW·h／t，最高可达到21．0 kW·h／t。一台320m²烧结机，日产烧结矿约10 000t，发电量可达到19万kW·h，最高能达到2l万kW·h，扣除机组自身用电外，外供电可达到1 8．0万kW·h左右，基本能满足烧结厂45％～47％的用电量。表2为济钢320 m²烧结机某日用能及余热发电机组的运行情况。

3．3应用过程中存在的问题

2009年国内至少有6家钢铁企业推广应用了烧结余热发电技术，笔者对其中的三家进行了跟踪调研。结果发现，新投产的机组普遍存在达不到设计负荷的问题。主要原因有以下两点：一是余热回收系统设计不合理或实际工况偏离设计点太大；二是不能很好的协调处理烧结生产工序与余热发电工序之间的矛盾。其中，余热回收系统的问题尤以台车与风箱间的

密封和台车与烟罩间的密封为重；工序间的协调以烧结过程终点的控制为重。

4  烧结余热发电技术的难点与解决方案

4．1  当前技术条件下烧结余热发电技术应用的难点

烧结余热热源具有整体品质低、废气温度波动大和连续性差的特点^[2]。其中废气温度波动大和热源连续性差是当前技术条件下，烧结余热发电技术应用的最大难点。另外，如何有效提高系统热回收效率，尽可能多的提高吨矿发电量也是烧结厂所关心的。基于这两点，我们认为：提高烧结余热热源的稳定性和提高系统余热回收效率是这一技术应用过程中必须解决的问题。

4．2提高烧结余热热源的稳定性

汽轮机发电机组对热源的稳定性要求较高，温度波动大会直接威胁机组的安全运行；除此之外，热源中断易导致机组频繁解列，从而严重影响发电量和热力设备的寿命。

提高烧结余热热源的稳定性包含两层意思：一是减小废气温度的波动，使其稳定在一定的范围内，满足锅炉对入口烟气温度的要求；二是增强热源的连续性，即在烧结机停机，热源逐渐中断的情况下，让机组能够维持低负荷运行，避免机组频繁解列。目前解决这一难点的方案有两种：①设置补燃系统；②采用“二炉带一机”的配置模式。

4．2．1  设置补燃系统

钢铁企业煤气资源比较丰富，一些品质较差、热值低的煤气往往被放散掉。建设烧结余热发电后，可以在锅炉旁设置补燃炉，通过燃烧一些低热值的煤气产生高温烟气(相对于烧结废气)并混入烧结废气中，通过调整高温烟气的混人量，达到稳定锅炉入口烟气温度的目的(如图2所示)。另外，在烧结系统短时停产，热源中断时，可以依靠补燃炉燃烧煤气来维持余热发电机组的低负荷运行，确保机组不解列，待烧结生产正常后，尽快恢复机组的负荷。这一方案可以有效地解决烧结余热热源稳定性差的难题，同时，还可以回收钢铁厂多余的煤气，减少煤气放散。

4．2．2 采用“两炉带一机”的模式

通常来讲，一个烧结厂大都建有多台烧结机，若两台机之间的距离不太远，可在两台烧结机旁建设两台余热锅炉，用两台余热锅炉带动一套汽轮机发电机组(简称“两炉带一机”)。当一台烧结机出现故障，其对应的锅炉热源中断后，另一台烧结余热锅炉可以维持机组的正常运行，不至于发生解列；除此之外，两台锅炉并行运行，对稳定蒸汽温度也有一定的作用。目前国内已经投运的三套烧结余热发电系统中，有两套(马钢和安钢)采用了“两炉带一机”的模式。从其运行情况来看，这种配置模式较“一炉带一机”(即一台烧结机配置一台锅炉、一套汽轮发电机组)模式有较大的优势，可以大大减少机组的解列次数，增加发电量。

4．2．3  两种解决方案的比较

设置补燃系统和采用“两炉一机”模式在解决烧结余热热源稳定性差的问题上各有优势，但是设置补燃系统需要考虑整个钢铁厂内的煤气平衡问题。在整个钢铁厂煤气比较富裕的情况下，设置补燃系统应该是解决问题的首选；而在煤气紧张的企业，“两炉带一机”配置模式也能有效地解决烧结余热热源稳定性差的问题。两种方案的具体比较见表3。

4．3提高系统的余热回收效率

烧结余热的绝对数量很大，但是低品质部分(低温废气所携带的部分)所占比例也很大。目前，回收部分主要集中在高温段，而低温段余热仍然放散掉。如何利用这部分热量，提高系统的余热回收效率，也是烧结厂建设余热发电系统时所关心的。

在当前技术条件下，采用热风循环技术可在一定程度上解决这一问题。该技术是把锅炉尾部排出的100℃以上的烟气(或者烧结冷却机尾部的低温段废气)鼓人冷却机底部代替常温的冷却风冷却烧结矿，从而提高较低温度段的废气温度，使其达到回收要求。如图3所示，采用热风循环技术后，L₁～L₂冷却段的废气也进入了可回收范围。

除此之外，降低冷却机机速，提高冷却机上料层的厚度，也能提高余热回收效率，从而提高吨矿发电量。

5  结  语

通过对国内已投运的三套烧结余热发电机组的研究，我们认为只回收烧结余热(不采用补燃技术)可实现吨矿发电18 Kw·h。以一台320m²烧结机为例，按利用系数1．3 t／(m³·h)，作业率98％计算，年产烧结矿357．13万t，年发电量便可达到6700万kW·h，直接经济效益可达3000万元。320 m²级烧结机配套余热发电系统投资约7500万元，三年左右即可收回投资。随着我国能源资源日益紧张，钢铁企业节能降耗的压力越来越大，烧结余热发电技术的推广和应用，将成为铁前节能降耗的重要技术手段。

参考文献

[1]  中国金属学会，冶金工业经济发展研究中心．2006年度冶金科技进步发展报告(之二)[J]．中国冶金，2008，18(2)：2．

[2]  卢红军，戚云峰  烧结余热的基本特点及对烧结余热发电的影响[J]．烧结球团，2008，33(1)：35—36．

[3]  汪保平，吴朝刚，顾云松．马钢300m²烧结机带冷烟气余热发电工程[J]．烧结球团，2007，32(2)：8一12