马钢烧结余热发电技术

1、马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD.马钢烧结余热发电技术马钢烧结余热发电技术n汪保平汪保平 吴朝刚吴朝刚 刘长青刘长青 顾云松顾云松 宋磊宋磊马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD.n前前 言言 n余热发电的可行性研究余热发电的可行性研究 n方案设计及工艺简介方案设计及工艺简介 n项目建设及运行实践项目建设及运行实践n技术经济与社会环境效益分析技术经济与社会环境效益分析n进一步提高发电量工作设想进一步提高发电量工作设想 马钢烧结余热发电技术马钢烧结余热发电技术马鞍山钢铁股

2、份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD.前前 言言 马鞍山钢铁股份有限公司第二炼铁总厂有两座马鞍山钢铁股份有限公司第二炼铁总厂有两座2500m3和一座和一座1000m3高炉，配备两台高炉，配备两台300m2烧结机，两台带式冷却机面积分别为烧结机，两台带式冷却机面积分别为336 m2，每台，每台带冷机前三个烟罩排烟温度平均可达带冷机前三个烟罩排烟温度平均可达380，总排气量近，总排气量近40万万m3/h。由于。由于原设计没有余热回收利用，致使大量具有较高热焓的烟气全部通过烟囱排原设计没有余热回收利用，致使大量具有较高热焓的烟气全部通过烟囱排空，不仅

3、浪费了宝贵的能源，而且也污染了环境。因此对烧结带冷废气余空，不仅浪费了宝贵的能源，而且也污染了环境。因此对烧结带冷废气余热进行有效回收利用，对马钢推行节能降耗、改善环境、拓展循环经济、热进行有效回收利用，对马钢推行节能降耗、改善环境、拓展循环经济、实现可持续发展具有十分重要的现实意义。实现可持续发展具有十分重要的现实意义。马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD.前前 言言 n冷却烟气余热利用有两种方式：一类是动力利用，即将冷却烟气余热利用有两种方式：一类是动力利用，即将余热转换为电能或机械能；另一类是热利用，即利用余余热转换为电能或机

4、械能；另一类是热利用，即利用余热来预热空气，干燥产品、供应热水或蒸汽以及供暖和热来预热空气，干燥产品、供应热水或蒸汽以及供暖和制冷等。目前国内烧结冷却机余热利用一般都是采用热制冷等。目前国内烧结冷却机余热利用一般都是采用热利用方式，主要有：将废气返回到烧结料层，作为烧结利用方式，主要有：将废气返回到烧结料层，作为烧结助燃空气用；预热助燃空气作为点火炉的助燃风；通入助燃空气用；预热助燃空气作为点火炉的助燃风；通入二次混料机内或点火炉前预热混合料；通过余热锅炉或二次混料机内或点火炉前预热混合料；通过余热锅炉或热管技术产生蒸汽，送入管网。热管技术产生蒸汽，送入管网。马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股

5、份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD.前前 言言 从能源利用的有效性和经济性角度看，将余热用来从能源利用的有效性和经济性角度看，将余热用来发电或作为动力直接拖动机械是最为有效的利用方式。发电或作为动力直接拖动机械是最为有效的利用方式。因此马钢选择了余热发电方式来回收因此马钢选择了余热发电方式来回收300m2烧结机冷却烧结机冷却机余热，该工程于机余热，该工程于2004年年9月月1日正式开工，日正式开工，2005年年9月月6日顺利并网发电，是我国钢铁企业烧结系统第一次日顺利并网发电，是我国钢铁企业烧结系统第一次实施的低温废气余热发电的项目。实施的低温废气余热发电的项目。

6、马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD.余热发电的可行性研究余热发电的可行性研究n.余热情况调研余热情况调研 n国内中低温废气余热利用情况国内中低温废气余热利用情况n烧结烟气余热回收多数采用的是热管技术，但其换热效率较低，烧结烟气余热回收多数采用的是热管技术，但其换热效率较低，蒸汽产生量少。宝钢和太钢烧结带冷机的余热，都是采用余热蒸汽产生量少。宝钢和太钢烧结带冷机的余热，都是采用余热锅炉回收技术。锅炉回收技术。n安徽海螺集团的宁国水泥厂回转窑有一套余热发电设施可供借安徽海螺集团的宁国水泥厂回转窑有一套余热发电设施可供借鉴。该技术及全套

