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唐钢 2#烧结机余热发电保产实践

秦玉杰，贾玉千，王艳军

( 河北钢铁集团 唐钢公司 炼铁厂，河北 唐山 063016)

摘 要: 唐钢北区余热发电系统在投入使用之初，发电量偏低且运行不稳定。以 2#烧结机系统为试点，以精细化思想为指导，分析导致余热发电不理想的主要原因，采取了适应余热发电操作和设备维护的措施，为余热发电系统提供了稳定而优质的发电烟气，保证了余热发电的稳产、高产，为唐钢节能减排和提高经济效益做出了贡献。

关 键 词: 烧结余热发电; 保产措施; 精细化; 操作方法; 设备维护

1  前言

在钢铁企业中，烧结工序能耗仅次于炼铁工序，烧结过程中可供利用的余热占钢铁厂总热耗的12% 。其中烧结矿的余热占 8% ; 烧结废气余热占4% ; 而冷却机废气和烧结烟气的显热约占烧结过程全部热支出的 50%。因此，设置环冷机余热回收装置回收余热能源既符合节能减排方针政策，又能为企业带来巨大的经济效益。2009 年 7 月份在唐钢炼铁厂北区 4 台烧结机开始配备环冷余热锅炉并组网发电。在配备余热锅炉之初由于操作水平和设备原因造成余热烟气温度低，波动大，吨矿发电量只有14 kW·h，低于全国烧结环冷余热发电平均水平。

为了实现余热发电稳产、高产，在精细化的数据分析、操作、点检的思想指导下，2#烧结机系统作为唐钢炼铁厂北区保产余热发电的试点，通过分析影响余热发电的因素，摸索细化并改进操作方法、加强设备点检及维护提高并稳定烟气温度实现保产余热发电。

2  2#烧结机余热发电系统简介

2． 1 2#烧结机概况

唐钢2#烧结机于1993 年11 月26 日投产，有效烧结面积 180 m2，环冷面积 190 m2。2002 年 12 月份2#烧结机经改造有效烧结面积由 180 m2扩大到210 m2，主排风机叶轮增大，风量由 16 000 m3/ min增至 18 000 m3/ min 以上。2#烧结机设备作业率维持在90%以上，日产烧结矿6 000 t 左右。烧结矿碱度1． 9，其化学成分见表 1。

2． 2 余热发电系统概况

唐钢炼铁厂北区的余热发电系统，采取 4 炉 1机的形式，由 1#、2#、3#、4#烧结机的环冷机所配备的双压余热锅炉和 1 台补汽凝汽式汽轮发电机组成，发电机额定输出功率为 25 MW。余热发电配备之初，吨矿发电量仅为 14 kW·h。由于汽轮机对蒸汽的要求比较严格，为了防止蒸汽中带水损害汽轮机叶片，当余热烟温低于 300 ℃时，必须对所属的余热锅炉进行解列，即停止向余热发电管网提供蒸汽。

2． 3 余热发电系统的组成

唐钢 2#烧结机烧结余热发电系统由 3 部分组成，即烟气回收系统、锅炉系统和汽轮机机组系统。烟气回收系统负责把环冷机产生的高温废气顺利地引至锅炉，锅炉通过热传递将烟气热量传递给水产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带动发电机发电，从而完成环冷机烟气热能向电能的转化。

3 影响余热发电量主要因素及原因分析

3． 1 余热烟气的特性

2#烧结机正常生产时，烧结的热矿从烧结机的尾部落下，经单辊破碎机破碎后，通过热振筛进行筛分，再经溜槽落到冷却机台车上。烧结工艺需要高达 1 200 ℃的温度，在溜槽处的热烧结矿温度可达800 ℃ 左右，主要以辐射形式向外散热，自溜槽落到环冷机上的料温通常在 600 ℃以上。2#烧结环冷机根据大小在其下方布置有 5 台冷却风机，对烧结矿料层强制鼓风冷却。经与冷却一段、二段矿料换热后，在烟罩内聚集的冷却风温度提高到 300 ～450 ℃［1］。

