冶炼高耗能钢电力系统余热利用方案

冶炼高耗能钢电力系统余热利用方案

0加快推广节能减排新技术新产品现阶段，中国经济快速发展，各项建设取得了巨大成功。同时，国家非常重视温室气体排放，加强节能减排，应对世界气候变化对环境的影响。新修订的《中华人民共和国节约能源法》要求在工业领域加快推进钢铁、有色、化工、建材等重点用能行业结构调整和节能减排工作,高耗能行业的余热利用已成为国家十大重点节能工程之一。本文阐述了炼钢电炉的余热利用技术和应用情况。1烟气余热利用电炉冶炼在我国钢铁行业相当普遍,用于冶炼优质钢。电炉炼钢具有投资少,冶炼钢种多等优点。电炉在冶炼过程中产生大量的热烟气,烟气的显热占总炼钢能耗的13%～20%,是可利用的能源。电炉烟气在未利用的情况下,从电炉出来后进入沉降室,然后经水冷烟道和机力风冷机冷却后进入布袋除尘器,最后经烟囱排出。电炉烟气在除尘之前必须把烟气温度降到布袋除尘器能承受的温度以下,现有的降温方式(水冷烟道和机力风冷)非但没有利用烟气余热,反而还要消耗大量电能和水资源(如水冷烟道在运行时,需要使用大量循环冷却水对高温烟气进行冷却,这种方式既消耗了大量电能,又损失大量的循环冷却水)。传统的电炉烟气余热利用主要有预热废钢和汽化冷却产生蒸汽两种方式。废钢预热技术的初始投资较大,同时存在废钢预热温度低、温升不均匀、预热通道漏风量大、风机电耗较高、车间内占地面积大、烟气的显热利用效率较低等问题,未能普遍推广;汽化冷却余热利用是在原水冷烟道的基础上把水冷改为汽化冷却,类似于炼钢转炉的汽化冷却,主要是通过辐射换热回收余热。但受炼钢过程周期变化的影响,产出的余热蒸汽时有时无。如蒸汽系统中没有设蓄热器,蒸汽直接接入厂区蒸汽管网时,势必冲击管网压力,对生产不利;增设蓄热器后,蒸汽利用状况得到极大的改善,但单独利用此项技术,烟气排烟温度仍很高(>300℃),不能充分回收烟气余热。2汽化冷却烟道改造基于电炉余热利用现状,国内开发出了一种新的余热利用方式——余热发电,它可以显著提高能源利用率,进一步降低企业炼钢能耗。下面结合某钢铁公司电炉余热发电项目作进一步说明。该公司有两台150t电炉。电炉工作时,烟气的流量、温度随着冶炼周期中的一次加料、冶炼、二次加料、冶炼、出钢的阶段变化而变化,处于周期波动中。图1、图2是该钢铁公司电炉烟气的流量和温度实测情况。根据烟气的特点,经多方比较,采用如下余热利用方案:饱和蒸汽蓄热发电;运行模式为以热定电。余热发电装置包括汽化冷却烟道、余热锅炉、蒸汽蓄热器、凝汽式汽轮发电机组及相关设备;两套汽化冷却烟道、两台锅炉共用一套蒸汽蓄热器和发电机组。本方案的特点是系统简单安全,可靠性好,不需补充其他燃料或能源,运行操作简单方便。电站设计参数的选择按年发电量最大化考虑,机组装机容量10MW。汽化冷却烟道是由原水冷烟道改造而成,改造后的烟气流程是:烟气从电炉出来后进入沉降室,预除尘后进入和余热锅炉连为一体的汽化烟道,出来后进入余热锅炉前的沉降室,再次除尘后通过余热锅炉降温、进入尾部除尘器,详见图3。余热锅炉并联旁路烟道,当余热锅炉出现故障时,可以随时切换让烟气进入旁路烟道,通过喷雾冷却器后再进入除尘器,以此保证余热发电对电炉生产的影响降到最小。改造后的烟气系统阻力小于原烟气阻力,可以充分利用原引风机。汽化烟道整体水平排放,分段布置,强制循环;余热锅炉立式布置、自然循环。汽化烟道和锅炉工作压力为2.1MPa。产生的蒸汽发电后,其冷凝水经真空除氧器除氧后通过给水泵进入省煤器,水在省煤器被加热后从出口集箱送出,一部分进入锅炉的锅筒中;锅筒中的水通过下降管流入蒸发器和膜式壁,在这里被加热后的汽水混合物再引入锅筒中,而后从锅筒引出饱和蒸汽;另一部分进入汽化冷却烟道的锅筒中,经强制循环泵流经受热面吸热后产生饱和蒸汽,两股蒸汽分别引入蒸汽蓄热器中,再从蒸汽蓄热器中引出稳定的蒸汽送入汽轮机发电。