李丽，马庆爽，王莹，赵录

（天津天钢联合特钢有限公司，天津301500）

【摘要】为提高能源利用率，天津天钢联合特钢有限公司实施了烧结环冷机余热发电工程，配置2 台双压立式余热锅炉、1 台12 MW 双压补汽凝汽式汽轮机及1 台15 MW 发电机，充分利用2×230 m² 烧结环冷机产生的大量低品质废气的热量，并将其转化成电能，实现了资源的循环利用，降低了生产成本，减少了废渣和粉尘等污染物对环境的污染。

【关键词】 烧结环冷机；余热；发电系统；节能减排

1 引言

随着钢铁行业的快速发展，作为炼铁主要原料的烧结矿，其产量也大幅度提高，因此，烧结生产中伴生的高温废气也越来越多。通过数据分析得出，烧结工序中的余热资源量约占吨钢余热资源总量的19.3%，如何回收利用这部分余热资源已经引起人们的高度重视。

近年来，国内钢铁行业中广泛推广低温余热发电技术，通过实施这种技术可以大大降低烧结工序能耗、提高能源利用效率。

本着“节约能源，保护环境”的原则，天津天钢联合特钢有限公司实施烧结环冷机余热发电工程，以此回收利用2×230 m2 烧结环冷机所产生的废气显热，该工程设置2 台余热锅炉和1 台汽轮发电机组，利用中低温的废气产生蒸汽，来推动汽轮机组做功发电。

2 余热发电系统介绍

联合特钢公司目前拥有两条烧结生产线，每条生产线配备一台230 m² 烧结机和一台280 m² 环冷机，烧结机有效烧结面积230 m²，台车宽3.5 m，有效抽风长度66 m，台车栏板高700 mm，烧结机的利用系数正常为1.34 t/m²·h，最大为1.65 t/m²·h。环冷机有效冷却面积280 m₂，每台环冷机配置4 台相同的鼓风机，每台鼓风机风量为32.6 万m³/h，风压为5 675 Pa；从环冷机出来的烟气成分主要为热空气，含尘量200～800 mg/Nm³。

由于230 m² 烧结环冷机2# 段及以后段的废热气温度较低，余热发电的价值较低，因而采用了230 m² 烧结环冷机1# 段和2# 段高温部分的废热气进行余热发电。本工程配置2 台双压立式余热锅炉和1 台12 MW 双压补汽凝汽式汽轮机及1 台15 MW 发电机，配套建设公辅设施。

3 余热发电系统技术方案

余热发电系统工艺流程图见图1 所示。

3.1 双压立式无补燃自然循环锅炉^[2]

余热锅炉热力系统采用双压系统，其热力回收率在拟实施的各种余热方案中都相对较高，能够最大限度地回收环冷废气中的热量。余热锅炉在双压系统下产生两种不同压力的蒸汽，其中压过热蒸汽作为主蒸汽进入汽轮机进行发电，低压过热蒸汽作为补汽进入汽轮机。

3.2 双压补汽凝汽式汽轮机

烧结余热的热源品位决定了余热锅炉产生的蒸汽品质不是很高，本工程选用了1.8 MPa 次中压汽轮机。采用双压补汽凝汽式汽轮机可以充分利用余热锅炉产生的过热蒸汽，提升发电量，以获取最大的经济效益。

3.3 热风系统方案

3.3.1 环冷机料层上部烟罩密封处理

环冷机漏风主要是其烟罩和台车之间、台车与风箱之间的缝隙，因烟罩、风箱是固定的，而台车和两侧台车挡板一起做圆周运动，无法做机械密封。

对环冷机的密封处理主要考虑以下三个方面的措施：

（1）在烧结环冷机的2# 烟罩高温部分设置隔板，合理确定隔板位置，使2# 段前部较高温部分烟气纳入1# 段烟囱排出，增加1# 段总烟气量。

（2）完善台车与烟罩之间的密封：环冷机运行的时候台车与烟罩之间也是相对运动的，台车上边缘与烟罩下边缘之间存在着不小的间隙。在烟罩下端和台车上端各装一块挡热钢板，两钢板之间留有一定间隙，此间隙用耐高温橡胶密封。耐高温橡胶固定于烟罩上，相对于台车上的挡热钢板相对滑动，从而减少与低温段之间的串风。并合理确定隔板位置，尽量选取高温部分的烟气。

（3）合理选择烟囱内的零压点是关键，使烟罩与台车挡板接触处的压力维持在微负压状态，减少漏风。

3.3.2 烟气再循环系统

将通过余热锅炉后的烟气再送入环冷机进口风箱入口，形成烟气再循环，提高环冷机入口进风温度。合理选择循环风量，并适当加大后段冷却风量，可同样保证烧结矿的最终冷却效果。本工程采用的烟气再循环系统，其流程如下：

烧结环冷机1# 段和2# 段高温部分的300~400℃烟气通过切换阀门后引入余热锅炉进口，余热锅炉出口经过换热后的约140 ℃烟气由循环风机排出，全部送入1# 段环冷机入口风箱。

循环风机入口设置吸风口，以补入循环冷却风泄漏损失量，并调节环冷机入口风温至130 ℃ 左右。循环风机出口设置旁通排风口，在风量超出时排出多余烟气。

3.4 主要设备参数

3.4.1 余热锅炉（见表1）

3.4.2 汽轮发电机组（见表2）

4 余热发电系统运行过程存在问题及相应改造

该系统投运后，日常观察发现其存在若干小问题；在现场专业技术人员的认真分析、探讨下，上述问题得以成功解决，不仅确保了设备的有序稳定运转，而且还实现了资源的部分节约利用。