烧结生产的工艺特点决定了冷却机的高温烟气具有波动性，含尘量也具有不确定性，且处于一个相对稳定的动态过程。由式( 1) 可知，烧结矿在冷却机上放热，矿料温度逐渐降低，烧结矿的平均比热随之降低［2］。因此，烧结及其矿料冷却工艺决定了冷却烟气具有波动性、不稳定性的特征。在冷却风的作用下，冷却矿料层中的微小颗粒随风带出，成为烟尘。由于烧结矿破碎及筛分过程的不确定性，烟气的含尘量受到冷却风速及烟尘粒径的影响，也具有不确定性。

Cp=［0． 115 + 0． 257 × 10－3( T － 373) － 0． 012 5 ×10－ 5( T －373) 2］×4． 186 8 ( 1)

式中，Cp———烧结矿的平均比热，kJ/( kg·℃) ;

T———烧结矿的绝对温度，K。

3． 2 影响余热烟气温度及稳定的主要因素

对 2009 年 7 ～10 月 2#烧结机系统影响余热发电的主要原因、影响次数及影响时间做了统计，见表 2。

3． 3 影响余热发电的原因分析

3． 3． 1 烧结机料层偏薄

料层偏薄造成烧结过程中氧化性放热减少，料层的自动蓄热作用降低，大量的热量被烧结废气带走，导致烧结矿从机尾卸下后温度偏低。必然导致到余热烟气温度偏低。

3． 3． 2 烧结终点控制不合理

烧结终点的控制对烧结矿温度会产生影响，进而影响破碎后落到冷却机上的矿温，最终将对冷却烟气温度产生影响。烧结过程中的过烧或欠烧也会影响烟气温度和余热资源量。当烧结矿严重过烧时，在烧结机尾部烧结矿的冷却过程就已经开始了，导致进入冷却机的矿料温度偏低，造成余热烟温偏低。当发生欠烧时，烧结混合料中的碳未能得到充分燃烧，烧结饼所含的热量低于正常水平，也导致烟气温度偏低; 若欠烧的烧结饼在未烧透的情况下进入冷却机后发生二次烧结，放出热量，则导致冷却烟气的温度偏高，可达 500 ～ 600 ℃［1］，影响烟罩密封板等相关设备的使用寿命。

3． 3． 3 换台车造成过烧

烧结机换台车一般需要 2 min 的烧结机及环冷机停机。烧结机停机造成机尾过烧，料层的热量过多地被废气带走，烧结矿从机尾卸下后温度偏低，进而影响到余热烟气温度及稳定性。在余热发电投入使用之初，2#烧结机换台车由于操作不够精细化，基本上是只关闭烧结机尾部的 23 ～ 27#风箱的闸门，并不进行压料。这样启车后势必由于停机造成机尾过烧烟温下降，影响余热发电，烟温曲线如图 1 所示。其中，第一个温度低点是因为换台车时烧结机停机，环冷机随之停机造成的，这种短暂的波动对余热发电的影响并不大。造成余热发电烟温偏低，甚至余热锅炉解列的是启车 5 min 之后余热烟温的下降。

3． 3． 4 环冷机布料偏薄

环冷机布料偏薄，使冷却空气通过料层的时间偏短不能充分的带走烧结矿中的显热，造成余热烟气温度偏低。

3． 3． 5 环冷机布料不匀

环冷机布料不匀，会造成余热烟气温度波动偏大，使余热锅炉和汽轮发电机组负荷波动，损害锅炉炉管及相应组件的寿命，造成余热发电系统作业率下降。

3． 3． 6 烧结机系统作业率偏低

烧结机系统具备较高的作业率是余热发电机组稳定运行的前提条件。烧结机短时间的停机可能导致余热发电机组长时间的停机，影响余热发电机组的稳定运行和发电量。烧结机系统停机是由于岗位点检不及时造成或者操作不当造成的，将影响到余热发电系统的作业率和发电量。可以通过精细化点检或者通过精细化特殊作业避免停机。另外，频繁的开、停机对汽轮机转子和汽缸的损害也非常大，将严重影响汽轮机的使用寿命。

