馬鋼燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)課件

馬鋼燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)汪保平吳朝剛劉長青顧云松宋磊馬鋼燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)汪保平吳朝剛劉長青顧云松宋磊1前言

余熱發(fā)電的可行性研究

方案設(shè)計及工藝簡介

項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)行實(shí)踐技術(shù)經(jīng)濟(jì)與社會環(huán)境效益分析進(jìn)一步提高發(fā)電量工作設(shè)想

馬鋼燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)馬鋼燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)2前言

馬鞍山鋼鐵股份有限公司第二煉鐵總廠有兩座2500m3和一座1000m3高爐，配備兩臺300m2燒結(jié)機(jī)，兩臺帶式冷卻機(jī)面積分別為336m2，每臺帶冷機(jī)前三個煙罩排煙溫度平均可達(dá)380℃，總排氣量近40萬m3/h。由于原設(shè)計沒有余熱回收利用，致使大量具有較高熱焓的煙氣全部通過煙囪排空，不僅浪費(fèi)了寶貴的能源，而且也污染了環(huán)境。因此對燒結(jié)帶冷廢氣余熱進(jìn)行有效回收利用，對馬鋼推行節(jié)能降耗、改善環(huán)境、拓展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。前言 馬鞍山鋼鐵股份有限公司第二煉鐵總廠有兩座3前言

冷卻煙氣余熱利用有兩種方式：一類是動力利用，即將余熱轉(zhuǎn)換為電能或機(jī)械能；另一類是熱利用，即利用余熱來預(yù)熱空氣，干燥產(chǎn)品、供應(yīng)熱水或蒸汽以及供暖和制冷等。目前國內(nèi)燒結(jié)冷卻機(jī)余熱利用一般都是采用熱利用方式，主要有：將廢氣返回到燒結(jié)料層，作為燒結(jié)助燃空氣用；預(yù)熱助燃空氣作為點(diǎn)火爐的助燃風(fēng)；通入二次混料機(jī)內(nèi)或點(diǎn)火爐前預(yù)熱混合料；通過余熱鍋爐或熱管技術(shù)產(chǎn)生蒸汽，送入管網(wǎng)。前言冷卻煙氣余熱利用有兩種方式：一類是動力利用4前言

從能源利用的有效性和經(jīng)濟(jì)性角度看，將余熱用來發(fā)電或作為動力直接拖動機(jī)械是最為有效的利用方式。因此馬鋼選擇了余熱發(fā)電方式來回收300m2燒結(jié)機(jī)冷卻機(jī)余熱，該工程于2004年9月1日正式開工，2005年9月6日順利并網(wǎng)發(fā)電，是我國鋼鐵企業(yè)燒結(jié)系統(tǒng)第一次實(shí)施的低溫廢氣余熱發(fā)電的項(xiàng)目。前言 從能源利用的有效性和經(jīng)濟(jì)性角度看，將余熱5余熱發(fā)電的可行性研究１.余熱情況調(diào)研

國內(nèi)中低溫廢氣余熱利用情況燒結(jié)煙氣余熱回收多數(shù)采用的是熱管技術(shù)，但其換熱效率較低，蒸汽產(chǎn)生量少。寶鋼和太鋼燒結(jié)帶冷機(jī)的余熱，都是采用余熱鍋爐回收技術(shù)。安徽海螺集團(tuán)的寧國水泥廠回轉(zhuǎn)窯有一套余熱發(fā)電設(shè)施可供借鑒。該技術(shù)及全套設(shè)備是日本“綠色援助”項(xiàng)目，1998年投產(chǎn)，年發(fā)電量約5500萬kWh。通過將我廠燒結(jié)帶冷機(jī)所產(chǎn)生的煙氣溫度及煙氣量與寧國水泥廠回轉(zhuǎn)窯的煙氣情況進(jìn)行對比，我們得出：馬鋼燒結(jié)帶冷機(jī)所產(chǎn)生的煙氣完全具備發(fā)電條件。

