冶煉高耗能鋼電力系統(tǒng)余熱利用方案

冶煉高耗能鋼電力系統(tǒng)余熱利用方案

0加快推廣節(jié)能減排新技術(shù)新產(chǎn)品現(xiàn)階段，中國經(jīng)濟快速發(fā)展，各項建設(shè)取得了巨大成功。同時，國家非常重視溫室氣體排放，加強節(jié)能減排，應(yīng)對世界氣候變化對環(huán)境的影響。新修訂的《中華人民共和國節(jié)約能源法》要求在工業(yè)領(lǐng)域加快推進鋼鐵、有色、化工、建材等重點用能行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能減排工作,高耗能行業(yè)的余熱利用已成為國家十大重點節(jié)能工程之一。本文闡述了煉鋼電爐的余熱利用技術(shù)和應(yīng)用情況。1煙氣余熱利用電爐冶煉在我國鋼鐵行業(yè)相當普遍,用于冶煉優(yōu)質(zhì)鋼。電爐煉鋼具有投資少,冶煉鋼種多等優(yōu)點。電爐在冶煉過程中產(chǎn)生大量的熱煙氣,煙氣的顯熱占總煉鋼能耗的13%～20%,是可利用的能源。電爐煙氣在未利用的情況下,從電爐出來后進入沉降室,然后經(jīng)水冷煙道和機力風(fēng)冷機冷卻后進入布袋除塵器,最后經(jīng)煙囪排出。電爐煙氣在除塵之前必須把煙氣溫度降到布袋除塵器能承受的溫度以下,現(xiàn)有的降溫方式(水冷煙道和機力風(fēng)冷)非但沒有利用煙氣余熱,反而還要消耗大量電能和水資源(如水冷煙道在運行時,需要使用大量循環(huán)冷卻水對高溫?zé)煔膺M行冷卻,這種方式既消耗了大量電能,又損失大量的循環(huán)冷卻水)。傳統(tǒng)的電爐煙氣余熱利用主要有預(yù)熱廢鋼和汽化冷卻產(chǎn)生蒸汽兩種方式。廢鋼預(yù)熱技術(shù)的初始投資較大,同時存在廢鋼預(yù)熱溫度低、溫升不均勻、預(yù)熱通道漏風(fēng)量大、風(fēng)機電耗較高、車間內(nèi)占地面積大、煙氣的顯熱利用效率較低等問題,未能普遍推廣;汽化冷卻余熱利用是在原水冷煙道的基礎(chǔ)上把水冷改為汽化冷卻,類似于煉鋼轉(zhuǎn)爐的汽化冷卻,主要是通過輻射換熱回收余熱。但受煉鋼過程周期變化的影響,產(chǎn)出的余熱蒸汽時有時無。如蒸汽系統(tǒng)中沒有設(shè)蓄熱器,蒸汽直接接入廠區(qū)蒸汽管網(wǎng)時,勢必沖擊管網(wǎng)壓力,對生產(chǎn)不利;增設(shè)蓄熱器后,蒸汽利用狀況得到極大的改善,但單獨利用此項技術(shù),煙氣排煙溫度仍很高(>300℃),不能充分回收煙氣余熱。2汽化冷卻煙道改造基于電爐余熱利用現(xiàn)狀,國內(nèi)開發(fā)出了一種新的余熱利用方式——余熱發(fā)電,它可以顯著提高能源利用率,進一步降低企業(yè)煉鋼能耗。下面結(jié)合某鋼鐵公司電爐余熱發(fā)電項目作進一步說明。該公司有兩臺150t電爐。電爐工作時,煙氣的流量、溫度隨著冶煉周期中的一次加料、冶煉、二次加料、冶煉、出鋼的階段變化而變化,處于周期波動中。