張 健,張 華,任 麗,陳德慶
(張店鋼鐵總廠,山東 淄博 255007)
張鋼新建的180m2燒結(jié)機(jī)配備了1臺190m2環(huán)冷式鼓風(fēng)冷卻機(jī)。由于環(huán)冷機(jī)沒有設(shè)計(jì)安裝余熱回收裝置,燒結(jié)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱散發(fā)到大氣中,造成巨大的能源浪費(fèi)。張鋼有120 t轉(zhuǎn)爐兩座,采用汽化水冷煙道,冷卻過程產(chǎn)生大量的飽和蒸汽,汽化水冷煙道運(yùn)行壓力2.45MPa,后續(xù)配有濕式變壓蓄能器,放熱溫度為170℃,壓力約為1.27MPa。目前每座轉(zhuǎn)爐二次蒸汽產(chǎn)量約15 t/h,均未進(jìn)行利用。棒材軋制工序現(xiàn)有加熱爐1臺,配有蒸汽發(fā)生器,產(chǎn)生的低壓飽和蒸汽溫度為160℃,壓力為0.4MPa,產(chǎn)量約5 t/h,對空排放。此外,兩臺高線加熱爐產(chǎn)生溫度160℃、壓力0.4MPa的低壓飽和蒸汽約10 t/h。新建裝機(jī)容量為12MW的余熱電廠1座,將以上不同生產(chǎn)工序產(chǎn)生的余能、余熱合理回收,將不同壓力、不同溫度的蒸汽和不同溫度的煙氣科學(xué)利用,不僅能夠節(jié)能減排,實(shí)現(xiàn)資源綜合利用,還能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
余熱發(fā)電主要由燒結(jié)機(jī)環(huán)冷臺車、煙氣收集裝置、余熱鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組、工業(yè)水系統(tǒng)、配電裝置和DCS控制系統(tǒng)等組成。
煙氣收集系統(tǒng)由環(huán)冷臺車、封閉式煙罩、切換閥門、煙囪、循環(huán)風(fēng)機(jī)、環(huán)冷風(fēng)機(jī)及環(huán)冷風(fēng)箱等組成。燒結(jié)機(jī)環(huán)冷臺車分成4個冷卻區(qū)段:前2個區(qū)段設(shè)置封閉式煙罩,收集高溫?zé)煔夂偷蜏責(zé)煔猓坏?、4區(qū)段設(shè)置開放式煙罩。前2個區(qū)段上方設(shè)置內(nèi)絕熱煙罩,并分成兩個相對獨(dú)立的區(qū)段,每個區(qū)段均設(shè)置1座煙囪,煙囪上設(shè)置三通管道,配置電動蝶閥,正常工作時切換閥門將煙氣導(dǎo)入鍋爐煙道,在余熱鍋爐停止運(yùn)行時關(guān)閉煙氣進(jìn)入余熱鍋爐的通道,將煙氣直接排入大氣。
從環(huán)冷臺車收集的高溫?zé)煔鉁囟仍?00℃左右,由高溫?zé)焽柽M(jìn)入余熱鍋爐,經(jīng)高壓過熱器吸熱溫度降為300℃左右,壓力與低溫?zé)煔庀嗤?,再與由低溫?zé)焽柽M(jìn)入余熱鍋爐、溫度為290℃左右的低溫?zé)煔饣旌?,一起對爐內(nèi)汽水加熱。不同溫度、壓力的煙氣分別回收利用,實(shí)現(xiàn)了能量的梯度有效利用。煙氣經(jīng)爐內(nèi)吸熱面吸熱后降至145℃左右,經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)排出并送至環(huán)冷風(fēng)箱,再給環(huán)冷臺車高溫區(qū)降溫,經(jīng)高溫區(qū)煙罩收集后又變?yōu)楦邷責(zé)煔?。煙氣密閉循環(huán)使用,能量得到了充分利用。為保證余熱發(fā)電的有效生產(chǎn),環(huán)冷風(fēng)箱相互隔離以免串風(fēng),同時根據(jù)各個區(qū)段的送風(fēng)量合理分區(qū)。
送至余熱鍋爐的凝結(jié)水經(jīng)過加熱器加熱后至除氧器,除氧后的水落至低壓汽包(兼做除氧氣給水箱)。低壓汽包的水至低壓蒸發(fā)器受熱面,產(chǎn)生汽水混合物,通過上升管進(jìn)入低壓汽包,在低壓汽包中分離出低壓飽和蒸汽。小部分低壓飽和蒸汽進(jìn)入除氧器對凝結(jié)水進(jìn)行除氧,大部分低壓飽和蒸汽與來自3臺加熱爐的蒸汽合并后送至主廠房,供汽輪機(jī)補(bǔ)汽。
除氧水從低壓汽包至高壓給水泵,經(jīng)給水泵加壓后,至高壓省煤器,加熱后至高壓汽包。高壓汽包的爐水經(jīng)下降管至高壓蒸發(fā)器,產(chǎn)生汽水混合物,汽水混合物由上升管進(jìn)入高壓汽包,分離出高壓濕蒸汽,與來自兩臺轉(zhuǎn)爐的溫度為170℃、壓力約為0.9MPa的濕蒸汽匯合后進(jìn)入高壓加熱器,加熱成溫度300~350℃、壓力約0.9MPa的過熱蒸汽,匯合至高壓過熱器出口集箱,通過主蒸汽管道送入主廠房,供給汽輪機(jī)。
余熱鍋爐高壓過熱蒸汽由主蒸汽管道送至發(fā)電機(jī)組主廠房,作為汽機(jī)的主汽。經(jīng)電動主汽閥、自動主汽門、高壓調(diào)節(jié)汽門進(jìn)入汽輪機(jī),在汽輪機(jī)內(nèi)部膨脹做功后,排入凝結(jié)器;余熱鍋爐的低壓飽和蒸汽(除氧器自用后剩余4 t/h),與來自軋鋼加熱爐壓力為0.3MPa、溫度為160℃的低壓飽和蒸汽(約13 t/h),經(jīng)由副蒸汽管道送至主廠房,經(jīng)補(bǔ)汽調(diào)節(jié)閥、補(bǔ)汽速關(guān)閥,補(bǔ)入汽輪機(jī)的0.3MPa壓力級膨脹做功后,排入凝結(jié)器。
