王業(yè)峰，白 軍，高 源

（1 中信重工工程技術(shù)有限責(zé)任公司，河南 洛陽471039；2 西藏農(nóng)牧學(xué)院，西藏 林芝860000）

1 前 言

鋼鐵生產(chǎn)能源消耗約占全國生產(chǎn)總能耗的15%，是國家節(jié)能減排的重點(diǎn)領(lǐng)域。在整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)流程中，燒結(jié)工序能耗大約占鋼鐵企業(yè)總能耗的15%。燒結(jié)工序的余熱資源中，燒結(jié)礦顯熱約占燒結(jié)過程總帶入熱量的44.5%，因此，燒結(jié)余熱利用成為鋼鐵節(jié)能減排的重中之重。通過對某燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱發(fā)電項(xiàng)目的調(diào)試實(shí)踐，對燒結(jié)礦顯熱利用進(jìn)行有益的探討，以期對環(huán)冷機(jī)余熱的高效回收利用有所幫助。

2 技術(shù)背景

燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱發(fā)電技術(shù)是利用燒結(jié)礦在環(huán)冷機(jī)冷卻過程中，煙氣帶出的熱量，經(jīng)余熱鍋爐換熱，產(chǎn)生中、低壓蒸汽，再通過汽輪機(jī)將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。汽輪機(jī)排出的乏汽經(jīng)循環(huán)水冷卻后形成凝結(jié)水，該凝結(jié)水經(jīng)鍋爐給水泵重新送至鍋爐，形成完整的汽水循環(huán)。循環(huán)風(fēng)機(jī)將換熱后的煙氣從余熱鍋爐中抽出，再送入環(huán)冷機(jī)風(fēng)箱，從而實(shí)現(xiàn)煙氣的循環(huán)利用。環(huán)冷機(jī)余熱發(fā)電工藝流程如圖1所示。

圖1 環(huán)冷機(jī)余熱發(fā)電工藝流程圖

2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)及煙氣流程

該工程項(xiàng)目為211 m2燒結(jié)機(jī)，配套228 m2的鼓風(fēng)環(huán)式冷卻機(jī)。余熱發(fā)電系統(tǒng)：環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐+10 MW汽輪發(fā)電機(jī)組。煙氣設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

煙氣流程。燒結(jié)礦是沿環(huán)冷機(jī)圓周方向逐漸冷卻的，主要研究對環(huán)冷機(jī)Ⅰ段、Ⅱ段的余熱資源進(jìn)行分級回收和能量梯級利用。設(shè)計(jì)煙氣流程：從環(huán)冷機(jī)Ⅰ段抽出的400 ℃煙氣進(jìn)入余熱鍋爐的高溫?zé)煔膺M(jìn)口，與高壓過熱器換熱；從環(huán)冷機(jī)Ⅱ段抽出的320 ℃煙氣進(jìn)入余熱鍋爐的低溫?zé)煔膺M(jìn)口，與經(jīng)過高壓過熱器的高溫?zé)煔饣旌?，再分別通過高壓蒸發(fā)器、高壓省煤器、低壓過熱器、低壓蒸發(fā)器和低壓預(yù)熱器、余熱鍋爐換熱后，煙氣溫度降為145 ℃。該煙氣經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)增壓 后再分別鼓入環(huán)冷機(jī)Ⅰ段和Ⅱ段的底部風(fēng)箱，形成一個(gè)閉式循環(huán)。環(huán)冷機(jī)余熱發(fā)電煙氣流程如圖2所示。

表1 煙氣設(shè)計(jì)參數(shù)

圖2 環(huán)冷機(jī)余熱發(fā)電煙氣流程

3 現(xiàn)場問題及調(diào)整措施

現(xiàn)場問題：煙氣溫度低、環(huán)冷機(jī)冒灰、低壓蒸汽不能投運(yùn)。調(diào)整措施針對于這三方面來進(jìn)行。

3.1 調(diào)整燒結(jié)礦料層厚度及環(huán)冷機(jī)取氣口處負(fù)壓

煙氣溫度低，即燒結(jié)礦帶入環(huán)冷機(jī)的熱量少。燒結(jié)礦的熱量計(jì)算公式：

式中：Q 為燒結(jié)礦帶入環(huán)冷機(jī)的熱量，kJ/h；Ct為溫度t時(shí)，燒結(jié)礦平均比熱容，kJ/（kg·℃）；m為燒結(jié)機(jī)的熱礦產(chǎn)量，kg/h；t為燒結(jié)礦的溫度，℃。

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，進(jìn)行了以下調(diào)試：

1）調(diào)整料層厚度。增加燒結(jié)礦料層厚度，即降低環(huán)冷機(jī)轉(zhuǎn)速。燒結(jié)礦在環(huán)冷機(jī)內(nèi)停留的時(shí)間增加，燒結(jié)礦的熱量被煙氣充分置換，從而提高進(jìn)入余熱鍋爐的煙氣溫度。現(xiàn)場參數(shù)：環(huán)冷機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速730 r/min時(shí)，煙氣溫度330 ℃；環(huán)冷機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速680 r/min時(shí)，煙氣溫度達(dá)到380 ℃，增加料層厚度，煙氣溫度提高顯著。

