日照鋼鐵固體廢棄物回收及余熱發(fā)電綜合利用

1、日照鋼鐵固體廢棄物回收及余熱發(fā)電綜合利用【摘要】日照鋼鐵集團(tuán)兩條固廢轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線于2010年 5 月投產(chǎn)運(yùn)行，配套兩爐一機(jī)余熱發(fā)電項(xiàng)目于2012 年 3月底投產(chǎn)運(yùn)行。本文主要介紹該項(xiàng)目的系統(tǒng)，包括：轉(zhuǎn)底爐直接還原工藝系統(tǒng)、余熱發(fā)電鍋爐系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、汽輪機(jī)系統(tǒng)，并介紹了項(xiàng)目投產(chǎn)后的運(yùn)行生產(chǎn)狀況。據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，轉(zhuǎn)底爐于 2010 年 5 月至今生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示直接還原鐵的金屬化率平均在 75% 85%，年產(chǎn) 18 多萬噸合格均屬化球團(tuán)及高富集鋅粉 3500t ；余熱發(fā)電項(xiàng)目 2012 年 3 月至 14 年 8 月累計(jì)發(fā)電 10375 萬 kWh，累計(jì)上網(wǎng) 8886 萬 kWh，獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和

2、節(jié)能減排效果?！娟P(guān)鍵詞】直接還原；轉(zhuǎn)底爐；余熱發(fā)電；節(jié)能減排1 引言伴隨國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力緊缺直接困擾著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，尤其是發(fā)展速度快的東南沿海地區(qū)，缺電對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約，特別是對(duì)作為耗能大戶的日照鋼鐵帶來的影響顯得更為突出。固廢轉(zhuǎn)底爐及余熱發(fā)電技術(shù)的推廣和應(yīng)用，不僅利于企業(yè)降低能耗和成本，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)這也符合國(guó)家節(jié)能降耗的大政方針。日鋼集團(tuán)積極響應(yīng)國(guó)家節(jié)能降耗的方針政策，及對(duì)企業(yè)自身經(jīng)濟(jì)效益的考慮，兩條轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線于2010 年 5月份投產(chǎn)運(yùn)行，為配套余熱發(fā)電項(xiàng)目工程建設(shè)線從2011年 4月份停產(chǎn)，至2012 年 4 月與 #1 余熱鍋爐及余熱發(fā)電機(jī)

3、組同時(shí)投產(chǎn)運(yùn)行，線從2012 年 4 月份停產(chǎn)至2012 年 8 月投產(chǎn)運(yùn)行與 #2 余熱鍋爐同時(shí)投入運(yùn)行。2 固廢轉(zhuǎn)底爐余熱發(fā)電項(xiàng)目概述我公司年產(chǎn)粗鋼約1250 萬噸，每年產(chǎn)生含鋅高爐粉塵和轉(zhuǎn)爐污泥近 80 萬噸，粉塵和污泥中含有大量的 Fe、Zn、C等有價(jià)物質(zhì)， 都進(jìn)入燒結(jié)作為原料使用。 由于粒度很細(xì) （ <200 目），特別容易積聚，很難混勻，水分也難以控制，嚴(yán)重影響燒結(jié)的產(chǎn)量和燒結(jié)礦的質(zhì)量，同時(shí)鋅在高爐內(nèi)的循環(huán)富集，即浪費(fèi)了資源，又嚴(yán)重影響高爐的正常生產(chǎn)。為此公司投建了 2 臺(tái)年產(chǎn) 20 萬噸轉(zhuǎn)底爐，在實(shí)際運(yùn)行中受煙氣系統(tǒng)的影響，產(chǎn)量較低，為了保證轉(zhuǎn)底爐的正常生產(chǎn)，充分利用轉(zhuǎn)底爐

