钢铁烧结余热发电与煤气锅炉并联运行的探讨

钢铁烧结余热发电与煤气锅炉并联运行 的探讨

严厚华

中冶华天南京工程技术有限公司，南京， 210000

摘要：钢铁企业生产过程中，产生大量的副产煤气，在优先供应工序生产后，煤气往往仍有富余。为节能挖潜、降本增效，统一兼顾富余煤气和各种余热资源，做到发电和供热的相对高效和平衡。结合某钢铁企业烧结余热资源综合效能提升项目的设计实践，阐述了设计思路及主要系统配置。

关键词：钢铁企业；富余煤气；烧结余热；煤气锅炉

1项目基本现状

某钢铁企业烧结厂现有2台550m²烧结机，配套建设2台600m²环冷机双压余热锅炉，利用环冷机不同位置的排放烟气温度差异，梯度利用余热资源，通过锅炉产生两种不同品质的蒸汽，高压蒸汽1.8MPa，380℃；低压蒸汽0.5MPa，180℃，分别进入1台30MW汽轮发电机组发电。因烧结工艺设备检修等诸多因素，余热锅炉产量波动较大，系统生产受到了不同程度的影响。

1.1烧结余热发电不足及不稳定

烧结生产受自身工艺调整，上游原料供给工序、下游高炉生产调整的影响，烧结环冷余热锅炉产量波动较大。

1.1.1低压蒸汽放散

余热锅炉处于低负荷运行时，余热发电机组输出功率较低，当机组负荷低于8.5MW时，受汽轮机设备的运行约束条件，余热锅炉产生的低参数蒸汽无法进入汽轮发电机组，造成低参数蒸汽排空放散。

1.1.2发电机组频繁启停

当一台烧结机停炉或低负荷运行时，另一台烧结机生产出现波动，造成两台烧结余热锅炉停炉或极低负荷运行，烧结余热发电机组因蒸汽供应不足导致解列停机。烧结系统检修结束后恢复生产用时较短，但汽轮发电机组从解列到重启的时间较长，期间循环水、油系统设备需正常维持运行，造成自用电率上升，烧结机启动后至发电机投入前这一时期，锅炉需要升温升压，蒸汽需要暖管，造成了资源的浪费。

1.1.3发电设备出力不足

根据运行实绩，余热发电汽轮机组短时发电达到29MW，平均发电功率18.98MW，为装机容量的63.27%设备能力没有发挥出来。

1.2CDQ单元因抽汽减少发电量

烧结煤精区域处于蒸汽管网的末端，此区域用户蒸汽用量20t/h，温度高于200℃。全厂蒸汽由两台50t/h的低压锅炉产生1.2MPa、250℃蒸汽经过300m蒸汽管道输送到煤精区域时，压力约0.8MPa左右，温度约180℃左右，不满足用户要求。改造烧结煤精区域CDQ高温高压发电单元，抽取20t/h的高温高压(9.81MPa，540℃)蒸汽经减温减压后补充管网，将该区域蒸汽的温度提高到200℃。CDQ机组抽蒸汽送管网后，机组的发电量减少了4000kW，影响了CDQ单元效益。

1.3富余煤气利用

全厂高炉煤气富余4万~10万m3/h，煤气长期处于放散的状态，既浪费能源，也不利于环境保护。

2改造方案

2.1改造总体内容

烧结余热发电系统的汽轮机主蒸汽设计量为130t/h，设计压力1.6MPa，温度350℃；补汽流量40t/h，设计压力0.4MPa，温度170℃，额定功率为30MW。保持汽轮机不停机的负荷率在30%以上，对应汽轮机主蒸汽进汽量约39t/h。所以本项目新建煤气锅炉的额定蒸发量设计为40t/h，可满足烧结余热发电系统不会因烧结工艺的影响而停机，同时通过补汽进入汽轮机发电，也提高了烧结余热发电机组的设备发电能力。

根据热力计算，新建煤气锅炉额定负荷下需要燃烧高炉煤气4万m3/h，可部分解决煤气放散。烧结余热发电机组在0~8.5MW工况下及临时停机时，新建煤气锅炉所产蒸汽40t/h全部进入汽轮机，保证不停机；在8.5~26MW负荷状态下，新建煤气锅炉蒸汽20t/h进入烧结余热汽轮机提高发电量。20t/h进入低压蒸汽管网提高区域管网温度，满足低压蒸汽用户需求；烧结余热发电机组自身满负荷工况时，新建煤气锅炉50%负荷运行，只产生20t/h的蒸汽量，全部进入低压蒸汽管网提高区域管网温度。