2）調(diào)整燒結(jié)終點(diǎn)和中控室間聯(lián)動(dòng)。為了更高效的利用燒結(jié)礦熱量，燒結(jié)終點(diǎn)應(yīng)在離落料點(diǎn)盡可能近的風(fēng)箱，同時(shí)為了設(shè)備安全和燒結(jié)礦品質(zhì)，最好控制在倒數(shù)第2 個(gè)風(fēng)箱或第2 與第3 風(fēng)箱之間的位置。另外，燒結(jié)和余熱發(fā)電中控室間需要增加聯(lián)動(dòng)。

3）調(diào)整環(huán)冷機(jī)取氣口處的負(fù)壓。環(huán)冷機(jī)采用彈簧式機(jī)械密封，因此，煙罩與環(huán)冷機(jī)臺(tái)車頂部間隙的漏風(fēng)也需要考慮。其中，氣體流速可依據(jù)局部阻力計(jì)算公式得到：

式中：ΔPf為環(huán)冷機(jī)煙罩與臺(tái)車間的局部阻力，Pa；ξ為局部阻力系數(shù)；ω 為氣體流速，m/s；ρ 為氣體密度，kg/m3。

環(huán)冷機(jī)取氣口處負(fù)壓為-150 Pa 時(shí)，局部阻力ΔPf為150 Pa。局部阻力系數(shù)經(jīng)查表知，該項(xiàng)目的空氣漏入局部阻力系數(shù)等效為：突然縮小ξ1和突然擴(kuò)大ξ2兩部分之和，則局部阻力系數(shù)ξ 為1.6；周圍20 ℃的空氣密度1.205 kg/m3。由計(jì)算公式（2）得出氣流速度ω為12.474 m/s。

漏風(fēng)量的計(jì)算公式為：式中：Qf為臺(tái)車頂部間隙的漏風(fēng)量，m3/h；d 為環(huán)冷機(jī)的直徑，m；Δh 為煙罩與環(huán)冷機(jī)臺(tái)車頂部間隙，m；ω為氣體流速，m/s；θ為余熱利用段的夾角。

環(huán)冷機(jī)的內(nèi)徑為Φ23 600 mm；外徑為Φ30 000 mm；煙罩與環(huán)冷機(jī)臺(tái)車頂部間隙為10 mm；氣體流速為12.474 m/s；環(huán)冷機(jī)余熱利用短的夾角為151°。計(jì)算得，Qf為8.806 m3/s，合計(jì)為31 702 m3/h，占總風(fēng)量的9.61%。

現(xiàn)場調(diào)節(jié)循環(huán)風(fēng)機(jī)入口的補(bǔ)風(fēng)閥，將取氣口負(fù)壓控制在-150 Pa左右，煙氣溫度有所升高，分別達(dá)到Ⅰ段400 ℃、Ⅱ段320 ℃的設(shè)計(jì)值。

3.2 降低循環(huán)風(fēng)機(jī)頻率

余熱發(fā)電投運(yùn)后，現(xiàn)場冒灰嚴(yán)重，既不環(huán)保，也增加了員工工作強(qiáng)度。冒灰是由于煙氣循環(huán)利用，燒結(jié)礦的小顆粒被帶入環(huán)冷機(jī)風(fēng)箱，循環(huán)風(fēng)機(jī)負(fù)荷較高所致。調(diào)整循環(huán)風(fēng)機(jī)負(fù)荷，將風(fēng)機(jī)頻率由38 Hz 降低為33 Hz，冒灰顯著減少，機(jī)組發(fā)電量提高，進(jìn)入風(fēng)箱內(nèi)的小顆粒也能通過底部放灰排出。

3.3 變更鍋爐換熱面蒸汽設(shè)計(jì)流程

現(xiàn)場查看，DCS 畫面上對比，發(fā)現(xiàn)155 ℃的飽和蒸汽經(jīng)低溫過熱器換熱后溫度不變，即低溫過熱器沒起到加熱飽和蒸汽的作用。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，鍋爐廠將煙氣與蒸汽設(shè)計(jì)為順流布置。同業(yè)主、鍋爐廠交流后，變更為逆流布置，蒸汽溫度由155 ℃升高到162 ℃，滿足過熱要求。另外，對低壓蒸汽管道檢查后，發(fā)現(xiàn)低壓蒸汽管道管線長，業(yè)主限制疏水閥的開度，導(dǎo)致低壓管道疏水不順暢。開大電動(dòng)補(bǔ)汽閥前、后疏水門，以及主廠房外的低壓蒸汽管道疏水門后，疏水通暢，低壓蒸汽得以順利投運(yùn)。

4 結(jié) 語

采用上述調(diào)整措施后，環(huán)冷機(jī)Ⅰ段煙氣溫度由調(diào)整前的350 ℃提高到380～420 ℃；環(huán)冷機(jī)Ⅱ段煙氣溫度由調(diào)整前的260 ℃提高到300～330 ℃。環(huán)冷機(jī)冒灰現(xiàn)象明顯減小，低壓蒸汽可以正常投運(yùn)。目前，余熱發(fā)電機(jī)組在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，發(fā)電量由5.1 MW提高到7.5 MW以上。