3． 3． 7 环冷机漏风率较高

冷却机台车是按一定速度运动的，其台车下方风箱和上方烟罩与台车之间存在着一定的间隙，需采取相应的措施进行密封。若密封效果较差，任何漏风都会造成集气罩烟气品质和 余 热 资 源 的下降［3］。

冷却机台车与风箱的漏风会造成风量没有完全通过烧结矿料层，造成烧结矿有一部分热量没有被带走。如果要提高烧结矿热利用率必然需要提高鼓风量，势必增加电能的损耗。由于设备老化 2#烧结机环冷机漏风率在 20%左右。

由于带冷机台车与烟罩作相对运动，二者之间存在间隙，因此在烟罩下部压力与外界常温空气压力不一致时，就必然存在漏风。实际上漏风有两种情况，一种是热烟气漏出系统( 烟罩内为正压) ; 另一种就是常温空气顺着间隙进入烟罩( 烟罩内的压力小于外界压力) 。这两种漏风都会降低余热回收效率，由于烟道排烟温度远高于常温空气温度，所以常温空气漏入系统的危害更甚。当环冷台车与烟罩之间的密封板损坏时，这种漏风会更严重。

4 保产措施

2#烧结机保产余热发电的主要目的就是为余热发电系统提供温度合适且稳定的余热烟气，所以必须有针对性地采取保产措施。

4． 1 操作方面的保产措施

4． 1． 1 烧结料层合理厚控

厚料层烧结能改善燃烧条件，强化氧化放热反应，增强自动蓄热能力。有资料表明: 在烧结料层厚度为 180 ～220 mm 时，料层蓄热量只占燃烧带入总热量的 35% ～45%，当料层厚度为 400 mm 时则蓄热量可达 55% ～60%。因此，提高烧结料层厚度能增强料层的蓄热能力，减少烧结过程中的热损失，使破碎筛分后进入冷却机的矿料保持较高的温度，从而有效提高冷却烟气的温度和余热总量。2#烧结机生产经验表明，在同等料量的情况下，烧结机料层每提高 10 mm，余热烟气温度提高 25℃左右。2#烧结机的料层厚度由原来的 620 mm 提高到 650 mm，对提高余热烟温保产余热发电作用明显。

4． 1． 2 合理控制烧结终点

根据 2#烧结机的生产经验，在保证烧结矿质量和成品率的前提下，同时满足余热烟温的烧结终点位置控制在烧结机倒数第三个风箱的后半部分最合适。通过合理的控制水分( 2#烧结机混合料水分由余热发电投入使用前的 7． 0% ～ 7． 2% 下控到目前的 6． 8% ～7． 0%) 和风门开度能达到合理控制烧结终点的目的。由于原燃料情况相对稳定，经过对 2#烧结机生产数据进行精细化分析，制定了吃料量与混合料水分、主排风机风门开度的匹配关系( 见表3) ，用来指导烧结机生产，对稳定烧结过程合理控制烧结终点起到了非常好的作用。2012 年 5 月份2#烧结机专家系统投入使用，烧结机终点控制的更为理想。

4． 1． 3 精细化的换台车操作

针对换台车造成烧结机过烧和发电烟气温度低的情况，烧结机换台车时采取的方法就是精细操作，适当压料。2#烧结机换台车时，料层厚度曲线，如图2 所示。其中，前 5 块台车为正常生产的料层，厚度为 650 mm，第 6 块台车为所要换的台车，料层厚度减薄为 390 ～410 mm，第 6 ～16 块车为了换台车后机尾废气尽快恢复正常而采取料层减薄，厚度为590 ～ 610 mm，第 16 ～ 65 块车防止过烧进行的压料，厚度为 660 ～670 mm，第 65 ～75 块车正是换台车时在点火炉和保温炉的下面，为了保证透气性进行的料层减薄，厚度为 590 ～610 mm。通过这种布料方法，换台车时在仅关闭机尾 23 ～ 27#风箱的情况下，烧结机机尾废气温度和发电烟气温度就能平稳正常。

