庞金海 李兆甲 韩少飞
（河北新金钢铁有限公司 烧结厂）
摘要：烧结工序是钢铁企业能耗与余热排放的核心环节，其冷却机废气与机头烟气蕴含大量可回收热能，余热发电是实现该部分能源高效利用的关键技术路径。本文围绕烧结余热发电系统，系统介绍余热锅炉与汽轮机的设备特性、工作原理及选型要点，结合生产实践从余热回收、设备优化、运行管控、工艺协同等维度提出提高发电量的具体措施，并通过工程应用案例验证措施的可行性与效益。实践表明，通过系统性优化改造，可显著提升余热回收效率与发电出力，降低企业能耗与碳排放，为钢铁行业节能降碳提供实践参考。
关键词：烧结；余热发电；余热锅炉；汽轮机；节能降碳；生产实践
0 引言
在“双碳”战略与钢铁行业超低排放改造的双重背景下，烧结工序作为钢铁生产流程中能耗占比达12%-15%、烟气排放占比超30%的关键环节，其绿色低碳转型成为行业发展的核心任务。烧结过程中，环冷机冷却废气与烧结机头烟气携带的余热占烧结总热耗的50%以上，若直接排放不仅造成能源浪费，还会增加环境负荷。余热发电技术通过回收烧结余热产生蒸汽驱动汽轮机发电，实现了余热资源的高效转化，是降低烧结工序能耗、提升企业经济效益的重要手段。
当前，国内烧结余热发电系统普遍存在余热回收不充分、设备运行效率低、工艺匹配性差等问题，导致吨矿发电量偏低，余热利用潜力未充分释放。基于此，本文结合烧结余热发电系统的设备特性与生产实践经验，深入分析影响发电量的关键因素，提出针对性的优化措施，旨在为烧结余热发电系统的高效运行提供技术支撑。
1 系统核心设备
烧结余热发电系统主要由烟气回收系统、余热锅炉、汽轮机及辅助系统组成，其中余热锅炉与汽轮机是实现热能向电能转化的核心设备，其性能直接决定发电效率 。
1.1余热锅炉
1.1.1工作原理与结构特点
烧结余热锅炉属于无补燃式自然循环锅炉，核心功能是回收环冷机高温废气（300-500℃）与烧结机头中温烟气（250-350℃）的热量，将锅筒内的水加热为高温高压蒸汽。与常规燃煤锅炉不同，烧结余热锅炉的热源具有温度、流量波动大、含尘量高的特点，因此在结构设计上需兼顾换热效率、抗磨损性与运行稳定性。
目前主流的烧结余热锅炉为双压立式结构，分为高温段与中低温段换热区：高温段回收环冷机Ⅰ、Ⅱ段高温废气，产生中温中压主蒸汽（3.82MPa，450℃）；中低温段回收环冷机Ⅲ、Ⅳ段中低温废气与机头烟气，产生次中压补汽（1.25MPa，320℃）。锅炉受热面采用鳍片管、膜式壁等强化换热结构，同时设置吹灰装置与耐磨涂层，应对烟气含尘量高、易积灰磨损的问题。
1.1.2选型与运行特性
烧结余热锅炉的选型需匹配烧结机规模与余热参数，常见规格对应240m²、360m²、450m²等烧结机，蒸汽产量随余热回收量波动。运行过程中，锅炉的关键控制参数包括蒸汽压力、温度、水位及排烟温度，其中排烟温度需控制在150-180℃，避免低温腐蚀与热量浪费。此外，锅炉的积灰结垢会显著降低换热效率，需定期进行清灰维护，保障换热效果。
1.2汽轮机
1.2.1 工作原理与类型
烧结余热发电用汽轮机多为补汽凝汽式汽轮机，核心作用是将余热锅炉产生的蒸汽热能转化为机械能，进而驱动发电机发电。其工作原理基于朗肯循环：高温高压蒸汽进入汽轮机缸体，推动转子叶片高速旋转，将蒸汽的焓降转化为轴功；做功后的乏汽进入冷凝器冷凝为水，经给水泵返回锅炉，形成闭式循环。