7、设备是日本鉴。该技术及全套设备是日本“绿色援助绿色援助”项目，项目，1998年投产，年投产，年发电量约年发电量约5500万万kWh。通过将我厂烧结带冷机所产生的烟气。通过将我厂烧结带冷机所产生的烟气温度及烟气量与宁国水泥厂回转窑的烟气情况进行对比，我们温度及烟气量与宁国水泥厂回转窑的烟气情况进行对比，我们得出：马钢烧结带冷机所产生的烟气完全具备发电条件。得出：马钢烧结带冷机所产生的烟气完全具备发电条件。 马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD.余热发电的可行性研究余热发电的可行性研究n2.烧结燃烧过程及温度场情况烧结燃烧过程及温度场情

8、况 我们对混合料在台车烧结过程温度变化情况进行跟踪。是在烧结机一节台车的侧面距底部150mm、300mm、450mm三个高度处分别钻一个孔（孔径12mm），在孔内插入不锈钢管，再在不锈钢管中装入热电偶。当点火完成，台车离开点火炉后，将热电偶连接到数字温度计，并且随台车移动，记录下台车中烧结料的烧结温度变化过程，直至台车到达烧结机尾部。从烧结过程温度跟踪测试的分析，在烧结过程中温度最高近1300，并且点火开始7min后温度快速上升，然后逐步下降。燃烧过程是由上而下进行的，在烧结机机尾处，烧结料上层温度降到455，底部温度还在1207以上，说明热源非常充足。马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限

9、公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD.余热发电的可行性研究余热发电的可行性研究烧结机02烟囱废气温度、压力、流量等测试数据烟囱烟囱（#）烟气温度烟气温度（） 烟道静压烟道静压（kPa） 工况下密度工况下密度(kg/m3) 工况下烟工况下烟气流速气流速(m/s) 含尘浓度含尘浓度 （mgmg/ /m m3 3）标况流量标况流量(m3/h) 0 0507507-0.087-0.0870.4550.45537.6337.6370.870.8375341 1375375-0.020-0.0200.6420.64216.1016.1057.657.62617602 2279279-

10、0.010-0.0100.7130.71314.5614.5636.336.390840马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD.方案设计及工艺简介方案设计及工艺简介1.废气设计参数的确定废气设计参数的确定烟温愈高，循环效率愈高，因此，设计中采用了热风循环烟温愈高，循环效率愈高，因此，设计中采用了热风循环方式。研究表明：当冷却介质（空气）初始温度为方式。研究表明：当冷却介质（空气）初始温度为50时，时，热交换后的介质比常温时的要高热交换后的介质比常温时的要高15，而当介质初温为，而当介质初温为120时，热交换后的介质初温比常温时的要高时

11、，热交换后的介质初温比常温时的要高45。考虑到热风。考虑到热风循环将提高废气温度，最终确定如下设计参数，废气流量：循环将提高废气温度，最终确定如下设计参数，废气流量：80104m3/h (两台带冷机的三个烟囱两台带冷机的三个烟囱)；废气温度：；废气温度：380400；含尘浓度：；含尘浓度： 0.20.9g/m3。马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD.方案设计及工艺简介方案设计及工艺简介 为了进一步提高烟气温度并稳定烟气工况参数。决定为了进一步提高烟气温度并稳定烟气工况参数。决定采用烟气循环的方式。流程如下框图采用烟气循环的方式。流程

