余热发电在转炉冶炼中的应用

余热发电在转炉冶炼中的应用

技术进步成为监狱企业发展战略的重要目标随着我国经济发展的快速发展，资源相对不足的问题日益突出。特别是在钢铁生产公司，我们必须找到新的资源和可再生资源，并合理利用现有的宝贵资源。这是确保中国钢铁行业可持续发展的关键。钢铁行业大力发展和推广的饱和蒸汽低温余热发电技术是遵循国家钢铁产业发展政策,符合当前可持续发展要求、实现循环经济的重要手段,是促进钢铁产业技术升级和结构调整、提高环境保护和资源综合利用水平的有效途径。进入21世纪,钢铁产业需求量趋于过剩阶段,钢铁企业的核心竞争力是提高产品质量和降低生产成本,故采取节能降耗措施以及废气再利用技术是对钢铁行业进行成本单耗降低,资源循环利用,增强产品市场竞争力的重要途径。为此,高义钢铁有限公司把转炉低温余热发电作为企业资源循环利用,提高产品质量,降低生产成本,保证企业持续发展的突破口,大力采用先进工艺技术和节能措施,提出建设转炉余热发电工程,使企业的发展建立在节约能源和保护环境的基础上,真正实现全面协调和可持续发展,提高企业核心竞争力。1发电技术及流程转炉炼钢是钢铁冶炼生产过程中非常重要的工序,在转炉内把铁水炼成钢的过程主要是降碳、升温、脱磷等高温物理化学反应,最后排出大量的CO、CO2等高温废气。转炉工序能耗约占整个钢铁生产中能耗的8%~14%,仅次于炼铁工序,其中45%的能耗以废气的散热形式直接排放到大气中,不仅造成环境的污染,而且浪费了大量的热能资源(转炉排出的废气温度在1400~1600℃)。转炉余热发电技术主要是通过对转炉烟道中排出的余热废气进行再回收利用,通过余热锅炉产生的蒸汽,带动汽轮机系统发电。此项技术不但利用转炉余热,避免能源浪费,为企业创造了较好的经济效益,且在此工序中不产生额外的废气、废渣、粉尘和其他有害气体,是节能环保新技术。转炉蒸汽余热发电系统主要包括汽化冷却余热锅炉、饱和蒸汽汽轮机、发电机三大主体设备及蒸汽蓄热、排气冷却(空冷系统或水冷系统)、给水除氧三大汽水系统,其工艺流程如图1所示。转炉在吹炼过程中,产生大量的高温烟气(1300℃以上),为降低烟气温度、回收高温烟气中的余热,转炉配套设置了烟道式气化冷却余热锅炉。余热锅炉由于受到转炉吹炼时烟气波动的影响,余热锅炉产生的蒸汽量也随之急剧波动。因此,为保证汽轮机进汽流量的连续性和稳定性,设置了蓄热器系统。在吹炼期内,余热锅炉产生的蒸汽被引入蓄热器内,蒸汽将蓄热器内的水加热后并凝结成水,使蓄热器内水焓值升高,这样就完成了蓄热器的充热过程,同时供出饱和蒸汽;在非吹炼阶段,余热锅炉不产生蒸汽,调压阀前的压力不断下降,蓄热器中的饱和水降压后迅速闪蒸,饱和水成为过热水,立即沸腾而自然蒸发,产生连续蒸汽,经调压阀调压至0.8~1.3MPa的饱和蒸汽进入汽轮机,在汽轮机内膨胀做功,驱动发电机发电。2发电系统方案1)余热资源。高义钢铁有限公司是国内较大型的钢铁企业,炼钢厂有3台80t/h转炉,年产钢266万t,该厂生产过程中的余热资源如表1所示。根据生产实践经验,结合转炉回收工艺特点,吨钢产气量一般为80~100kg,蒸汽量根据生产工况不同而有所变化,结合该厂实际工艺情况,平均吨钢蒸汽量按80kg/h考虑,经过核算可产生饱和蒸汽量约26t/h,主蒸汽压力取均值1.2MPa(0.8~1.6MPa),蓄能器排出蒸汽压力取1.0MPa,由水蒸气表查得主蒸汽焓值h0=2772.8kJ/kg,进汽压力为1.0MPa的实际排汽焓值hc=2242.7kJ/kg,汽轮机机械效率ηm取值0.96,发电机效率ηg取值0.95。计算饱和汽轮机的发电功率Pe=3317kW,但考虑到生产工艺特点与实际发电情况,选用4.5MW的发电机组,发电机输出功率计算式为:式中:Pe—发电机输出功率;CD—实际做功蒸汽流量修正系统,取CD=0.95。2)整体方案。蒸汽回收设计方案如图2所示。烟道余热蒸汽的压力随转炉冶炼生产节奏的波动,一般在0.8~1.6MPa,通过余热锅炉收集余热蒸汽,通过蓄热装置将余热平稳过渡到汽轮机中,蓄能器输出的蒸汽压力1.0MPa,蓄能器输出最大气流量34t/h。汽轮机是发电系统的原动机,它把蒸汽的热量转换成汽轮机转子旋转的机械能,拖动发电机发电。循环水冷系统重复利用水资源。输出电压与该厂10kV主变母线并联,并网不上网供电。3)主参数设计。该系统可分为汽轮机、发电机、循环水泵、冷却塔、控制系统等烟等,通过转炉产生饱和蒸汽进入饱和凝汽式汽轮机,进而带动发电机发电。主设备参数如表2所示。4)主厂房设计。汽轮发电房、控制室、高低压配电室等合建一主厂房,主厂房采用双层布置。±0.000平面为辅机平面,布置有射水泵、疏水泵、凝结泵、汽轮机辅机及油系统、高低压配电室。6.00m平面为运转层,汽轮机、发电机、中央控制室。电站设集中电力室,电站启动时启动电源为电网供电,电站正常运行后,电站用电即可有电网供电,也可由电站发电机直接供电。电站设独立调度系统,与电站生产有关的各岗位均设直通调度电话。电站的控制采用DCS计算机控制系统。5)循环水系统。循环水冷却系统包括循环水泵站、冷却塔、循环水池及循环水管网。系统运行时,循环冷却水经循环水泵抽水送到各设备处,冷却过的冷却水利用循环水泵的余压送到冷却塔中,冷却后回到循环水池,供循环水泵继续使用。另设加药和旁滤装置,减少凝结器等设备的结垢。6)接入系统发电机组采用10kV单母线与钢厂总变压器10kV母线连接。运行方式是并网不上网,在电站侧发电机联络开关和发电机出口开关及母线开关设置并网同期点。在不改变总变圧器原有供电运行方式的前提下,发电机发出的电量将全部用于全厂负荷。3经济效益分析转炉低温余热发电是不带补燃锅炉的蒸汽动力循环发电技术方案。由于该方案不使用燃料来补然,因此不会对环境产生附加污染;其次,其运行操作简单方便,运行可靠,安全性高,投资回收期短,对用户来说是较有利的,也是受益比较高的余热电站。该工程的建立为企业创造了可观的经济效益和良好的社会效益,以该转炉余热电站为例,分析效益如下:1)发电效益。发电机的装机容量为4500kW,电站年运行时间为8000h,自用电率为7%,电价按0.5元/kWh计,则每年发电产生经济效益为1674万元。2)节约标准煤。按1万kWh电可节约3.5吨标准煤计算,此余热电站年节约1.26×104吨标准煤。3)投资回收期。按照发电经济效益、总投资费用、运行成本等计算,投资回收期2.5a,运行寿命10a,剩余7.5a发电效益为12555万元。4