余熱發(fā)電的可行性研究１.余熱情況調(diào)研國內(nèi)中低溫廢氣余熱利用6余熱發(fā)電的可行性研究2.燒結(jié)燃燒過程及溫度場情況我們對混合料在臺車燒結(jié)過程溫度變化情況進(jìn)行跟蹤。是在燒結(jié)機(jī)一節(jié)臺車的側(cè)面距底部150mm、300mm、450mm三個高度處分別鉆一個孔（孔徑12mm），在孔內(nèi)插入不銹鋼管，再在不銹鋼管中裝入熱電偶。當(dāng)點(diǎn)火完成，臺車離開點(diǎn)火爐后，將熱電偶連接到數(shù)字溫度計，并且隨臺車移動，記錄下臺車中燒結(jié)料的燒結(jié)溫度變化過程，直至臺車到達(dá)燒結(jié)機(jī)尾部。從燒結(jié)過程溫度跟蹤測試的分析，在燒結(jié)過程中溫度最高近1300℃，并且點(diǎn)火開始7min后溫度快速上升，然后逐步下降。燃燒過程是由上而下進(jìn)行的，在燒結(jié)機(jī)機(jī)尾處，燒結(jié)料上層溫度降到455℃，底部溫度還在1207℃以上，說明熱源非常充足。余熱發(fā)電的可行性研究2.燒結(jié)燃燒過程及溫度場情況7余熱發(fā)電的可行性研究燒結(jié)機(jī)0～2＃煙囪廢氣溫度、壓力、流量等測試數(shù)據(jù)煙囪（#）煙氣溫度（℃）煙道靜壓（kPa）工況下密度(kg/m3)工況下煙氣流速(m/s)含塵濃度（mg/m3）標(biāo)況流量(m3/h)0507-0.0870.45537.6370.8375341375-0.0200.64216.1057.62617602279-0.0100.71314.5636.390840余熱發(fā)電的可行性研究燒結(jié)機(jī)0～2＃煙囪廢氣溫度、壓力、流量等8方案設(shè)計及工藝簡介1.廢氣設(shè)計參數(shù)的確定 煙溫愈高，循環(huán)效率愈高，因此，設(shè)計中采用了熱風(fēng)循環(huán)方式。研究表明：當(dāng)冷卻介質(zhì)（空氣）初始溫度為50℃時，熱交換后的介質(zhì)比常溫時的要高15℃，而當(dāng)介質(zhì)初溫為120℃時，熱交換后的介質(zhì)初溫比常溫時的要高45℃。考慮到熱風(fēng)循環(huán)將提高廢氣溫度，最終確定如下設(shè)計參數(shù)，廢氣流量：80×104m3/h(兩臺帶冷機(jī)的三個煙囪)；廢氣溫度：380℃～400℃；含塵濃度：0.2～0.9g/m3。方案設(shè)計及工藝簡介1.廢氣設(shè)計參數(shù)的確定9方案設(shè)計及工藝簡介

為了進(jìn)一步提高煙氣溫度并穩(wěn)定煙氣工況參數(shù)。決定采用煙氣循環(huán)的方式。流程如下框圖方案設(shè)計及工藝簡介為了進(jìn)一步提高煙氣溫度并10方案設(shè)計及工藝簡介 鍋爐引風(fēng)機(jī)排出的煙氣分成兩部份：占總量60%的一部份由循環(huán)風(fēng)機(jī)再次將廢氣送入帶冷機(jī)風(fēng)箱，經(jīng)與高溫?zé)Y(jié)礦熱交換后從1號煙囪進(jìn)入鍋爐；占總量40%的另一部份廢氣外排至大氣。煙氣采取循環(huán)利用后，進(jìn)入鍋爐的煙氣預(yù)計比不循環(huán)的方式提高45℃，燒結(jié)礦溫度比正常情況略為提高10℃左右，不影響燒結(jié)冷卻作業(yè)。最終確定如下設(shè)計參數(shù)，廢氣流量：80×104m3/h(兩臺帶冷機(jī)的三個煙囪)；廢氣溫度：380℃～400℃；含塵濃度：0.2～0.9g/m3。燒結(jié)帶冷機(jī)余熱發(fā)電煙氣系統(tǒng)工藝流程見下圖。方案設(shè)計及工藝簡介 鍋爐引風(fēng)機(jī)排出的煙氣分成兩部份：占總量11方案設(shè)計及工藝簡介方案設(shè)計及工藝簡介12方案設(shè)計及工藝簡介工藝設(shè)計與系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定 本余熱回收發(fā)電系統(tǒng)可分為煙氣系統(tǒng)、純水系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)、汽輪發(fā)電系統(tǒng)、設(shè)備冷卻系統(tǒng)等，其工藝流程見圖方案設(shè)計及工藝簡介工藝設(shè)計與系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定13方案設(shè)計及工藝簡介方案設(shè)計及工藝簡介14熱力系統(tǒng)