4.1 射水箱溢流节水改造工程

改造前运行情况：射水箱是汽轮机组的重要设备之一，其射水箱内的温度（正常保持在26 ℃）直接决定了凝汽器真空的保持程度。为了保证射水箱内部的温度在一定范围内，在正常运行中，射水箱需保持补水阀门常开状态，以保证水温及真空，这就造成射水箱水满后，自溢流管直接排入地沟，造成工业水的极大浪费。

改善措施：在射水箱内距溢流口30 cm 处加装一台抽水泵，投入自启装置，出口接至凝汽器循环水的出口，溢出的水可直接流入循环水池，既避免了工业水的不必要浪费，又保障了循环水池的补水量。

改善成果：射水箱改善后，每天节约工业水400 t 左右，每年共节约14.4 万t 工业水，极大程度地做到了节能降耗。

4.2 对循环水池溢流水及无阀过滤器排污水回收工程

改造前的运行情况：无阀过滤器不定期进行反冲洗，每次冲洗时大约有50 t 水流入明渠。循环水是通过循环水泵来保障凝汽器、冷油器、空冷器等换热设备温度的，各种转动设备的冷却水又回流循环水池，当循环水池的水位达到3.1 m 时，循环水自溢流管流入明渠，造成了极大的浪费。

改善措施：在无阀过滤器旁放一水罐，当反冲洗及循环水池溢流时，水流入罐体，达到一定液位时，自吸泵启动，抽到成品水池。

改善成果：通过这一年多的运行，现每日节水量达到380 t 之多，既改善了现场环境，又极大地节约了生产用水。

4.3 1#、2# 锅炉疏水回收工程

改造前的运行情况：每一次启停锅炉时，每一道疏水系统必须开启，在冬季，为防止疏水阀门冻结必须长期打开，各疏水通过连接的母管流入明渠，造成了浪费。

改善措施：把疏水管路的母管通往疏水扩容器内，流入排污池由泵打到成品循环水池再利用。改善成果：每启一次锅炉，可回收水量在20 t，冬季每天回收10 t。

4.4 1#、2# 锅炉循环风机减温水改造工程

改造前的运行情况：在外网管道出现问题或其他特殊情况时，哪怕是停1 h 供水的情况下，余热系统就必须停机停炉，启停一次至少需要3h，按平均发电量计算，少发电30 000 kW·h。

改善措施：从循环水泵出口母管焊接DN100管路，通过分支变径DN80 通向1#、2# 锅炉循环风机进行设备冷却。

改善成果：既可在短时间（4 h）内外网停水的情况下，保证设备的正常运行，而且可以在春、秋、冬季长时间使用循环水池冷却水，每天可节约工业水480 t。

4.5 环冷机高温段烟道增高改造工程

改造前的运行情况，以2015 年8 月份下旬为例：

锅炉高温段平均烟温：394.5 ℃；

中温段平均烟温：371.6 ℃；

锅炉入口平均烟温：（340±5）℃；

平均负荷：4 437.5 kW。

改善措施：在烧结机下料口到高温段烟罩加高。

改造成果，以2015 年9 月份上旬为例：

锅炉高温段平均烟温：420.3 ℃；

中温段平均烟温：390.2 ℃；

锅炉入口平均烟温：（360±5）℃；

平均负荷：4 638.5 kW。

从以上数据可以看出，经过改造烟温平均提高20 ℃左右，单线每小时可多发电200 kW·h 左右。

5 余热发电系统运行效果

5.1 节能降耗效果

本工程自投运后，设备运行良好，可实现年供电量6.68 ×107 kW·h，在未实施烧结环冷机余热发电工程之前，烧结工序能耗约为46～47 kgce/t 矿，发电项目实施后，烧结工序能耗降为44～45 kgce/t矿，其余热降耗效果突出。不仅减少了企业自外网的购电量，年节约能源消费量2.67 万tce，在促进资源节约的同时，有助于改善当地的能源结构，提高能源安全，而且还降低了企业成本，增加了企业的经济效益和市场竞争能力。

5.2 减排效果

烧结环冷机烟气中不可避免地带有一定质量的粉尘，在余热锅炉内，这些粉尘大部分会沉降下来，并被集中收集，减少了粉尘排放。系统正常运行时，烟气在完成热交换后，全部返回到烧结环冷机中，不仅实现资源的循环利用，而且减少了废渣和粉尘等污染物对环境的污染。利用烧结环冷机上的纯低温余热进行发电，减少了CO₂排放量6.68 万t，SO₂排放量427.43 t。

本工程充分利用排放的二次能源建设发电机组并供热，避免了废气对大气的严重污染，改善了周边环境，同时，对联合特钢公司所在地区的可持续发展也起到了很大作用。

6 结语

综上所述，钢铁厂的烧结环冷机上的纯低温余热发电的控制，充分利用了烧结环节中产生的大量低品质废气的热量，并将其转化成电能。如果每个钢铁企业都能充分利用余热进行发电，每年所产生的经济效益将十分巨大。这项控制技术将为改善产业结构，节能减排以及提高能源的利用率提供一条重要途径^[3]。

参考文献

[1] 丁毅，史德明. 马钢烧结带冷机余热发电[J]. 冶金能源，2007（1）：49-53.

[2] 沈东，张皓，周勇平.安钢烧结环冷机低温余热发电工程[J].能源工程，2005（3）：58-60.

[3] 王旭伟，刘新尧.烧结环冷机低温烟气余热发电的控制研究[J].新能源，2013（11）：159-160.