张钢余能余热回收发电实践

张 健，张 华，任 丽，陈德庆

（张店钢铁总厂，山东 淄博 255007）

1 前言

张钢新建的180m2烧结机配备了1台190m2环冷式鼓风冷却机。由于环冷机没有设计安装余热回收装置，烧结生产过程中产生的余热散发到大气中，造成巨大的能源浪费。张钢有120 t转炉两座，采用汽化水冷烟道，冷却过程产生大量的饱和蒸汽，汽化水冷烟道运行压力2.45MPa，后续配有湿式变压蓄能器，放热温度为170℃，压力约为1.27MPa。目前每座转炉二次蒸汽产量约15 t/h，均未进行利用。棒材轧制工序现有加热炉1台，配有蒸汽发生器，产生的低压饱和蒸汽温度为160℃，压力为0.4MPa，产量约5 t/h，对空排放。此外，两台高线加热炉产生温度160℃、压力0.4MPa的低压饱和蒸汽约10 t/h。新建装机容量为12MW的余热电厂1座，将以上不同生产工序产生的余能、余热合理回收，将不同压力、不同温度的蒸汽和不同温度的烟气科学利用，不仅能够节能减排，实现资源综合利用，还能够取得良好的经济效益和社会效益。

2 余热发电的工艺流程及主要设备

余热发电主要由烧结机环冷台车、烟气收集装置、余热锅炉、汽轮发电机组、工业水系统、配电装置和DCS控制系统等组成。

2.1 烟气收集工艺流程

烟气收集系统由环冷台车、封闭式烟罩、切换阀门、烟囱、循环风机、环冷风机及环冷风箱等组成。烧结机环冷台车分成4个冷却区段：前2个区段设置封闭式烟罩，收集高温烟气和低温烟气；第3、4区段设置开放式烟罩。前2个区段上方设置内绝热烟罩，并分成两个相对独立的区段，每个区段均设置1座烟囱，烟囱上设置三通管道，配置电动蝶阀，正常工作时切换阀门将烟气导入锅炉烟道，在余热锅炉停止运行时关闭烟气进入余热锅炉的通道，将烟气直接排入大气。

从环冷台车收集的高温烟气温度在400℃左右，由高温烟囱进入余热锅炉，经高压过热器吸热温度降为300℃左右，压力与低温烟气相同后，再与由低温烟囱进入余热锅炉、温度为290℃左右的低温烟气混合，一起对炉内汽水加热。不同温度、压力的烟气分别回收利用，实现了能量的梯度有效利用。烟气经炉内吸热面吸热后降至145℃左右，经循环风机排出并送至环冷风箱，再给环冷台车高温区降温，经高温区烟罩收集后又变为高温烟气。烟气密闭循环使用，能量得到了充分利用。为保证余热发电的有效生产，环冷风箱相互隔离以免串风，同时根据各个区段的送风量合理分区。

2.2 锅炉汽水流程

送至余热锅炉的凝结水经过加热器加热后至除氧器，除氧后的水落至低压汽包（兼做除氧气给水箱）。低压汽包的水至低压蒸发器受热面，产生汽水混合物，通过上升管进入低压汽包，在低压汽包中分离出低压饱和蒸汽。小部分低压饱和蒸汽进入除氧器对凝结水进行除氧，大部分低压饱和蒸汽与来自3台加热炉的蒸汽合并后送至主厂房，供汽轮机补汽。

除氧水从低压汽包至高压给水泵，经给水泵加压后，至高压省煤器，加热后至高压汽包。高压汽包的炉水经下降管至高压蒸发器，产生汽水混合物，汽水混合物由上升管进入高压汽包，分离出高压湿蒸汽，与来自两台转炉的温度为170℃、压力约为0.9MPa的湿蒸汽汇合后进入高压加热器，加热成温度300～350℃、压力约0.9MPa的过热蒸汽，汇合至高压过热器出口集箱，通过主蒸汽管道送入主厂房，供给汽轮机。

