邯鋼燒結(jié)余熱發(fā)電技術創(chuàng)新與應用范文

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1方案制定

1.1煙氣系統(tǒng)工藝流程

設計安裝兩條煙道將環(huán)冷機1#和2#煙囪與雙壓余熱鍋爐的煙氣入口相連接。通過這兩條煙道將環(huán)冷機1#和2#煙囪的高溫煙氣分別引入余熱鍋爐，高溫煙氣在鍋爐內(nèi)放熱，余熱鍋爐排出的冷煙氣通過循環(huán)風機回鼓至環(huán)冷機的底部重新吸收環(huán)冷機臺車上燒結(jié)礦的熱量后向上進入環(huán)冷機1#和2#煙囪。這樣布置的工藝流程好處在于：第一、可以同時停開兩臺環(huán)冷機的鼓風機，以提高進入余熱鍋爐的煙氣溫度和節(jié)約環(huán)冷機系統(tǒng)電耗。第二、煙氣的循環(huán)利用可以大幅提高余熱鍋爐能量回收效率。第三、可以大幅減少煙氣排空所造成的礦塵污染，改善生產(chǎn)區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量。第四、用回風冷卻燒結(jié)礦可以減少燒結(jié)礦與冷卻風的溫差，減少高溫礦料因急劇冷卻產(chǎn)生的破碎現(xiàn)象，提高燒結(jié)礦的品質(zhì)。為了切實保證環(huán)冷機主體生產(chǎn)不受燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的影響，在余熱鍋爐的尾部設置有補冷風口，在回鼓管道上設置有煙氣應急放散口，以便調(diào)節(jié)回鼓煙氣的溫度和處理突發(fā)事故。

1.2蒸汽發(fā)電系統(tǒng)工藝流程

本工程蒸汽發(fā)電系統(tǒng)配置有1臺雙壓余熱鍋爐和1臺補汽、凝汽式汽輪發(fā)電機組。雙壓余熱鍋爐產(chǎn)生的中壓過熱蒸汽通過布置在汽機間的中壓蒸汽管，送往汽輪機主汽閥進口，低壓蒸汽經(jīng)補汽管道進入汽輪機的補汽閥進口。主蒸汽和補汽通過不同的入口進入汽輪機，帶動汽輪機做功發(fā)電。做完功的蒸汽在凝汽器內(nèi)冷凝后由凝結(jié)水泵送回鍋爐繼續(xù)吸熱，再變成過熱蒸汽送往汽機。

2創(chuàng)新與應用

2.1減少環(huán)冷機上部煙罩漏風為核心的柔性密封技術

在燒結(jié)礦質(zhì)量相對穩(wěn)定的情況下，減少環(huán)冷機上部煙罩漏風是提高煙氣溫度和發(fā)電量的關鍵技術。由理論和實踐可知，冷風漏進煙罩內(nèi)以后會對高溫煙氣產(chǎn)生冷卻作用，造成煙氣溫度降低，在余熱鍋爐內(nèi)的換熱效率下降，發(fā)電量降低；高溫煙氣從煙罩內(nèi)漏出，同樣造成熱量的損失，使得進入鍋爐的熱量減少，而影響發(fā)電量。為了攻克這一難題，本項目開展了從煙罩漏風各個結(jié)構裝置控制到操作工藝控制的全面技術研究。包括環(huán)冷機臺車上部柔性自吸密封技術、煙罩端部動態(tài)密封技術、煙罩內(nèi)部負壓動態(tài)控制防泄漏技術等。應用并形成專利1項。關鍵技術如下：

2.1.1環(huán)冷機臺車上部柔性自吸密封技術

燒結(jié)余熱發(fā)電最關鍵的核心問題是能否將環(huán)冷機余熱收集過來。收集的多少，直接關系到余熱發(fā)電量的多少和效益高低。余熱收集的關鍵是環(huán)冷機臺車兩側(cè)與煙罩的動密封。目前國內(nèi)外多采用金屬密封、高溫橡膠密封及水密封，因環(huán)冷機都不同程度存在設備跑偏、煙罩受熱變形等問題。如采用金屬硬密封不可避免存在密封間隙大、漏風嚴重問題，使煙氣溫度降低發(fā)電量減少。如采用高溫橡膠密封，高溫橡膠在400~500℃的溫度下工作，會在不長時間內(nèi)高溫老化，橡膠嚴重變形硬化，密封間隙密增大，密封效果變差漏風增大。采用水密封設備運行一段時間水槽積塵嚴重運轉(zhuǎn)困難，技術也不過關。為此自主創(chuàng)新，經(jīng)多次試驗，設計成功了以硅酸鋁纖維布為主要密封材料的環(huán)冷機余熱回收臺車的密封裝置。將該密封裝置安裝在煙罩與臺車兩側(cè)的縫隙處，通過在柔性密封墊上施加預壓緊力，實現(xiàn)預密封，再跟負壓控制技術結(jié)合，實現(xiàn)柔性密封墊的自吸密封。并通過楔形銷速拆裝技術實現(xiàn)了柔性密封墊的迅速拆裝維護。該密封裝置具有耐高溫不變形、柔性好密封嚴、價格低廉更換方便等優(yōu)點，完全不會出現(xiàn)因為臺車跑偏和煙罩變形造成密封間隙大而漏風的問題。該技術已申請專利《一種環(huán)冷機余熱回收臺車的密封裝置》，國家專利受理號：201320060653.X。