12、如下框图 40%烟气60%烟气排入大气循环风机烟囱除尘器2号烟囱1号烟囱0号烟囱引风机锅炉带冷风机马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD.方案设计及工艺简介方案设计及工艺简介锅炉引风机排出的烟气分成两部份：占总量锅炉引风机排出的烟气分成两部份：占总量60%的一部份由的一部份由循环风机再次将废气送入带冷机风箱，经与高温烧结矿热交换后循环风机再次将废气送入带冷机风箱，经与高温烧结矿热交换后从从1号烟囱进入锅炉；占总量号烟囱进入锅炉；占总量40%的另一部份废气外排至大气。的另一部份废气外排至大气。烟气采取循环利用后，进入锅炉的烟气预计比不循

13、环的方式提高烟气采取循环利用后，进入锅炉的烟气预计比不循环的方式提高45，烧结矿温度比正常情况略为提高，烧结矿温度比正常情况略为提高10左右，不影响烧结冷左右，不影响烧结冷却作业。最终确定如下设计参数，废气流量：却作业。最终确定如下设计参数，废气流量：80104m3/h (两两台带冷机的三个烟囱台带冷机的三个烟囱)；废气温度：；废气温度：380400；含尘浓度：；含尘浓度： 0.20.9g/m3。烧结带冷机余热发电烟气系统工艺流程见下图。烧结带冷机余热发电烟气系统工艺流程见下图 。马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD.方案设计及工艺

14、简介方案设计及工艺简介马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD.方案设计及工艺简介方案设计及工艺简介n工艺设计与系统参数设定工艺设计与系统参数设定 本余热回收发电系统可分为烟气系统、纯水系统、本余热回收发电系统可分为烟气系统、纯水系统、余热锅炉系统、汽轮发电系统、设备冷却系统等，余热锅炉系统、汽轮发电系统、设备冷却系统等，其工艺流程见图其工艺流程见图 马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD.方案设计及工艺简介方案设计及工艺简介马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAAN

15、SHAN IRON STEEL CO.,LTD.n热力系统热力系统每台烧结机配备一套烟气回收输送系统。烧结带冷机烟罩出每台烧结机配备一套烟气回收输送系统。烧结带冷机烟罩出口的口的360395废气从废气锅炉顶部进入废气锅炉（内设过热废气从废气锅炉顶部进入废气锅炉（内设过热器、蒸发器、省煤器）进行热交换，经余热锅炉换热后的过热蒸器、蒸发器、省煤器）进行热交换，经余热锅炉换热后的过热蒸汽推动汽轮发电机组发电。汽推动汽轮发电机组发电。废气锅炉采用卧式自然循环汽包炉，额定参数：烟气温度废气锅炉采用卧式自然循环汽包炉，额定参数：烟气温度395、流量、流量40万万m3/h、含尘量、含尘量2g/ m3；过热蒸

16、汽温度；过热蒸汽温度375、压力压力1.95Mpa、流量、流量37.4t/h。汽轮发电机组采用多级、冲动、混压、凝汽式，主汽门进汽汽轮发电机组采用多级、冲动、混压、凝汽式，主汽门进汽参数为温度参数为温度374、压力、压力20.5 MPa （表压），耗汽量（表压），耗汽量86t/h（含闪（含闪蒸器流量），额定功率蒸器流量），额定功率17.5MW。方案设计及工艺简介方案设计及工艺简介马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD.n水系统水系统原水经过滤、脱气、阴阳离子交换处理生成纯原水经过滤、脱气、阴阳离子交换处理生成纯水进入纯水箱，纯水经过除

17、氧器、水泵、换热管水进入纯水箱，纯水经过除氧器、水泵、换热管束和过热器产生过热蒸汽，进入汽轮发电机组发束和过热器产生过热蒸汽，进入汽轮发电机组发电后，乏汽经冷凝器和凝结水泵返回纯水箱。电后，乏汽经冷凝器和凝结水泵返回纯水箱。方案设计及工艺简介方案设计及工艺简介马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD. 项目建设及运行实践项目建设及运行实践 n1 .项目建设项目建设 马钢烧结带冷废气余热利用工程，是我国第一次在烧结系统实施的低温废气余热发电项目，不仅没有现成的经验可借鉴，而且对其工艺设备、技术，工程施工等方面都缺乏认识。针对这种情况,公司