4、所產(chǎn)生的高溫廢氣，降低工序能耗，減少 SO2、粉塵之類的大氣污染物；減少對(duì)于化石資源的開采和消耗，促進(jìn)資源節(jié)約；新建了一座余熱發(fā)電站。余熱發(fā)電采用技術(shù)成熟的余熱鍋爐和凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組， 內(nèi)設(shè) 2× 33t/h 單壓余熱鍋爐，1× 12MW 凝汽式汽輪機(jī)， 1× 15MW 發(fā)電機(jī)組及配套輔機(jī)設(shè)備。3 主要工藝及設(shè)備3.1 固廢余熱回收系統(tǒng)選型及特點(diǎn)：（ 1）余熱發(fā)電系統(tǒng)采用兩爐一機(jī)配置，每臺(tái)轉(zhuǎn)底爐配套一臺(tái)余熱鍋爐，兩臺(tái)余熱鍋爐對(duì)應(yīng)一套汽輪發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了單條轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線停運(yùn)而不影響發(fā)電系統(tǒng)。余熱鍋爐回收轉(zhuǎn)底爐直接還原工藝中產(chǎn)生高溫?zé)煔?，同時(shí)在余熱鍋爐尾部配裝煤氣預(yù)

5、熱器和熱風(fēng)爐將本工藝過程熱煙氣的熱能轉(zhuǎn)換成煤氣和助燃空氣的物理熱，從而提高效率，節(jié)約能源。（ 2）轉(zhuǎn)底爐原料采用冷固結(jié)含碳球團(tuán)高溫快速還原技術(shù)，節(jié)能高效的燒嘴系統(tǒng)，先進(jìn)均勻布料技術(shù)，出料機(jī)構(gòu)耐磨又耐高溫技術(shù)，最終產(chǎn)品為金屬化球團(tuán)和富集鋅精粉其主要技術(shù)指標(biāo)如下：（ 3）轉(zhuǎn)底爐正常生產(chǎn)過程中產(chǎn)生約 65000 Nm3/h 的高溫?zé)煔?，煙氣溫?900 1200。排放的煙氣成分（體積百分比 %）（見表 3）。煙氣含塵量 616g/ Nm3 ，粉塵主要成分：ZnFe2O4、Na2SO4、 NaCl、KCl、 ZnCl 等。煙囪實(shí)測(cè) S02 排放值在 20 60ppm 。（ 4）余熱鍋爐作為轉(zhuǎn)底爐的在線

6、設(shè)備，主要受熱面材質(zhì)采用 15 絡(luò)鉬，并采取鎳鋁噴涂的耐腐蝕、耐磨措施。針對(duì)煙氣粉塵的特點(diǎn)，采用在線震打清灰裝置，并具有可維修性，維修更換易于操作，同時(shí)余熱鍋爐考慮一定的裕量能夠適應(yīng)轉(zhuǎn)底爐的負(fù)荷波動(dòng)并能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。（ 5）余熱鍋爐分為高溫段和低溫段，高溫段入口煙溫900 1200，高溫段出口煙溫約330，余熱鍋爐低溫段設(shè)計(jì)成并聯(lián)的兩套對(duì)流受熱面，一運(yùn)一備，出口煙氣溫度約120 170。在轉(zhuǎn)底爐出口煙道設(shè)置煙氣排放閥門，余熱鍋爐入口設(shè)置電動(dòng)高溫插板閥，余熱鍋爐低溫段進(jìn)出口設(shè)置電動(dòng)隔離風(fēng)門，布袋除塵器進(jìn)口煙道設(shè)置摻冷風(fēng)口。3.2 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容（ 1）轉(zhuǎn)底爐系統(tǒng)：將煉鐵煉鋼生產(chǎn)過程排棄的各種含鐵粉