2.1.2煙罩端部動態(tài)密封技術環(huán)冷機臺車上部煙罩兩端的空隙雖然相對較小，但其所處位置的漏風同樣影響余熱的利用率和發(fā)電量。為此設計了自由擺動擋板，將擋板通過可旋轉(zhuǎn)的軸銷吊裝在煙罩兩端部的上側(cè)，下側(cè)與燒結(jié)礦接觸。由于其上部是可旋轉(zhuǎn)的，當燒結(jié)礦的料層加厚時，擋板會隨著的燒結(jié)礦的向后移動而以上部軸銷為中心也向后擺動，當燒結(jié)礦的料層減薄時，擋板會在自重的作用下又趨向于垂直的位置，這就實現(xiàn)了擋板的下邊緣始終與燒結(jié)礦的上表面接觸，從而實現(xiàn)煙罩端部的動態(tài)密封。這種密封結(jié)構簡單，可現(xiàn)場制作也可以提前預制。

2.1.3煙罩內(nèi)部負壓動態(tài)控制防泄漏技術為了輔助配合上述煙罩柔性自吸密封裝置的工作，正常生產(chǎn)中的操作也很重要。因為上述柔性密封裝置的密封墊為纖維布，在煙罩內(nèi)是負壓狀態(tài)時，密封墊會因為負壓的作用而更加緊密的貼近密封面，實現(xiàn)更嚴密的密封，而如果煙罩內(nèi)為正壓狀態(tài)時，密封墊就會被內(nèi)部的高溫煙氣吹起而產(chǎn)生高溫煙氣向外的泄漏。因此在運行過程中保持煙罩內(nèi)適當?shù)呢搲菏欠浅１匾摹榇嗽跓熣謨?nèi)安裝了測負壓傳感器，將傳感器的信號引至主控制的操作監(jiān)控臺，通過監(jiān)視負壓的變化隨時調(diào)整循環(huán)風機擋板的開度，保證煙罩內(nèi)負壓在一定范圍穩(wěn)定運行。通過上述技改后的實施，減少了環(huán)冷機冷風漏風率90%以上，提高了煙氣溫度10℃，每小時提高發(fā)電機組發(fā)電量300kWh。按照年運行8000h計算，年提高發(fā)電量240萬kWh，按每度電平均價格0.56元計算，全年直接經(jīng)濟效益可達130余萬元。

2.2消除高溫煙氣管道非同步沉降對環(huán)冷機主體設備影響為核心的柔軟連接技術

435m2燒結(jié)余熱發(fā)電項目中，高溫煙道基礎在環(huán)冷機內(nèi)場地中，要求支架基礎沉降量很小，否則將對環(huán)冷機產(chǎn)生很大的向下壓力，使環(huán)冷機臺車變形造成停產(chǎn)。原設計為混凝土預制樁，但因在環(huán)冷機內(nèi)受場地狹小限制，打樁機無法進入場地，此方案行不通。設計單位又制定了人工挖樁的方法，但因場地地下水位近-2m，附近就是運行的冷卻風機，振動較大無法施工此方案也不行。請市內(nèi)地基設計專業(yè)設計院，出了幾個方案仍然行不通，場地地面下2m以上為回填土沒有什么承載力，如對地基不做有效處理，一旦發(fā)生較大沉降會造成環(huán)冷機損壞，本項目組創(chuàng)新思路，將基礎不允許下沉改為可以適當均勻下沉，創(chuàng)造性的采用了在高溫煙道上安裝非金屬膨脹節(jié)，用于吸收下沉量，以柔性連接代替剛性連接的創(chuàng)新方案，這樣基礎可只做簡單加固處理即可滿足要求，徹底解決了環(huán)冷機場地內(nèi)高溫煙道基礎因受場地限制無法施工這一難題，保證了工程順利實施。

2.3消除鍋爐汽包水位計液位劇烈波動為核心的汽包水位計液位穩(wěn)定技術

雙壓余熱鍋爐調(diào)試運行期間，中低壓汽包就低水位波動較大，影響鍋爐安全運行。經(jīng)過拆開汽包認真分析，發(fā)現(xiàn)造成水位波動原因是因為蒸發(fā)器管路進入汽包后汽水混合物直接沖擊造成汽包水位劇烈波動。針對這個缺陷，對汽包內(nèi)部水位計的汽、水管出口進行了改善，自主設計研發(fā)了水位計液位穩(wěn)定裝置，改造安裝后應用效果良好，解決了汽包水位較大波動問題。形成專利1項，技術交底書已報公司，已申報《汽包水位計液位穩(wěn)定裝置》實用新型專利。