18、专门成立项目部，来强化管理、落实责任。从前期调研开始，就不放过任何细节，充分领会烧结带冷废气余热发电工艺方案和各种运行参数，从而使整个工程按计划顺利进行。与此同时，还对余热发电各个岗位的人员进行全面系统的理论培训和到兄弟单位进行实际操作培训，并制定了操作规程、安全规程以及设备规程。 马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD. 项目建设及运行实践项目建设及运行实践 n2.系统运行实践系统运行实践 1)运行中出现的主要问题n（1）原来烧结机生产存在的稳定性差、设备故障率高以及检修计划性差的弊端，在余热发电系统上来后充分暴露出来，致使机组运行

19、起伏性很大。n（2）因没有可借鉴的成功经验，在烟气(蒸汽)系统保温、烟气流向与循环风机选择以及除尘设备设置等方面都存在缺陷，导致烟气温度及流量偏低，没有达到设计的发电量。n（3）烧结原、燃料变化以及烧结终点温度控制对烟气温度影响非常大，实际运行最大出力超17.5MW，最小出力有时在5MW以下。n（4）由于认识和准备不足，2005年12月出现了低温变送器受冻损坏，造成几次长时间停机影响发电量。 马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD. 项目建设及运行实践项目建设及运行实践 n2)改进措施改进措施n（1）提高烧结系统生产的稳定性，设备运行

20、的可靠性，降低工艺参数波动及非正常停机对烟气品质的影响，保证烧结矿热源的稳定性。n（2）在保证烧结矿质量的前提下，适当降低烧结终点温度，提高了烧结带冷低温烟气温度，使余热发电量有所上升。n（3）摸索闪蒸器产生的混汽与发电量的关系，找出合适的运行方式。烟气余热发电采用了闪蒸器产生的混汽发电新技术，将省煤器的部分热水，导入闪蒸器进行闪蒸，产生饱和蒸汽，和过热蒸汽一同进入发电机发电，随着闪蒸器产生的混汽量的增加，可以明显提高发电量。马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD. 项目建设及运行实践项目建设及运行实践 n(4) 摸索余热发电系统最佳

21、运行方式。n通过上移带冷机拉筋，增加带冷机的料层厚度,同时对带冷机的速比进行摸索，目前基本控制在1.651.75之间。n为了能够将带冷机内的热量充分带出，将两台烧结机的1#带冷机风门基本全开。同时，根据烟温来确定带冷0#、1#、2#烟罩烟气的配比。n通过摸索，得出余热锅炉的操作要领：在锅炉启动阶段，其升温曲线靠逐步开启锅炉进口挡板和风机风门来保证；锅炉的甩炉操作靠关闭锅炉进口挡板和风机风门来实现；正常生产时靠引风机风门开度的大小来调节烟气流量以平衡烟气温度。烧结余热发电系统受烧结机工况影响较大，在烟温不高的情况下，需调节烟气流量来确保烟气温度以满足发电需要（在烟气温度较低时关小风门降低锅炉负荷

22、，避免甩炉；在烟气温度较高时全开风门提高发电量）。马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD. 项目建设及运行实践项目建设及运行实践 n（5）改进烟气回收输送系统。通过现场测试，发现烟气系统的流场分布不合理，烟气流动不畅的现象。对此，我们采用了隔绝除尘器，对两台烧结机1#带冷风机上部烟帽进行全密封焊接，以减少热量损失。增加隔板，减少低温烟气进入余热发电系统，调整鼓风冷却机风门开度等措施，使发电量提高约10万kWh/d。n（6）改善烟气系统的保温性，对烟罩、风管、锅炉、蒸汽管路等加强保温措施。n（7）采取措施减少烧结机、带冷机上的漏风。对两