针对烧结蒸汽参数低、波动大的特点，汽轮机采用补汽设计，将锅炉产生的次中压蒸汽引入汽轮机中低压缸，提升做功能力，解决单压蒸汽做功效率低的问题。同时，汽轮机配备调速系统、保安系统与润滑系统，保障机组在余热参数波动时稳定运行。
1.2. 2性能指标与选型要点
汽轮机的核心性能指标包括发电效率、汽耗率与运行稳定性，烧结余热汽轮机的汽耗率通常控制在4.5-5.5kg/(kW·h)。选型时需匹配锅炉蒸汽参数与流量，兼顾变工况适应能力，确保在余热波动时仍能保持较高的发电效率。此外，汽轮机的通流部分设计需优化，减少蒸汽流动损失，提升能量转化效率。
2 具体生产措施
结合烧结余热发电系统的运行特性与生产痛点，提高发电量需从余热回收最大化、设备运行高效化、工艺协同最优化、管控精细化四个维度入手，通过技术改造与运行优化相结合，实现系统整体效能提升。
2.1优化余热回收系统，提升热源品质与回收量
余热回收是发电的基础，核心目标是提高进入锅炉的烟气温度、流量，减少热量损失与漏风。
2.1.1.环冷机密封改造，降低漏风率
环冷机漏风是导致余热温度降低、流量减少的主要原因，传统环冷机的台车与烟罩、风箱之间存在较大间隙，漏风率可达30%-50% 。通过采用阶梯式自密封技术、柔性密封装置，更换耐磨密封材料，可将漏风率降至15%以下，有效提升高温废气的温度与浓度。例如，某钢厂360m²烧结机环冷机密封改造后，高温段废气温度提升40-60℃，蒸汽产量增加15%以上。
2. 1.2烟气梯级回收与串级利用
改变传统单一回收高温废气的模式，对环冷机各段废气进行梯级回收：Ⅰ、Ⅱ段高温废气直接引入锅炉高温段；Ⅲ、Ⅳ段中低温废气通过风机串级补入高温段入口，提升锅炉入口烟气温度。同时，将烧结机头烟气与环冷机低温废气混合回收，扩大余热回收范围，实现“高温发电、中低温梯级利用”的模式。某钢厂通过烟气串级改造，锅炉入口烟气温度从235℃提升至277℃，热管出力提升30%-60%。
2.1.3减少管道散热损失
对余热回收管道、烟罩采用集气凝胶保温材料+耐磨板复合保温技术，优化保温层厚度，减少热量传递损失。同时，优化管道布局，缩短烟气输送距离，降低沿程阻力与散热，确保进入锅炉的烟气温度损失控制在10℃以内。
2.2优化核心设备运行，提升能量转化效率
余热锅炉与汽轮机的运行状态直接影响发电效率，需通过设备改造与参数优化，减少能量损耗。
2.2.1余热锅炉清灰与换热强化
锅炉受热面积灰会降低换热系数，导致蒸汽产量下降。采用声波吹灰、蒸汽吹灰、激波吹灰相结合的复合清灰方式，根据积灰情况制定定期清灰制度，保持受热面清洁。同时，对锅炉换热管进行强化改造，更换高效鳍片管，提升换热面积与效率，降低排烟温度。某钢厂通过锅炉清灰系统优化，排烟温度降低15-20℃，吨矿蒸汽产量提升0.08t。
2.2.2汽轮机运行参数优化
根据锅炉蒸汽参数波动，实时调整汽轮机的主汽门、补汽门开度，优化进汽量与压力匹配，确保汽轮机在最佳工况运行。对汽轮机通流部分进行检修优化，清理叶片结垢，修复磨损部位，减少蒸汽流动损失；同时，优化冷凝器真空度，降低乏汽压力，提升汽轮机做功效率，真空度每提升1kPa，发电量可增加1%-2%。
2.2.3辅助系统节能改造