2.4消除自除氧器除氧頭滿水為核心的蒸汽前導平衡技術

雙壓余熱鍋爐自投運后，鍋爐自除氧器一直無法正常投入，水箱溶解氧嚴重超標。打開除氧頭頂部排氣門時，排氣管滿管向外流水，打開除氧器中間人孔附近的DN15壓力表閥門，也是滿管流水。根據(jù)以上現(xiàn)象判斷為除氧頭填料以上部分處于滿水狀態(tài)。經(jīng)多次調(diào)整除氧蒸汽閥開度及除氧頭排汽閥開度均無效。如除氧器不能及時正常投入，鍋爐會在短時間內(nèi)造成嚴重腐蝕，如長期運行將會造成鍋爐因腐蝕而報廢的嚴重后果。多次與總承包單位聯(lián)系，要求拿出整改方案，但他們始終找不到原因，又與除氧器生產(chǎn)廠家該產(chǎn)品的設計人員直接聯(lián)系，他也找不到具體原，因拿不出改造方案。經(jīng)認真分析研究我們認為除氧器本身存在結(jié)構缺陷，需改造處理，制定了具體改造方案，利用停爐檢修機會對除氧器內(nèi)部淋水盤結(jié)構進行了改造，加裝了前導蒸汽平衡系統(tǒng)，通過將自除氧蒸汽分出一部分前導引至除氧頭淋水盤的上部，解決了除氧頭滿水問題，實現(xiàn)了除氧器的正常運行。改造后除氧效果良好，在鍋爐不添加任何輔助除氧藥劑的情況下，實際運行中鍋爐給水溶解氧含量≤8μg/L，優(yōu)于國家標準，國家標準要求不高于15μg/L（此標準數(shù)據(jù)摘自《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設備水汽質(zhì)量》GB/T12145-2008）。徹底解決了余熱鍋爐自除氧器因滿水而不能除氧這一技術難題。此技術成果正在申報專利。

3項目實施效果

3.1主要經(jīng)濟技術達指標國內(nèi)同行業(yè)領先水平

項目實施后，435m2燒結(jié)環(huán)冷機余熱實現(xiàn)了高效回收利用，日最大噸礦發(fā)電量達到20.86kWh/t，燒結(jié)余熱發(fā)電利用水平步入了行業(yè)領先水平。鍋爐給水溶解氧指標方面，在鍋爐不添加任何輔助除氧藥劑的情況下，實際運行中鍋爐給水溶解氧含量≤8μg/L，優(yōu)于國家標準，國家標準要求不高于15μg/L（此標準數(shù)據(jù)摘自《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設備水汽質(zhì)量》GB/T12145-2008）。燒結(jié)環(huán)冷機上部煙罩密封技術國內(nèi)領先，環(huán)冷機煙罩的漏風率從大約50%降低到20%以下，煙氣溫度提高了10℃。

3.2形成4項專利技術

本項目共形成專利4項，其中1項發(fā)明和1項實用新型正在申請，1項實用新型已報公司知識產(chǎn)權科，正等待申請?zhí)枺?項實用新型國家已受理。

3.3緊跟國家前沿政策，為國家鋼鐵工業(yè)節(jié)能和低碳探索經(jīng)驗

我國鋼鐵工業(yè)節(jié)能和低碳發(fā)展技術發(fā)展目標中，針對重點鋼鐵企業(yè)，到2020年，要求燒結(jié)礦顯熱回收利用技術、煤調(diào)濕（CMC）和電爐煙氣余熱回收技術等節(jié)能技術的普及率提高到50%（摘自《2011～2020年中國鋼鐵工業(yè)科學與技術發(fā)展指南》）。在我國鋼鐵工業(yè)節(jié)能和低碳發(fā)展關鍵技術中要求加快推廣的關鍵技術共有5項，燒結(jié)礦余熱發(fā)電技術是其中1項。在我國鋼鐵工業(yè)節(jié)能和低碳發(fā)展關鍵技術中要求積極探索、研發(fā)、加快工程化的關鍵技術共有9項，排在前2項的分別是中低溫煙氣余熱回收與利用技術和鋼鐵企業(yè)余熱蒸汽綜合利用技術。本項目既是對燒結(jié)礦顯熱回收利用技術的具體實踐，又是對鋼鐵企業(yè)余熱蒸汽綜合利用技術的積極探索，為其他鋼鐵企業(yè)繼續(xù)推進節(jié)能和低碳關鍵技術提供了寶貴的經(jīng)驗。

3.4經(jīng)濟和社會效益

該項目實施以來，經(jīng)濟效益和社會效益均顯著。燒結(jié)發(fā)電機組平均發(fā)電功率約10MW,平均對外供電比例為75%。按照每年運行8000h計算，直接創(chuàng)造經(jīng)濟效益3360萬元，降低生產(chǎn)工序能耗30400t標煤，環(huán)保方面每年二氧化碳減排量為72960t。（本文來自于《冶金動力》雜志。《冶金動力》雜志簡介詳見.）

作者：呂金奎趙獻峰單位：河北鋼鐵股份有限公司邯鄲分公司能源中心