日照钢铁固体废弃物回收及余热发电综合利用

1、日照钢铁固体废弃物回收及余热发电综合利用【摘要】日照钢铁集团两条固废转底炉生产线于2010年 5 月投产运行，配套两炉一机余热发电项目于2012 年 3月底投产运行。本文主要介绍该项目的系统，包括：转底炉直接还原工艺系统、余热发电锅炉系统、汽水系统、汽轮机系统，并介绍了项目投产后的运行生产状况。据生产统计，转底炉于 2010 年 5 月至今生产数据显示直接还原铁的金属化率平均在 75% 85%，年产 18 多万吨合格均属化球团及高富集锌粉 3500t ；余热发电项目 2012 年 3 月至 14 年 8 月累计发电 10375 万 kWh，累计上网 8886 万 kWh，获得了巨大的经济效益和

2、节能减排效果。【关键词】直接还原；转底炉；余热发电；节能减排1 引言伴随国经济的快速发展，电力紧缺直接困扰着我国经济建设的发展和人民生活水平的提高，尤其是发展速度快的东南沿海地区，缺电对经济发展的制约，特别是对作为耗能大户的日照钢铁带来的影响显得更为突出。固废转底炉及余热发电技术的推广和应用，不仅利于企业降低能耗和成本，创造可观的经济效益，同时这也符合国家节能降耗的大政方针。日钢集团积极响应国家节能降耗的方针政策，及对企业自身经济效益的考虑，两条转底炉生产线于2010 年 5月份投产运行，为配套余热发电项目工程建设线从2011年 4月份停产，至2012 年 4 月与 #1 余热锅炉及余热发电机

3、组同时投产运行，线从2012 年 4 月份停产至2012 年 8 月投产运行与 #2 余热锅炉同时投入运行。2 固废转底炉余热发电项目概述我公司年产粗钢约1250 万吨，每年产生含锌高炉粉尘和转炉污泥近 80 万吨，粉尘和污泥中含有大量的 Fe、Zn、C等有价物质， 都进入烧结作为原料使用。 由于粒度很细 （ <200 目），特别容易积聚，很难混匀，水分也难以控制，严重影响烧结的产量和烧结矿的质量，同时锌在高炉内的循环富集，即浪费了资源，又严重影响高炉的正常生产。为此公司投建了 2 台年产 20 万吨转底炉，在实际运行中受烟气系统的影响，产量较低，为了保证转底炉的正常生产，充分利用转底炉

4、所产生的高温废气，降低工序能耗，减少 SO2、粉尘之类的大气污染物；减少对于化石资源的开采和消耗，促进资源节约；新建了一座余热发电站。余热发电采用技术成熟的余热锅炉和凝汽式汽轮发电机组， 内设 2× 33t/h 单压余热锅炉，1× 12MW 凝汽式汽轮机， 1× 15MW 发电机组及配套辅机设备。3 主要工艺及设备3.1 固废余热回收系统选型及特点：（ 1）余热发电系统采用两炉一机配置，每台转底炉配套一台余热锅炉，两台余热锅炉对应一套汽轮发电系统，实现了单条转底炉生产线停运而不影响发电系统。余热锅炉回收转底炉直接还原工艺中产生高温烟气，同时在余热锅炉尾部配装煤气预

5、热器和热风炉将本工艺过程热烟气的热能转换成煤气和助燃空气的物理热，从而提高效率，节约能源。（ 2）转底炉原料采用冷固结含碳球团高温快速还原技术，节能高效的烧嘴系统，先进均匀布料技术，出料机构耐磨又耐高温技术，最终产品为金属化球团和富集锌精粉其主要技术指标如下：（ 3）转底炉正常生产过程中产生约 65000 Nm3/h 的高温烟气，烟气温度 900 1200。排放的烟气成分（体积百分比 %）（见表 3）。烟气含尘量 616g/ Nm3 ，粉尘主要成分：ZnFe2O4、Na2SO4、 NaCl、KCl、 ZnCl 等。烟囱实测 S02 排放值在 20 60ppm 。（ 4）余热锅炉作为转底炉的在线

6、设备，主要受热面材质采用 15 络钼，并采取镍铝喷涂的耐腐蚀、耐磨措施。针对烟气粉尘的特点，采用在线震打清灰装置，并具有可维修性，维修更换易于操作，同时余热锅炉考虑一定的裕量能够适应转底炉的负荷波动并能长期稳定运行。（ 5）余热锅炉分为高温段和低温段，高温段入口烟温900 1200，高温段出口烟温约330，余热锅炉低温段设计成并联的两套对流受热面，一运一备，出口烟气温度约120 170。在转底炉出口烟道设置烟气排放阀门，余热锅炉入口设置电动高温插板阀，余热锅炉低温段进出口设置电动隔离风门，布袋除尘器进口烟道设置掺冷风口。3.2 主要设计内容（ 1）转底炉系统：将炼铁炼钢生产过程排弃的各种含铁粉