2.3 汽轮机汽水流程

余热锅炉高压过热蒸汽由主蒸汽管道送至发电机组主厂房，作为汽机的主汽。经电动主汽阀、自动主汽门、高压调节汽门进入汽轮机，在汽轮机内部膨胀做功后，排入凝结器；余热锅炉的低压饱和蒸汽（除氧器自用后剩余4 t/h），与来自轧钢加热炉压力为0.3MPa、温度为160℃的低压饱和蒸汽（约13 t/h），经由副蒸汽管道送至主厂房，经补汽调节阀、补汽速关阀，补入汽轮机的0.3MPa压力级膨胀做功后，排入凝结器。

汽轮机排汽经凝结器冷却，凝结成水落入热水井。热水井中的水经凝结泵升压后，回送至不同的回水点。热水井设计安装除盐水补水点1个，设置自动调节阀调节热水井水位；凝结水出口母管设置1个除盐水补水点，以备调试和起动时使用。凝结水泵出口母管设旁路回流系统，回流至凝结器热水井，满足水泵启动需要。

2.4 余热发电主要设备

余热发电的主要设备有余热锅炉、汽轮发电机组、配电装置和DCS控制系统等。

1）余热锅炉。根据收集的余热余能类型，为最大限度发挥余能余热效率，余热锅炉采用双通道进气、双压、自除氧（一体化除氧器）、立式烟道、水平螺旋翅片管受热面、自然循环型式。余热锅炉受热面包括：高压过热器、高压蒸发器、高压省煤器、低压蒸发器、一体化除氧器及凝结水加热器等。锅炉主体受热面采用管箱式分体结构，相邻两受热面之间的连接采用180°弯管实现，连接弯管置于烟道之外，不受烟尘气流的冲刷。更换换热管无需进入烟气通道内部，在管箱两端即可完成操作。

2）汽轮发电机组。根据锅炉产生的两种蒸汽压力和加热炉产生的蒸汽压力，汽轮机选用双进汽单汽缸、补汽—凝汽式发电机组。此种汽机专为低温余热发电设计，具有良好的滑压运行、快速启动能力，适应工况变动能力强。汽轮机的主汽门、高压调节汽阀与汽缸为一体，高压蒸汽从主汽门下部直接进入高压调节汽阀蒸汽室内，低压蒸汽进入气缸下部的补汽口，汽缸排汽室通过排汽接管与凝汽器刚性连接。发电机采用空冷、无刷励磁型式。

3）配电装置和DCS控制系统。高压配电系统采用单母线接线方式，发电机出口开关设为同期点。联络线、变压器、电动机、发电机系统均采用微机综合保护装置，对各种事故引起的跳闸具有故障录波功能，综合保护装置终端设有两台电脑，实时监控和记录高压设备的运行参数。汽机和锅炉系统的监控由DCS控制系统实现，重要的工艺参数在终端以工艺画面显示。DCS控制系统实现对循环水系统、锅炉、汽机及辅助设备的集中监视、报警、控制和联锁保护等运行管理功能。

3 回收效果

张钢烧结、炼钢、轧钢余热利用发电技术项目于2011年5月并网发电以来，环冷风机系统、锅炉系统、汽轮发电机组系统、电气系统和自动化仪表系统运行稳定可靠。高温烟气平均温度380℃，最高温度420℃，平均流量15.3万m3/h；低温烟气平均温度290℃，最高温度340℃，平均流量8.9万m3/h；炼钢饱和蒸汽平均压力0.9MPa，最高压力1.05MPa，平均流量21.6 t/h，最高流量25.4 t/h；轧钢饱和蒸汽平均压力0.28MPa，最高压力0.32MPa，平均流量10.6 t/h，最高流量14.5 t/h；系统实现了年发电量3758.4万kW·h；年经济效益1879.2万元。

余热利用发电项目的实施，打破了常规单一生产工艺的余热利用思路，采用1套发电系统回收利用了3种生产工艺的余热、余能，全部回收利用了炼钢、轧钢产生的余热，回收利用了烧结机产生的大部分热量。实现了能源及资源的综合利用，提高了企业的经济效益。