烧结余热发电技术工艺原理及控制系统浅析

烧结余热发电技术工艺原理及控制系统浅析

商江东陈露

（中南电力设计院有限公司湖北武汉430071）

摘要：余热发电是利用强制循环余热锅炉回收废气余热，生产中压饱和蒸汽，配套饱和蒸汽汽轮机组、发电机组抽汽供热，实现热、电联产的技术，它能最大限度地提高余热蒸汽利用效率。其中，烧结机余热发电回收利用的是钢厂烧结机所产生的冶炼烟气余热。

关键词：余热发电；冗余控制；锅炉

随着我国经济建设的不断发展和科学技术的不断进步，我国工业建设迅猛发展，钢铁、煤炭作为国民经济发展的基础产业，也迎来了黄金发展期，与此同时，各相关产业发展也突飞猛进。其中，烧结余热发电领域的发展尤为瞩目，而烧结余热发电技术又以烧结余热技术为主要的发展方向。烧结余热发电技术是直接利用烧结矿排放的中低温烟气进行余热回收发电，无需消耗燃料，发电过程不再产生任何二次污染，是一种经济效益可观、清洁环保的绿色发电技术，具有广阔的发展前景。

一、概述

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，位居整个工序的第二。在烧结工序总能耗中，有近50%的热能以烧结烟气和冷却机废气的显热形式排入大气。由于烧结冷却机废气的温度不高，仅150℃-450℃，加上受以往余热回收技术的局限，余热回收项目往往被钢铁行业给忽略了。

烧结余热回收是降低烧结工序能耗、提高能源利用效率的重要途径。基本原理为：烧结矿在带冷机或环冷机上是通过鼓风进行冷却，由底部鼓入的冷风在穿过热烧结矿层时被加热，成为高温废气。将这些高温的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由三部分组成：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，其主要功能是利用循环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。

二、烧结机余热发电工艺原理

1、烟气循环。烧结机所产生的烟气分为高低烟温段，它们共同进入余热锅炉烟道口，并且通过高功率循环风机强制循环，其中低压汽包被加热，产生蒸汽。当高低段烟道阀门打开时，烟气就进入锅炉烟道口，同时烟囱也随之关闭，旁路烟道关闭，补冷风口根据烟气温度自行调节其开度。环冷机的出口电动阀打开，循环风机的风流进入环冷机内，代替环冷风机风流，使得烧结工序能正常运行。

2、中压水循环。中压锅筒给水是指来自汽机房的凝结水经过低压除氧器处理后，由中压给水泵打入中压锅筒。中压给水调节中最为重要的是给水三冲量调节，三冲量包括汽包水位、给水流量、主蒸汽流量。给水三冲量调节中，给水流量的准确度直接影响到调节的准确和稳定度。因此要进行三冲量的调节，给水流量和蒸汽流量以及水位的校验非常重要。当主蒸汽温度达到一定值时，需要打开减温水调节阀来冷却中压减温汽，降低蒸汽温度，使之符合进入汽机的蒸汽温度要求。

3、低压水循环。低压汽包给水是指来自汽机房的凝结水经过除氧器处理后进入低压汽包。对于低压汽包给水，可以进行两冲量或单冲量调节，具体方式可根据现场情况而定。低压汽包水位相对于中压汽包水位较为稳定，受干扰的程度较小。

4、汽机油系统。油系统对于汽轮机是相当重要的，一旦油系统出问题将直接影响汽机正常的运作，严重时甚至会导致轴瓦烧毁，使系统整体瘫痪。汽机油系统主要由高压油泵、直流油泵、交流油泵来实现油路的循环。当主油泵出口油压低时，启动高压油泵。润滑油压低时，启动直流和交流油泵。

三、分散集中控制系统

控制方式主要采用炉、机、电集中控制，即锅炉、汽轮机组、发电机组、循环水系统、给水系统等分别能在中央控制室内集中控制。中央控制室能集中控制机组启动、运行、停机和事故处理。就地控制柜分别分布在各个锅炉的就地控制室内，就地控制室能对本锅炉系统进行操作控制。当锅炉机组进行大修或设备调试时，就地控制较为方便，这体现了分散集中的原理。分散集中控制系统的功能覆盖了数据采集和处理系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）和事件顺序记录（SOE）。

以下以某钢厂四炉一机工程为例，详细介绍集中分散控制系统。本工程余热锅炉主要系统参数为：额定蒸发量22t/9t，额定蒸汽温度340℃/226℃，额定蒸汽压力1.96MPa/0.6MPa，锅筒工作压力2.16MPa，给水温度40℃，排烟温度146℃。