汽輪機(jī)排汽經(jīng)凝結(jié)器冷卻,凝結(jié)成水落入熱水井。熱水井中的水經(jīng)凝結(jié)泵升壓后,回送至不同的回水點(diǎn)。熱水井設(shè)計(jì)安裝除鹽水補(bǔ)水點(diǎn)1個,設(shè)置自動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)熱水井水位;凝結(jié)水出口母管設(shè)置1個除鹽水補(bǔ)水點(diǎn),以備調(diào)試和起動時使用。凝結(jié)水泵出口母管設(shè)旁路回流系統(tǒng),回流至凝結(jié)器熱水井,滿足水泵啟動需要。
余熱發(fā)電的主要設(shè)備有余熱鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組、配電裝置和DCS控制系統(tǒng)等。
1)余熱鍋爐。根據(jù)收集的余熱余能類型,為最大限度發(fā)揮余能余熱效率,余熱鍋爐采用雙通道進(jìn)氣、雙壓、自除氧(一體化除氧器)、立式煙道、水平螺旋翅片管受熱面、自然循環(huán)型式。余熱鍋爐受熱面包括:高壓過熱器、高壓蒸發(fā)器、高壓省煤器、低壓蒸發(fā)器、一體化除氧器及凝結(jié)水加熱器等。鍋爐主體受熱面采用管箱式分體結(jié)構(gòu),相鄰兩受熱面之間的連接采用180°彎管實(shí)現(xiàn),連接彎管置于煙道之外,不受煙塵氣流的沖刷。更換換熱管無需進(jìn)入煙氣通道內(nèi)部,在管箱兩端即可完成操作。
2)汽輪發(fā)電機(jī)組。根據(jù)鍋爐產(chǎn)生的兩種蒸汽壓力和加熱爐產(chǎn)生的蒸汽壓力,汽輪機(jī)選用雙進(jìn)汽單汽缸、補(bǔ)汽—凝汽式發(fā)電機(jī)組。此種汽機(jī)專為低溫余熱發(fā)電設(shè)計(jì),具有良好的滑壓運(yùn)行、快速啟動能力,適應(yīng)工況變動能力強(qiáng)。汽輪機(jī)的主汽門、高壓調(diào)節(jié)汽閥與汽缸為一體,高壓蒸汽從主汽門下部直接進(jìn)入高壓調(diào)節(jié)汽閥蒸汽室內(nèi),低壓蒸汽進(jìn)入氣缸下部的補(bǔ)汽口,汽缸排汽室通過排汽接管與凝汽器剛性連接。發(fā)電機(jī)采用空冷、無刷勵磁型式。
3)配電裝置和DCS控制系統(tǒng)。高壓配電系統(tǒng)采用單母線接線方式,發(fā)電機(jī)出口開關(guān)設(shè)為同期點(diǎn)。聯(lián)絡(luò)線、變壓器、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)均采用微機(jī)綜合保護(hù)裝置,對各種事故引起的跳閘具有故障錄波功能,綜合保護(hù)裝置終端設(shè)有兩臺電腦,實(shí)時監(jiān)控和記錄高壓設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。汽機(jī)和鍋爐系統(tǒng)的監(jiān)控由DCS控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),重要的工藝參數(shù)在終端以工藝畫面顯示。DCS控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對循環(huán)水系統(tǒng)、鍋爐、汽機(jī)及輔助設(shè)備的集中監(jiān)視、報警、控制和聯(lián)鎖保護(hù)等運(yùn)行管理功能。
張鋼燒結(jié)、煉鋼、軋鋼余熱利用發(fā)電技術(shù)項(xiàng)目于2011年5月并網(wǎng)發(fā)電以來,環(huán)冷風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和自動化儀表系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。高溫?zé)煔馄骄鶞囟?80℃,最高溫度420℃,平均流量15.3萬m3/h;低溫?zé)煔馄骄鶞囟?90℃,最高溫度340℃,平均流量8.9萬m3/h;煉鋼飽和蒸汽平均壓力0.9MPa,最高壓力1.05MPa,平均流量21.6 t/h,最高流量25.4 t/h;軋鋼飽和蒸汽平均壓力0.28MPa,最高壓力0.32MPa,平均流量10.6 t/h,最高流量14.5 t/h;系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了年發(fā)電量3758.4萬kW·h;年經(jīng)濟(jì)效益1879.2萬元。
余熱利用發(fā)電項(xiàng)目的實(shí)施,打破了常規(guī)單一生產(chǎn)工藝的余熱利用思路,采用1套發(fā)電系統(tǒng)回收利用了3種生產(chǎn)工藝的余熱、余能,全部回收利用了煉鋼、軋鋼產(chǎn)生的余熱,回收利用了燒結(jié)機(jī)產(chǎn)生的大部分熱量。實(shí)現(xiàn)了能源及資源的綜合利用,提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。