7、塵通過電子皮帶秤按一定比例配料成為混合料，混合料配用粘結(jié)劑在高效混合機(jī)內(nèi)均勻混合，棍壓球機(jī)將其壓制成含碳球團(tuán)，布料器均勻?qū)⒐潭êY篩分后的含碳球團(tuán)布到轉(zhuǎn)底爐上，進(jìn)行高溫直接還原，得到具有較高金屬化率的金屬化球團(tuán)，合格球團(tuán)冷卻后送至成品倉(cāng)，外運(yùn)到煉鋼廠。（見圖 1）（ 2）余熱鍋爐系統(tǒng)：根據(jù)轉(zhuǎn)底爐煙氣特點(diǎn)，本著節(jié)約投資，確保系統(tǒng)簡(jiǎn)潔可靠、方便檢修維護(hù)的原則，最終選用了湖州煒業(yè)鍋爐容器制造有限公司及鹽城市鍋爐制造有限公司制造的 2 臺(tái)單壓、臥式、無補(bǔ)燃、自然循環(huán)余熱鍋爐。（ 3）熱力系統(tǒng)：兩臺(tái)余熱鍋爐配一臺(tái)凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)，主蒸汽管道采用單母管制連接。來自兩臺(tái)余熱鍋爐的主蒸汽經(jīng)電動(dòng)主汽閥到主蒸汽母管

8、，主蒸汽經(jīng)單母管送入汽輪機(jī)主汽閥，進(jìn)入汽輪機(jī)中膨脹作功。（ 4）抽汽回?zé)峒肮嵯到y(tǒng)：汽輪機(jī)共有二段抽汽，配有二級(jí)回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)。一級(jí)抽汽供低壓煤氣預(yù)熱器使用、二級(jí)抽汽供低壓除氧器使用。絕對(duì)壓力大于0.1MPa 的抽汽管道上均設(shè)置了具有快關(guān)功能的抽汽逆止閥。在汽機(jī)甩負(fù)荷或者加熱器水位超過危險(xiǎn)值時(shí)，聯(lián)鎖關(guān)閉逆止閥以防止汽機(jī)超速和疏水倒灌進(jìn)入汽機(jī)引起大軸彎曲。3.3 工藝簡(jiǎn)圖轉(zhuǎn)底爐工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)圖余熱發(fā)電工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)圖4 日鋼固廢轉(zhuǎn)底爐項(xiàng)目效益與運(yùn)行狀況4.1 企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益（1）日照鋼鐵廠鋼鐵產(chǎn)能已達(dá)1250 萬噸，高爐煤氣全采用干法除塵， 粉塵年產(chǎn)生量45.6 萬噸。轉(zhuǎn)爐煙氣采用濕法除塵，污泥濃縮壓濾后，

9、含水37.5%，年產(chǎn)生量46.8 萬噸，折干量 29.3 萬噸。（ 2）日鋼固廢轉(zhuǎn)底爐處理含鋅粉塵過程， 年回收鋅灰量7000 噸，鋅灰單價(jià)3000 元/ 噸，年回收鋅灰收入2100 萬元，年可產(chǎn)18 多萬噸金屬化球團(tuán)（扣除定修）。（見圖 3）（ 3）余熱發(fā)電項(xiàng)目充分回收利用轉(zhuǎn)底爐煙氣余熱用于發(fā)電，既降低轉(zhuǎn)底爐工序能耗， 同時(shí)創(chuàng)造了巨大的發(fā)電效益。（見圖 4、 5）4.2 社會(huì)效益分析我國(guó)發(fā)展轉(zhuǎn)底爐技術(shù)應(yīng)定位于處理鋼鐵廠產(chǎn)生的含鐵固體廢棄物， 解決了高爐風(fēng)口堵塞、爐況難行、能耗高問題。轉(zhuǎn)底爐直接還原技術(shù)回收了金屬化球團(tuán)和富鋅粉塵，同時(shí)煙氣余熱回收于發(fā)電，不僅使固體廢棄物中的有價(jià)資源得到充分利用