圖1、圖2是該鋼鐵公司電爐煙氣的流量和溫度實測情況。根據(jù)煙氣的特點,經(jīng)多方比較,采用如下余熱利用方案:飽和蒸汽蓄熱發(fā)電;運行模式為以熱定電。余熱發(fā)電裝置包括汽化冷卻煙道、余熱鍋爐、蒸汽蓄熱器、凝汽式汽輪發(fā)電機組及相關(guān)設(shè)備;兩套汽化冷卻煙道、兩臺鍋爐共用一套蒸汽蓄熱器和發(fā)電機組。本方案的特點是系統(tǒng)簡單安全,可靠性好,不需補充其他燃料或能源,運行操作簡單方便。電站設(shè)計參數(shù)的選擇按年發(fā)電量最大化考慮,機組裝機容量10MW。汽化冷卻煙道是由原水冷煙道改造而成,改造后的煙氣流程是:煙氣從電爐出來后進入沉降室,預(yù)除塵后進入和余熱鍋爐連為一體的汽化煙道,出來后進入余熱鍋爐前的沉降室,再次除塵后通過余熱鍋爐降溫、進入尾部除塵器,詳見圖3。余熱鍋爐并聯(lián)旁路煙道,當余熱鍋爐出現(xiàn)故障時,可以隨時切換讓煙氣進入旁路煙道,通過噴霧冷卻器后再進入除塵器,以此保證余熱發(fā)電對電爐生產(chǎn)的影響降到最小。改造后的煙氣系統(tǒng)阻力小于原煙氣阻力,可以充分利用原引風(fēng)機。汽化煙道整體水平排放,分段布置,強制循環(huán);余熱鍋爐立式布置、自然循環(huán)。汽化煙道和鍋爐工作壓力為2.1MPa。產(chǎn)生的蒸汽發(fā)電后,其冷凝水經(jīng)真空除氧器除氧后通過給水泵進入省煤器,水在省煤器被加熱后從出口集箱送出,一部分進入鍋爐的鍋筒中;鍋筒中的水通過下降管流入蒸發(fā)器和膜式壁,在這里被加熱后的汽水混合物再引入鍋筒中,而后從鍋筒引出飽和蒸汽;另一部分進入汽化冷卻煙道的鍋筒中,經(jīng)強制循環(huán)泵流經(jīng)受熱面吸熱后產(chǎn)生飽和蒸汽,兩股蒸汽分別引入蒸汽蓄熱器中,再從蒸汽蓄熱器中引出穩(wěn)定的蒸汽送入汽輪機發(fā)電。鍋爐結(jié)構(gòu)見圖4,汽化冷卻煙道結(jié)構(gòu)見圖5。由于電爐周期性作業(yè),導(dǎo)致煙氣熱源周期性波動,產(chǎn)生的蒸汽熱源也處于波動中。本發(fā)電系統(tǒng)采用蓄熱器來平衡蒸汽波動,保證發(fā)電機組的穩(wěn)定運行。蓄熱器設(shè)計壓力在2.2MPa以上,工作壓力在1～2MPa之間。通過蓄熱器穩(wěn)流后,1MPa的飽和蒸汽進入帶中間再熱的汽輪機組發(fā)電。由于電爐煙氣中含有大量的粉塵,設(shè)計了燃氣沖擊波吹灰器對鍋爐受熱面進行吹灰。利用燃氣爆燃產(chǎn)生的強大沖擊力將翅片受熱面上附著的灰塵吹落,一部分被煙氣帶走,一部分落在灰斗內(nèi),由輸灰系統(tǒng)排出。3剩余鍋爐的運行目前余熱電站已建好,經(jīng)過調(diào)試和整改后,系統(tǒng)運行基本穩(wěn)定。但在試運行階段,暴露出一些問題,現(xiàn)將原因分析、改進措施及結(jié)果介紹如下。3.1汽包水位超標計算的改進措施由于缺乏經(jīng)驗,原余熱汽包按常規(guī)余熱鍋爐汽包設(shè)計,直徑為?1600mm,汽包水位波動范圍按±150mm考慮。