每臺燒結(jié)機(jī)配備一套煙氣回收輸送系統(tǒng)。燒結(jié)帶冷機(jī)煙罩出口的360℃～395℃廢氣從廢氣鍋爐頂部進(jìn)入廢氣鍋爐（內(nèi)設(shè)過熱器、蒸發(fā)器、省煤器）進(jìn)行熱交換，經(jīng)余熱鍋爐換熱后的過熱蒸汽推動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。 廢氣鍋爐采用臥式自然循環(huán)汽包爐，額定參數(shù)：煙氣溫度395℃、流量40萬m3/h、含塵量≤2g/m3；過熱蒸汽溫度375℃、壓力1.95Mpa、流量37.4t/h。 汽輪發(fā)電機(jī)組采用多級、沖動、混壓、凝汽式，主汽門進(jìn)汽參數(shù)為溫度374℃、壓力20.5MPa（表壓），耗汽量86t/h（含閃蒸器流量），額定功率17.5MW。方案設(shè)計及工藝簡介方案設(shè)計及工藝簡介15水系統(tǒng)

原水經(jīng)過濾、脫氣、陰陽離子交換處理生成純水進(jìn)入純水箱，純水經(jīng)過除氧器、水泵、換熱管束和過熱器產(chǎn)生過熱蒸汽，進(jìn)入汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電后，乏汽經(jīng)冷凝器和凝結(jié)水泵返回純水箱。方案設(shè)計及工藝簡介水系統(tǒng)方案設(shè)計及工藝簡介16

項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)行實(shí)踐

1.項(xiàng)目建設(shè)

馬鋼燒結(jié)帶冷廢氣余熱利用工程，是我國第一次在燒結(jié)系統(tǒng)實(shí)施的低溫廢氣余熱發(fā)電項(xiàng)目，不僅沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可借鑒，而且對其工藝設(shè)備、技術(shù)，工程施工等方面都缺乏認(rèn)識。針對這種情況,公司專門成立項(xiàng)目部，來強(qiáng)化管理、落實(shí)責(zé)任。從前期調(diào)研開始，就不放過任何細(xì)節(jié)，充分領(lǐng)會燒結(jié)帶冷廢氣余熱發(fā)電工藝方案和各種運(yùn)行參數(shù)，從而使整個工程按計劃順利進(jìn)行。與此同時，還對余熱發(fā)電各個崗位的人員進(jìn)行全面系統(tǒng)的理論培訓(xùn)和到兄弟單位進(jìn)行實(shí)際操作培訓(xùn)，并制定了操作規(guī)程、安全規(guī)程以及設(shè)備規(guī)程。項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)行實(shí)踐1.項(xiàng)目建設(shè)17

項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)行實(shí)踐

2.系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)踐

1)運(yùn)行中出現(xiàn)的主要問題（1）原來燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)存在的穩(wěn)定性差、設(shè)備故障率高以及檢修計劃性差的弊端，在余熱發(fā)電系統(tǒng)上來后充分暴露出來，致使機(jī)組運(yùn)行起伏性很大。（2）因沒有可借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)，在煙氣(蒸汽)系統(tǒng)保溫、煙氣流向與循環(huán)風(fēng)機(jī)選擇以及除塵設(shè)備設(shè)置等方面都存在缺陷，導(dǎo)致煙氣溫度及流量偏低，沒有達(dá)到設(shè)計的發(fā)電量。（3）燒結(jié)原、燃料變化以及燒結(jié)終點(diǎn)溫度控制對煙氣溫度影響非常大，實(shí)際運(yùn)行最大出力超17.5MW，最小出力有時在5MW以下。（4）由于認(rèn)識和準(zhǔn)備不足，2005年12月出現(xiàn)了低溫變送器受凍損壞，造成幾次長時間停機(jī)影響發(fā)電量。項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)行實(shí)踐2.系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)踐18