23、台烧结机进行了漏风率测定，并在生产中加大对漏风部位的点检力度；在烧结机定修前对漏风检修项目进行汇总，以确保各漏风部位的检修到位；发现带冷机密封板异常时立即更换。采取上述措施后，烧结机、带冷机的漏风现象大为改善。马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD.项目建设及运行实践项目建设及运行实践n（8）强化设备维护，对设备存在的问题及时整改，使设备性能不断完善，减少了非计划检修时间，提升了设备作业率。n（9）2007年回转窑3#炉改造完毕进行并汽。由于引入外部热源，大大减少了因烧结停机而被迫解列的现象。n（10）2007年在1#，2引风机出口分

24、别增装插板阀，以此来增加循环风机烟气量，提高烟气温度,通过技术改造来改善余热发电的工况条件,达到增加烟气流量的目的。n（11）2007年余热发电系统DCS移机工作顺利完成，使发电系统与烧结中控的联系更加密切，有利于组织协调和信息交流，操作控制更为准确、及时。马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD. 2006年年-2009年年8月累计发电月累计发电23456.39万万kWh,已产生已产生经济效益经济效益8725.8万元，测算如下：万元，测算如下： 经济效益经济效益=（发电量（发电量-自用电量）自用电量）销售电价销售电价 其中：实际发电量

25、：其中：实际发电量： 23456.39万万kWh 自用电量：自用电量： 23456.39万万kWh40% 销售电价：销售电价： 0.62元元/kWh 2006年全年产生的经济效益年全年产生的经济效益 =23456.3960%0.62=8725.8（万元）（万元）技术经济与社会环境效益分析技术经济与社会环境效益分析 1、经济效益分析、经济效益分析马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD.技术经济与社会环境效益分析技术经济与社会环境效益分析20062009年发电量（万kWh） 月份 12345678910111206408433426448

26、671623557621302611599385074724441891232291437087267927346786430851246774873076965569773071359130224809135406507522733700641691马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD.n从节约能源角度考虑，马钢两台从节约能源角度考虑，马钢两台300m2烧结机烧结机带冷余热利用发电后可节约带冷余热利用发电后可节约3万吨标煤万吨标煤/年。年。n从环境保护角度考虑，节约从环境保护角度考虑，节约3万吨标煤万吨标煤/年，意年，意味着每年减

27、少排放味着每年减少排放CO2约约8万吨，万吨，SO2约约300吨。吨。2.社会与环境效益分析社会与环境效益分析技术经济与社会环境效益分析技术经济与社会环境效益分析马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD.n从现场环境角度考虑，该项目没有实施前，烧结从现场环境角度考虑，该项目没有实施前，烧结矿鼓风冷却后，大量含铁粉尘通过烟气直接排入矿鼓风冷却后，大量含铁粉尘通过烟气直接排入大气，即造成现场环境污染，又浪费了资源。项大气，即造成现场环境污染，又浪费了资源。项目实施后，由于烟气实现了闭路循环，含铁粉尘目实施后，由于烟气实现了闭路循环，含铁粉尘

28、通过余热锅炉的集灰系统闭路收集，返回烧结系通过余热锅炉的集灰系统闭路收集，返回烧结系统实现循环利用，大大改善了现场环境，还实现统实现循环利用，大大改善了现场环境，还实现回收含铁粉尘回收含铁粉尘10吨吨/月。月。技术经济与社会环境效益分析技术经济与社会环境效益分析马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山钢铁股份有限公司MAANSHAN IRON STEEL CO.,LTD. 1.改造烟气循环系统，提高冷却介质初始温改造烟气循环系统，提高冷却介质初始温度度 烟气循环系统未能有效发挥作用，我们计划对烟气循环系统未能有效发挥作用，我们计划对循环风机叶轮进行改造，并将循环风引入循环风机叶轮进行改造，并将循环风引入0，1冷却机风箱，确保通过热风循环提高烟气温度冷却机风箱，确保通过热风循环提高烟气温度20以上。以上。 2.逐步实现烟气全循环利用逐步实现烟气全循环利用 去除引风机，实现烟气全循环利用。同时改造去除引风机，实现烟气全循环利用。同时改造冷却风箱与烟罩结构，对烟气温度与压力实行