1、系统网络构架

如图所示，该工程每台锅炉都有一个就地控制室，每个锅炉控制室内都有一套锅炉控制系统能控制本锅炉的运行；4台锅炉的控制都能经过光纤环网到达中央控制室内，由中央控制室的操作人员进行操作控制。锅炉每套控制系统的主站和从站都是通过冗余通讯来连接的。其中任何一路通讯有问题都不会影响锅炉系统的正常运行，这就保证了系统运行的安全可靠性。项目各主机设备、参数控制亦是如此。

1、锅炉

（1）给水泵。给水泵出口母管压力＜2.1MPa，启动备用给水泵；正在运行中的给水泵发生故障，启动备用给水泵。

（2）锅筒压力。低压锅筒压力＞0.85MPa时，报压力高报警并且开不凝汽排汽电动阀；低压集汽箱压力＞0.75MPa时，报压力高报警并且开低压集汽箱排汽电动阀；中压集汽箱压力＞2.4MPa时，报压力高报警并且开中压集汽箱排汽电动阀。

（3）当低压汽包水位＞300mm或＜-300mm时停炉，同时启动1#、2#环冷风机。打开环冷风机出口插板阀，打开1#、2#烟囱插板阀，关高、低温烟道进口挡板，打开旁通烟囱插板阀。延迟一段时间后停循环风机，循环风机停止后，关补冷风门；当低压汽包水位＞200mm时，开紧急放水电动阀；当低压汽包水位＜100mm时，延迟一段时间后关紧急放水电动阀。

（4）当中压汽包水位＞250mm或＜-250mm时停炉，同时启动1#、2#环冷风机。打开环冷风机出口插板阀，打开1#、2#烟囱插板阀，关高、低温烟道进口挡板，打开旁通烟囱插板阀。延迟一段时间后停循环风机，循环风机停止后，关补冷风门；当中压汽包水位＞200mm时，开紧急放水电动阀；当中压汽包水位＜100mm时，延迟一段时间后关紧急放水电动阀。

（5）锅炉给水流量。中压给水母管流量＜额定流量的30%时，开再循环电动阀；中压给水母管流量＞额定流量的50%时，关再循环电动阀。

（6）停循环风机。以下情况停循环风机：润滑油压＜0.03MPa，润滑油温＞67℃；循环风机轴承温度＞85℃，循环风机轴承振动＞7.1mm；循环风机电机轴承温度＞95℃，循环风机电机定子温度＞145℃，循环风机电机振动＞4.5mm。

2、汽机

（1）射水泵。射水泵出口压力＜0.3MPa或射水泵运行时故障，启动备用泵。

（2）凝结水泵。凝结水泵出口母管压力＜1.3MPa或凝结水泵运行时故障，启动备用泵。

（3）循环水泵。两用一备和一用两备选择，当出口母管压力＜0.18MPa或运行中有故障时，启动备用泵。

（4）油泵。润滑油压＞0.16MPa，停电动油泵；润滑油压＜15kPa，停盘车电机；润滑油压＜55kPa，启动交流电动油泵；润滑油压＜40kPa，启动直流电动油泵。根据均压箱检测的压力来调节均压箱调整阀，从而稳定其压力。射水箱。根据射水箱液位来调节除盐水去凝汽器调节门开度，稳定射水箱液位。

（5）保护停机。以下情况保护停机：汽机速度＞3300r/min，超速，轴向位移≥1.3mm，轴向位移≤-0.7mm；胀差≤-2.5mm，胀差≥3.5mm，轴振动＞254mm；轴瓦温度＞110℃，轴承回油温度＞75℃；润滑油压＜20kPa，凝汽器真空压＜-61kPa。

本项目详细的体现了控制的智能性、灵活性和重要性，分散集中控制系统稳定、操作方便、安全可靠，在各项目中运用广泛。

烧结余热发电技术能有效地回收利用烧结生产过程中产生的高温废气，将其转化为电能，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、实现节能降耗发挥了积极作用，该技术值得钢铁企业中有针对性地推广。

参考文献

[1]杨庆柏.高压变频器的类型及其特点，仪器仪表与分析监测[J].化学工业出版社，2015.

[2]李烨.烧结余热回收控制结构设计[J].机械工业出版社，2016.

作者简介

商江东（1984-），男，工程师，从事火力发电厂热机专业设计工作。