2.2锅炉方案

锅炉整体参数如下。

额定蒸发量：40t/h；额定蒸汽温度:375℃；

额定工作压力:1.8MPa；

锅炉燃料形式:高炉煤气；

锅筒工作压力:2.0MPa；

给水温度:104±2℃；进风温度:20℃；

排烟温度:140℃；余热利用率:86.5％；

额定燃耗:39000m3/h；粉尘含量＜15mg/m³；

烟气排放标准:SOx含量＜50mg/m³。

新建煤气锅炉为单锅筒、自然循环、集中下降管、Π型室外布置。锅炉前部为膜式水冷壁炉膛，顶部水平烟道亦为膜式水冷壁结构，尾部竖井为全密封式钢烟道。因此锅炉具有良好的密封性能和保温性能。膜式壁四周设置了刚性梁以抵抗因烟气脉动引起的振动。水平烟道内布置两级对流过热器，两级过热器之间设置喷水减温器。尾部烟道中布置两级省煤器和两级空气预热器。

锅炉构架采用全钢结构，按7°地震烈度设防。炉膛及过热器、水平烟道全部悬吊于顶部钢梁上。尾部两级省煤器和空气预热器放置在后部的柱和梁上。

全部采用轻型炉墙，既保证了锅炉的密封，减少了热损失，又省去了大量的耐火材料和复杂易漏的密封结构，提高了锅炉的性能，减少了炉墙投资。省煤器采用高效螺旋鳍片管。空气预热器布置在省煤器后，采用立式、内搪瓷管结构。锅炉以平衡通风方式运行。给水通过省煤器后进入锅筒，再经下降管分配至四周水冷壁的下集箱，在上升管内受热汽化，生成的汽水混合物由各自的上集箱导入锅筒中进行分离，分离出的饱和蒸汽经顶棚过热器、低温过热器、高温过热器过热到375℃后送出。

2.3烟气处理

根据对企业内部高炉煤气燃烧设施的调研分析，高炉煤气燃烧产生SOX含量在70～110mg/m³，NO_X含量在10～15mg/m³；企业所在地区锅炉烟气的允许指标分别为SOX≤50mg/m³、NOX≤150mg/m³。因此要建设烟气脱硫设施，达到环保排放的要求。脱硫工艺考虑到无脱硫废水产生、工程造价、脱硫效率等因素，采用了目前较为成熟的半干法循环流化床脱硫工艺，基本工艺流程为烟气→吸收塔→布袋除尘器→引风机→烟囱。

3生产运行情况

煤气锅炉投入运行后，锅炉可以最大连续稳定送出蒸汽38.5～41t/h，蒸汽压力1.75～1.8MPa，蒸汽温度约380℃。锅炉烟气SOX含量约23mg/m3，满足环保排放要求。

表1显示了煤气锅炉投运后烧结发电机组的运行工况。

表1各种运行工况组合

新建锅炉持续运行期间，30t/h左右的蒸汽量补入了汽轮机发电，提高了汽轮机的发电量。其余约10t/h蒸汽通过减温减压补入低压管网，取消了CDQ单元高温高压蒸汽的抽汽，既提高了管网温度，煤精区域蒸汽的品质达到了要求，CDQ也提高了发电量。

在一台烧结检修，另一台烧结低负荷或临时停机时，将40t/h蒸汽全部进入烧结汽轮机，保证汽轮机不停机，减少了汽轮机的频繁启停机，增加了汽机寿命，也提高了烧结蒸汽的发电效率，避免蒸汽放散及频繁启停机的无效消耗。

4结语

本方案充分利用富余煤气，解决了蒸汽管网温度低、烧结余热发电不足、CDQ单元抽汽的问题，为煤气利用提供了新的思路和方法，值得行业借鉴和参考。

参考文献

[1]宋军.钢铁企业煤气系统动态预测与优化调配研究[D].东北大学,2011.

[2]张琦.钢铁联合企业煤气资源合理利用及优化分配研究[D].东北大学,2008.