10、，而且使熱能得到循環(huán)利用，減少當(dāng)?shù)赜沙Ｒ?guī)火電廠帶來的 SO2、粉塵之類的大氣污染物；減少對(duì)于化石資源的開采和消耗，促進(jìn)資源節(jié)約；有助于改善當(dāng)?shù)氐哪茉唇Y(jié)構(gòu)，提高能源安全。4.3 存在問題及改進(jìn)情況（ 1）余熱發(fā)電現(xiàn)在運(yùn)行中存在的問題集中在余熱鍋爐，轉(zhuǎn)底爐余熱鍋爐運(yùn)行情況并不理想，余熱鍋爐的運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)值偏差較大。主汽流量壓力設(shè)計(jì)值在 3.82Mpa 、33t/h而實(shí)際運(yùn)行壓力流量在 1.8Mpa 、18t/h 左右。（ 2）由于初期選擇清灰方式不合理，造成換熱器中沉積結(jié)塊，煙道堵塞，停爐清灰，影響生產(chǎn)。余熱鍋爐內(nèi)煙氣粉塵成分復(fù)雜，粉塵的粘性大，爐膛受熱面積灰嚴(yán)重，對(duì)其爐膛的換熱效率影響較大，現(xiàn)

11、已安裝在線機(jī)械振打裝置，進(jìn)行定期在線清灰。（ 3）鍋爐尾部設(shè)有布袋除塵系統(tǒng)， 由于排煙溫度較高，除塵布袋損壞率較高，后期通過在余熱鍋爐尾部配裝煤氣預(yù)熱器和熱風(fēng)爐將排煙的熱能轉(zhuǎn)換成煤氣和助燃空氣的物理熱，同時(shí)在布袋除塵器進(jìn)口煙道設(shè)置摻冷風(fēng)口，用于控制排煙溫度。（ 4）余熱鍋爐爐堂第三室后墻拉稀后膨脹節(jié)至 6#過熱器之間的距離短，過熱器迎風(fēng)面振打下的粉塵無法進(jìn)入灰斗，造成不斷堆積，將煙道堵塞，現(xiàn)已將拉稀管至過熱器入口區(qū)域，增加人孔門及打焦孔，膨脹節(jié)后增加一節(jié)灰斗，拉稀管改為上下聯(lián)箱形式。5 結(jié)論（ 1）轉(zhuǎn)底爐工藝在處理鋼廠含鋅粉方面的優(yōu)勢(shì)在日鋼已得到充分體現(xiàn)，充分回收鋼廠固體廢棄物有價(jià)元素，變廢為

12、寶，為公司創(chuàng)造了巨大效益。（ 2）轉(zhuǎn)底爐余熱發(fā)電降低工序能耗，促進(jìn)資源節(jié)約，增加企業(yè)的效益；提升了集團(tuán)公司能源管理的水平，順應(yīng)了國(guó)家的節(jié)能戰(zhàn)略及公司“時(shí)間日鋼、創(chuàng)新日鋼、效益日鋼、物流日鋼、品牌日鋼、綠色日鋼、和諧日鋼”的創(chuàng)新理念。（ 3）提升了集團(tuán)公司能源管理水平，推進(jìn)了節(jié)能技術(shù)進(jìn)步，提升日照鋼鐵與同行業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)與鋼鐵生產(chǎn)的有效結(jié)合。提升了能源管理的手段及方法，形成了一套良好的運(yùn)行管理機(jī)制，為今后能源管理體系健全奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（ 4）在一定程度上緩解了公司的外購(gòu)能源的壓力，大大減少溫室排放，收到了良好的社會(huì)效益。因此固廢轉(zhuǎn)底爐及余熱發(fā)電項(xiàng)目在日照鋼鐵的成功應(yīng)用在同行業(yè)具有較強(qiáng)的的推廣價(jià)值。參考文獻(xiàn)1 王定武 .轉(zhuǎn)底爐工藝直接還原的現(xiàn)狀和前景J.冶金管理， 2007（ 12） .2 黃潔