項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)行實(shí)踐

2)改進(jìn)措施（1）提高燒結(jié)系統(tǒng)生產(chǎn)的穩(wěn)定性，設(shè)備運(yùn)行的可靠性，降低工藝參數(shù)波動及非正常停機(jī)對煙氣品質(zhì)的影響，保證燒結(jié)礦熱源的穩(wěn)定性。（2）在保證燒結(jié)礦質(zhì)量的前提下，適當(dāng)降低燒結(jié)終點(diǎn)溫度，提高了燒結(jié)帶冷低溫?zé)煔鉁囟?，使余熱發(fā)電量有所上升。（3）摸索閃蒸器產(chǎn)生的混汽與發(fā)電量的關(guān)系，找出合適的運(yùn)行方式。煙氣余熱發(fā)電采用了閃蒸器產(chǎn)生的混汽發(fā)電新技術(shù)，將省煤器的部分熱水，導(dǎo)入閃蒸器進(jìn)行閃蒸，產(chǎn)生飽和蒸汽，和過熱蒸汽一同進(jìn)入發(fā)電機(jī)發(fā)電，隨著閃蒸器產(chǎn)生的混汽量的增加，可以明顯提高發(fā)電量。項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)行實(shí)踐2)改進(jìn)措施19

項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)行實(shí)踐

(4)摸索余熱發(fā)電系統(tǒng)最佳運(yùn)行方式。通過上移帶冷機(jī)拉筋，增加帶冷機(jī)的料層厚度,同時對帶冷機(jī)的速比進(jìn)行摸索，目前基本控制在1.65～1.75之間。為了能夠?qū)Ю錂C(jī)內(nèi)的熱量充分帶出，將兩臺燒結(jié)機(jī)的1#帶冷機(jī)風(fēng)門基本全開。同時，根據(jù)煙溫來確定帶冷0#、1#、2#煙罩煙氣的配比。通過摸索，得出余熱鍋爐的操作要領(lǐng)：在鍋爐啟動階段，其升溫曲線靠逐步開啟鍋爐進(jìn)口擋板和風(fēng)機(jī)風(fēng)門來保證；鍋爐的甩爐操作靠關(guān)閉鍋爐進(jìn)口擋板和風(fēng)機(jī)風(fēng)門來實(shí)現(xiàn)；正常生產(chǎn)時靠引風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度的大小來調(diào)節(jié)煙氣流量以平衡煙氣溫度。燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)受燒結(jié)機(jī)工況影響較大，在煙溫不高的情況下，需調(diào)節(jié)煙氣流量來確保煙氣溫度以滿足發(fā)電需要（在煙氣溫度較低時關(guān)小風(fēng)門降低鍋爐負(fù)荷，避免甩爐；在煙氣溫度較高時全開風(fēng)門提高發(fā)電量）。項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)行實(shí)踐(4)摸索余熱發(fā)電系統(tǒng)最佳運(yùn)行方式。20