对循环风机、给水泵等辅助设备进行变频改造，根据余热负荷调节转速，降低电耗；优化冷却塔运行参数，提升冷凝效果；加强凝结水回收利用，减少锅炉补水率，降低热能损耗。
2.3协同优化烧结工艺，稳定余热品质
烧结生产的稳定性直接决定余热参数的波动幅度，需通过工艺优化，为余热发电提供稳定的热源。
2.3.1厚料层烧结与稳定布料
采用700-800mm厚料层烧结工艺，提升烧结矿产量与质量，同时使烧结过程更稳定，环冷机废气温度波动减小。优化布料装置，实现均匀布料，避免料层偏析导致的冷却不均，确保环冷机各段废气温度稳定。
2.3.2优化冷却制度，提升废气温度
改变传统“大风量快冷”模式，采用“小风慢冷”的冷却制度，延长高温废气在环冷机内的停留时间，提升废气温度。合理调整环冷机各段风机风量，减少低温冷风掺入，确保高温段废气温度稳定在400℃以上。
2.3.3 烟气循环协同优化
将环冷机中低温废气引回烧结机料面作为助燃空气，实现烟气循环利用，既提升烧结温度、降低固体燃耗，又减少废气外排，增加余热回收量。控制烟气循环比例在30%左右，兼顾烧结矿质量与余热回收效率。
2.4精细化运行管控，保障系统高效稳定
建立全流程精细化管控体系，从操作、维护、监测等方面提升系统运行水平。
2.4.1 实时监测与智能调控
安装余热参数在线监测系统，实时采集环冷机各段废气温度、流量、压力及锅炉蒸汽参数，通过大数据分析实现智能调控。当余热参数波动时，自动调节风机转速、阀门开度，确保系统稳定运行。
2.4.2加强设备维护管理
制定设备定期检修与保养制度，重点检查环冷机密封、锅炉受热面、汽轮机叶片等关键部位，及时处理设备隐患，避免因设备故障导致停机减产。建立设备运行台账，记录运行参数与故障情况，为优化调整提供数据支撑。
2.4.3优化操作流程，提升人员技能
制定标准化操作手册，规范余热发电系统的启停、参数调节、应急处理等操作流程；加强操作人员技能培训，提升对系统运行特性的把控能力，确保在变工况下精准调控，减少人为操作失误导致的效率损失。
3 应用效果
以新金钢铁200m²烧结机余热发电系统改造为例，通过实施上述优化措施，系统运行效果显著提升：
1. 余热回收效率提升：环冷机漏风率从42%降至12%，锅炉入口烟气平均温度从340℃提升至400℃，吨矿蒸汽产量从0.2t增至0.25t。
2. 发电量显著增加：汽轮机小时均发电量从5500kW提升至7000kW，吨矿发电量从19kW·h提升至25kW·h，年增发电量约1450万kW·h。
3. 能耗与排放降低：烧结固体燃耗降低1.3kg/t，年节约标准煤约3200吨，CO₂减排约0.8万吨，实现了节能降碳与经济效益的双重提升。
4 结论
烧结余热发电是钢铁行业实现节能降碳的重要技术手段，提高发电量需以余热回收为基础，以设备优化为核心，以工艺协同为支撑，以精细化管控为保障。通过环冷机密封改造、烟气梯级利用、锅炉清灰强化、汽轮机参数优化、烧结工艺协同等措施，可有效提升余热回收效率与能量转化效率，实现吨矿发电量的显著提升。
未来，随着钢铁行业绿色低碳转型的深入推进，需进一步研发高效余热回收技术、智能调控系统，探索余热梯级利用与多能互补模式，持续挖掘烧结余热利用潜力，为钢铁行业高质量发展提供有力支撑。
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