7、尘通过电子皮带秤按一定比例配料成为混合料，混合料配用粘结剂在高效混合机内均匀混合，棍压球机将其压制成含碳球团，布料器均匀将固定筛筛分后的含碳球团布到转底炉上，进行高温直接还原，得到具有较高金属化率的金属化球团，合格球团冷却后送至成品仓，外运到炼钢厂。（见图 1）（ 2）余热锅炉系统：根据转底炉烟气特点，本着节约投资，确保系统简洁可靠、方便检修维护的原则，最终选用了湖州炜业锅炉容器制造有限公司及盐城市锅炉制造有限公司制造的 2 台单压、卧式、无补燃、自然循环余热锅炉。（ 3）热力系统：两台余热锅炉配一台凝汽式汽轮发电机，主蒸汽管道采用单母管制连接。来自两台余热锅炉的主蒸汽经电动主汽阀到主蒸汽母管

8、，主蒸汽经单母管送入汽轮机主汽阀，进入汽轮机中膨胀作功。（ 4）抽汽回热及供热系统：汽轮机共有二段抽汽，配有二级回热加热系统。一级抽汽供低压煤气预热器使用、二级抽汽供低压除氧器使用。绝对压力大于0.1MPa 的抽汽管道上均设置了具有快关功能的抽汽逆止阀。在汽机甩负荷或者加热器水位超过危险值时，联锁关闭逆止阀以防止汽机超速和疏水倒灌进入汽机引起大轴弯曲。3.3 工艺简图转底炉工艺系统简图余热发电工艺系统简图4 日钢固废转底炉项目效益与运行状况4.1 企业经济效益（1）日照钢铁厂钢铁产能已达1250 万吨，高炉煤气全采用干法除尘， 粉尘年产生量45.6 万吨。转炉烟气采用湿法除尘，污泥浓缩压滤后，

9、含水37.5%，年产生量46.8 万吨，折干量 29.3 万吨。（ 2）日钢固废转底炉处理含锌粉尘过程， 年回收锌灰量7000 吨，锌灰单价3000 元/ 吨，年回收锌灰收入2100 万元，年可产18 多万吨金属化球团（扣除定修）。（见图 3）（ 3）余热发电项目充分回收利用转底炉烟气余热用于发电，既降低转底炉工序能耗， 同时创造了巨大的发电效益。（见图 4、 5）4.2 社会效益分析我国发展转底炉技术应定位于处理钢铁厂产生的含铁固体废弃物， 解决了高炉风口堵塞、炉况难行、能耗高问题。转底炉直接还原技术回收了金属化球团和富锌粉尘，同时烟气余热回收于发电，不仅使固体废弃物中的有价资源得到充分利用

10、，而且使热能得到循环利用，减少当地由常规火电厂带来的 SO2、粉尘之类的大气污染物；减少对于化石资源的开采和消耗，促进资源节约；有助于改善当地的能源结构，提高能源安全。4.3 存在问题及改进情况（ 1）余热发电现在运行中存在的问题集中在余热锅炉，转底炉余热锅炉运行情况并不理想，余热锅炉的运行参数与设计值偏差较大。主汽流量压力设计值在 3.82Mpa 、33t/h而实际运行压力流量在 1.8Mpa 、18t/h 左右。（ 2）由于初期选择清灰方式不合理，造成换热器中沉积结块，烟道堵塞，停炉清灰，影响生产。余热锅炉内烟气粉尘成分复杂，粉尘的粘性大，炉膛受热面积灰严重，对其炉膛的换热效率影响较大，现

11、已安装在线机械振打装置，进行定期在线清灰。（ 3）锅炉尾部设有布袋除尘系统， 由于排烟温度较高，除尘布袋损坏率较高，后期通过在余热锅炉尾部配装煤气预热器和热风炉将排烟的热能转换成煤气和助燃空气的物理热，同时在布袋除尘器进口烟道设置掺冷风口，用于控制排烟温度。（ 4）余热锅炉炉堂第三室后墙拉稀后膨胀节至 6#过热器之间的距离短，过热器迎风面振打下的粉尘无法进入灰斗，造成不断堆积，将烟道堵塞，现已将拉稀管至过热器入口区域，增加人孔门及打焦孔，膨胀节后增加一节灰斗，拉稀管改为上下联箱形式。5 结论（ 1）转底炉工艺在处理钢厂含锌粉方面的优势在日钢已得到充分体现，充分回收钢厂固体废弃物有价元素，变废为

12、宝，为公司创造了巨大效益。（ 2）转底炉余热发电降低工序能耗，促进资源节约，增加企业的效益；提升了集团公司能源管理的水平，顺应了国家的节能战略及公司“时间日钢、创新日钢、效益日钢、物流日钢、品牌日钢、绿色日钢、和谐日钢”的创新理念。（ 3）提升了集团公司能源管理水平，推进了节能技术进步，提升日照钢铁与同行业的核心竞争力，实现了循环经济与钢铁生产的有效结合。提升了能源管理的手段及方法，形成了一套良好的运行管理机制，为今后能源管理体系健全奠定了坚实的基础。（ 4）在一定程度上缓解了公司的外购能源的压力，大大减少温室排放，收到了良好的社会效益。因此固废转底炉及余热发电项目在日照钢铁的成功应用在同行业具有较强的的推广价值。参考文献1 王定武 .转底炉工艺直接还原的现状和前景J.冶金管理， 2007（ 12） .2 黄洁