锅炉结构见图4,汽化冷却烟道结构见图5。由于电炉周期性作业,导致烟气热源周期性波动,产生的蒸汽热源也处于波动中。本发电系统采用蓄热器来平衡蒸汽波动,保证发电机组的稳定运行。蓄热器设计压力在2.2MPa以上,工作压力在1～2MPa之间。通过蓄热器稳流后,1MPa的饱和蒸汽进入带中间再热的汽轮机组发电。由于电炉烟气中含有大量的粉尘,设计了燃气冲击波吹灰器对锅炉受热面进行吹灰。利用燃气爆燃产生的强大冲击力将翅片受热面上附着的灰尘吹落,一部分被烟气带走,一部分落在灰斗内,由输灰系统排出。3剩余锅炉的运行目前余热电站已建好,经过调试和整改后,系统运行基本稳定。但在试运行阶段,暴露出一些问题,现将原因分析、改进措施及结果介绍如下。3.1汽包水位超标计算的改进措施由于缺乏经验,原余热汽包按常规余热锅炉汽包设计,直径为ϕ1600mm,汽包水位波动范围按±150mm考虑。系统在运行中,由于电炉烟气的周期性变化,导致汽化烟道和锅炉的汽包水位波动频繁,波动范围达±350mm以上,经常出现汽包水位超出测量装置的量程而无法检测的情况。改进措施是:一方面可增大汽包水位测量量程;另一方面增大汽包直径至ϕ2000mm,以增大锅水体积急剧膨胀的吸收量,减少水位波动。3.2对锅炉吹灰的认识不足造成了吹灰器间的距离出现规制锅炉在运行初期,吹灰效果明显,锅炉出力能达到设计参数,但运行一段时间后,锅炉出力逐渐下降。打开人孔门检查时发现:在吹灰管的正下方,受热面基本不积灰,而在远离吹灰管的地方,锅炉受热面积灰严重,导致换热迅速减弱,产汽量下降。我们知道:电炉烟尘的特点是粒径小且轻,小于5～10μm的粒径占大部分,容易吸附在受热面表面上。检查发现,原吹灰器间的距离为2500mm,超出了电炉灰的有效吹灰范围,导致吹灰效果大打折扣。改进措施是:增加吹灰点数,缩短吹灰器间的距离,使其控制在1600mm左右。这样吹灰效果大大增强。3.3人工清灰和烟气整理锅炉运行时,通过吹灰装置清除的受热面积灰落在锅炉下面的4个灰斗中,再通过灰斗下面的星形卸料阀排出。开炉初期,锅炉排灰正常,但运行一段时间后,卸料阀不再排灰,落灰积聚在灰斗里,随着时间的延长,整个灰斗积满了电炉灰尘,并逐渐堵塞了锅炉烟气进口通道(见图6),最后不得不停炉进行人工清灰。原因分析:锅炉运行时从受热面吹落下来的积灰流到灰斗中,由于小灰粒具有较大的表面积和表面能,当与灰斗内壁接触时,依靠分子力吸附在壁面上;同时烟气流中的飞灰可被感应带有静电荷,灰分粒径小于10μm时,灰粒之间也由于表面能和相互之间的静电力克服重力而吸附在一起。由于锅炉进口烟温变化大,最高温达1000℃,烟气进口处的灰斗里面采用耐火混凝土进行绝热保温,壁面相对比较粗糙,靠机械作用能拉住部分灰挂在壁面上。以上原因造成灰粒在灰斗中分散性大、流动性差,流动不畅而堵塞。停炉检查时还发现:锅炉在安装时,由于施工不注意,导致灰斗下部和星形卸料阀之间形成一个小突台(见图7),导致灰斗中的灰不能顺畅流到星形卸料阀而沉积。同时在停炉清灰的时候,发现部分星形卸料阀的进口被灰斗中掉落的大块混凝土卡住而导致灰排不出去(见图8)。4家产业政策改进措施利用炼钢电炉的烟气进行余热发电,是一项有益的技术措施,它可以显著提高能源利用率,进一步降低吨钢能耗,有利于企业的可持续发展,增强企业的市场竞争力,且余热发电项目符合国家产业政策,其社会效益和经济效益十分显著,值得大力推广。改进措施:首先打掉灰斗中的凸台,用钢板制作一个连接烟道,使灰斗的灰顺畅流到星形卸料阀入口;在连接烟道一侧装一个检查