項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)行實(shí)踐

（5）改進(jìn)煙氣回收輸送系統(tǒng)。通過現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)煙氣系統(tǒng)的流場分布不合理，煙氣流動不暢的現(xiàn)象。對此，我們采用了隔絕除塵器，對兩臺燒結(jié)機(jī)1#帶冷風(fēng)機(jī)上部煙帽進(jìn)行全密封焊接，以減少熱量損失。增加隔板，減少低溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱發(fā)電系統(tǒng)，調(diào)整鼓風(fēng)冷卻機(jī)風(fēng)門開度等措施，使發(fā)電量提高約10萬kWh/d。（6）改善煙氣系統(tǒng)的保溫性，對煙罩、風(fēng)管、鍋爐、蒸汽管路等加強(qiáng)保溫措施。（7）采取措施減少燒結(jié)機(jī)、帶冷機(jī)上的漏風(fēng)。對兩臺燒結(jié)機(jī)進(jìn)行了漏風(fēng)率測定，并在生產(chǎn)中加大對漏風(fēng)部位的點(diǎn)檢力度；在燒結(jié)機(jī)定修前對漏風(fēng)檢修項(xiàng)目進(jìn)行匯總，以確保各漏風(fēng)部位的檢修到位；發(fā)現(xiàn)帶冷機(jī)密封板異常時立即更換。采取上述措施后，燒結(jié)機(jī)、帶冷機(jī)的漏風(fēng)現(xiàn)象大為改善。項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)行實(shí)踐（5）改進(jìn)煙氣回收輸送系統(tǒng)。通過現(xiàn)場測21項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)行實(shí)踐（8）強(qiáng)化設(shè)備維護(hù)，對設(shè)備存在的問題及時整改，使設(shè)備性能不斷完善，減少了非計劃檢修時間，提升了設(shè)備作業(yè)率。（9）2007年回轉(zhuǎn)窯3#爐改造完畢進(jìn)行并汽。由于引入外部熱源，大大減少了因燒結(jié)停機(jī)而被迫解列的現(xiàn)象。（10）2007年在1#，2＃引風(fēng)機(jī)出口分別增裝插板閥，以此來增加循環(huán)風(fēng)機(jī)煙氣量，提高煙氣溫度,通過技術(shù)改造來改善余熱發(fā)電的工況條件,達(dá)到增加煙氣流量的目的。（11）2007年余熱發(fā)電系統(tǒng)DCS移機(jī)工作順利完成，使發(fā)電系統(tǒng)與燒結(jié)中控的聯(lián)系更加密切，有利于組織協(xié)調(diào)和信息交流，操作控制更為準(zhǔn)確、及時。項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)行實(shí)踐（8）強(qiáng)化設(shè)備維護(hù)，對設(shè)備存在的問題及時整222006年-2009年8月累計發(fā)電23456.39萬kWh,已產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益8725.8萬元，測算如下：經(jīng)濟(jì)效益=（發(fā)電量-自用電量）×銷售電價其中：實(shí)際發(fā)電量：23456.39萬kWh自用電量：23456.39萬kWh×40%銷售電價：0.62元/kWh2006年全年產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益=23456.39×60%×0.62=8725.8（萬元）技術(shù)經(jīng)濟(jì)與社會環(huán)境效益分析

1、經(jīng)濟(jì)效益分析2006年-2009年8月累計發(fā)電23456.323技術(shù)經(jīng)濟(jì)與社會環(huán)境效益分析2006~2009年發(fā)電量（萬kWh）月份12345678910111206408433426448671623557621302611599385074724441891232291437087267927346786430851246774873076965569773071359130224809135406507522733700641691技術(shù)經(jīng)濟(jì)與社會環(huán)境效益分析2006~2009年發(fā)電量（萬kW24從節(jié)約能源角度考慮，馬鋼兩臺300m2燒結(jié)機(jī)帶冷余熱利用發(fā)電后可節(jié)約3萬噸標(biāo)煤/年。從環(huán)境保護(hù)角度考慮，節(jié)約3萬噸標(biāo)煤/年，意味著每年減少排放CO2約8萬噸，SO2約300噸。2.社會與環(huán)境效益分析技術(shù)經(jīng)濟(jì)與社會環(huán)境效益分析從節(jié)約能源角度考慮，馬鋼兩臺300m2燒結(jié)機(jī)帶冷余熱利用發(fā)電25從現(xiàn)場環(huán)境角度考慮，該項(xiàng)目沒有實(shí)施前，燒結(jié)礦鼓風(fēng)冷卻后，大量含鐵粉塵通過煙氣直接排入大氣，即造成現(xiàn)場環(huán)境污染，又浪費(fèi)了資源。項(xiàng)目實(shí)施后，由于煙氣實(shí)現(xiàn)了閉路循環(huán)，含鐵粉塵通過余熱鍋爐的集灰系統(tǒng)閉路收集，返回?zé)Y(jié)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，大大改善了現(xiàn)場環(huán)境，還實(shí)現(xiàn)回收含鐵粉塵10噸/月。技術(shù)經(jīng)濟(jì)與社會環(huán)境效益分析從現(xiàn)場環(huán)境角度考慮，該項(xiàng)目沒有實(shí)施前，燒結(jié)礦鼓風(fēng)冷卻后，大量261.改造煙氣循環(huán)系統(tǒng)，提高冷卻介質(zhì)初始溫度煙氣循環(huán)系統(tǒng)未能有效發(fā)揮作用，我們計劃對循環(huán)風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行