系統(tǒng)在運行中,由于電爐煙氣的周期性變化,導(dǎo)致汽化煙道和鍋爐的汽包水位波動頻繁,波動范圍達±350mm以上,經(jīng)常出現(xiàn)汽包水位超出測量裝置的量程而無法檢測的情況。改進措施是:一方面可增大汽包水位測量量程;另一方面增大汽包直徑至?2000mm,以增大鍋水體積急劇膨脹的吸收量,減少水位波動。3.2對鍋爐吹灰的認識不足造成了吹灰器間的距離出現(xiàn)規(guī)制鍋爐在運行初期,吹灰效果明顯,鍋爐出力能達到設(shè)計參數(shù),但運行一段時間后,鍋爐出力逐漸下降。打開人孔門檢查時發(fā)現(xiàn):在吹灰管的正下方,受熱面基本不積灰,而在遠離吹灰管的地方,鍋爐受熱面積灰嚴重,導(dǎo)致?lián)Q熱迅速減弱,產(chǎn)汽量下降。我們知道:電爐煙塵的特點是粒徑小且輕,小于5～10μm的粒徑占大部分,容易吸附在受熱面表面上。檢查發(fā)現(xiàn),原吹灰器間的距離為2500mm,超出了電爐灰的有效吹灰范圍,導(dǎo)致吹灰效果大打折扣。改進措施是:增加吹灰點數(shù),縮短吹灰器間的距離,使其控制在1600mm左右。這樣吹灰效果大大增強。3.3人工清灰和煙氣整理鍋爐運行時,通過吹灰裝置清除的受熱面積灰落在鍋爐下面的4個灰斗中,再通過灰斗下面的星形卸料閥排出。開爐初期,鍋爐排灰正常,但運行一段時間后,卸料閥不再排灰,落灰積聚在灰斗里,隨著時間的延長,整個灰斗積滿了電爐灰塵,并逐漸堵塞了鍋爐煙氣進口通道(見圖6),最后不得不停爐進行人工清灰。原因分析:鍋爐運行時從受熱面吹落下來的積灰流到灰斗中,由于小灰粒具有較大的表面積和表面能,當與灰斗內(nèi)壁接觸時,依靠分子力吸附在壁面上;同時煙氣流中的飛灰可被感應(yīng)帶有靜電荷,灰分粒徑小于10μm時,灰粒之間也由于表面能和相互之間的靜電力克服重力而吸附在一起。由于鍋爐進口煙溫變化大,最高溫達1000℃,煙氣進口處的灰斗里面采用耐火混凝土進行絕熱保溫,壁面相對比較粗糙,靠機械作用能拉住部分灰掛在壁面上。以上原因造成灰粒在灰斗中分散性大、流動性差,流動不暢而堵塞。停爐檢查時還發(fā)現(xiàn):鍋爐在安裝時,由于施工不注意,導(dǎo)致灰斗下部和星形卸料閥之間形成一個小突臺(見圖7),導(dǎo)致灰斗中的灰不能順暢流到星形卸料閥而沉積。同時在停爐清灰的時候,發(fā)現(xiàn)部分星形卸料閥的進口被灰斗中掉落的大塊混凝土卡住而導(dǎo)致灰排不出去(見圖8)。4家產(chǎn)業(yè)政策改進措施利用煉鋼電爐的煙氣進行余熱發(fā)電,是一項有益的技術(shù)措施,它可以顯著提高能源利用率,進一步降低噸鋼能耗,有利于企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,增強企業(yè)的市場競爭力,且余熱發(fā)電項目符合國家產(chǎn)業(yè)政策,其社會效益和經(jīng)濟效益十分顯著,值得大力推廣。改進措施:首先打掉灰斗中的凸臺,用鋼板制作一個連接煙道,使灰斗的灰順暢流到星形卸料閥入口;在連接煙道一側(cè)裝一個檢查