4． 1． 4 环冷机料层合理厚控

环冷机料层厚度是影响烧结矿冷却速度和冷却介质终温的主要因素之一。唐钢 2#环冷机的生产经验表明: 冷却机料层厚度每提高 0． 1 m，冷却烟气温度提高约 10 ℃。而且料层越厚，冷却越趋于均匀，温度波动幅度越小。因此，在相同条件下增加冷却机的料层厚度，能提高冷却烟气的温度和余热资源总量。在 2#烧结机余热发电投入使用之前，环冷机的料层一般控制在 1 200 mm。经过摸索，环冷机的料层最终控制在1 350 ～1 450 mm。实践表明，环冷机 1 350 ～1 450 mm 的料层厚度，既保证了正常的烧结矿冷却又保证余热发电的需求。

4． 1． 5 环冷机的速度严格与烧结机匹配

在生产中冷却机的速度应与烧结机匹配，避免由于料层厚度不均造成热源及冷却机高温段风室负压的波动，达到余热锅炉和蒸汽机负荷稳定的目的，提高余热发电设备作业率，延长其使用寿命。

4． 2 设备方面的保产措施

4． 2． 1 保证烧结机较高的作业率

烧结机较高的作业率是以整条生产线设备的稳定运行为基础的。为了保证设备的稳定运行提高烧结机作业率，采取的主要措施: ( 1) 提出了“拼设备、保作业率”的要求，并且制定出相应的经济责任制，督促职工对设备进行精细化点检; ( 2) 岗位工加强设备点检，尤其是台车、篦条、皮带、溜槽的点检，及时更换有问题的台车，补齐丢失的篦条，通过精细化特殊作业在烧结机和环冷机不停机的情况下，为检修公司修补损坏的皮带和焊补漏料的溜槽赢得时间; ( 3) 技术人员定期对台车轮、篦条等设备进行抽查，检查结果在车间早晚会做汇报，并根据实际情况对岗位工经行奖惩。

目前，唐钢 2#烧结机作业率维持在 98% 以上，每月除安排一次计划检修外，另外还会出现 3 ～4 次零星停机。这样可以避免余热发电机组不必要的停机，余热发电机组运行稳定。

4． 2． 2 降低余热烟气回收系统漏风率

唐钢 2#烧结机，重新更换了冷却机下部原有的密封条，在台车与风箱两侧，采用一动一静双层密封形式，动密封用耐热橡胶板固定在运动的台车两侧的底梁上，静密封则是将耐热橡胶板沿风箱长度排列，并固定于风箱顶缘的挡板上。在冷却机台车和和烟罩之间加装了条形密封板。在生产过程中，环冷岗位加强对密封装置的点检并做好记录，利用计划检修的机会及时修复损坏的密封装置。为了增加热效率，防止冷却机台车和烟罩之间的密封板被烧坏，烟罩内采用零压或者微负压控制。通过控制风室下面两个冷却风机风门开度及余热锅炉循环风机的转速，烟罩内的压力控制为 0 ～20 Pa。这些措施使环冷机漏风率降低了 15%，烟罩密封板寿命由 3个月提高到 6 个月，余热利用效率提高了 10%。

5 经济效益

烧结机保产措施的成功摸索和实施，促进了余热发电的稳定运行。目前，2#烧结机平均每吨烧结矿产生的烟气余热回收可发电 24 kW·h，折合吨钢综合能耗可降低约 8． 5 kg 标准煤。烧结余热发电工艺的废烟气排放由开式改为闭式，进入余热炉的烟尘原则上不排放，综合除尘效率大约为 80%，按锅炉含尘量 10 g /m，按年运行 8 000 h 计算，2#烧结机每年可减排 6． 16 万 t 烟尘。每年可收集铁砂4． 928万 t，促进钢铁企业实现节能降耗目标。

6 结语

唐钢 2#烧结机余热锅炉投入使用以来，以精细化思想为指导，摸索出了操作方法和设备维护等 7方面的保产措施，达到了保产余热发电的目的。但是环冷料位和烟罩内的负压仍需要人工控制，今后应重点加强这方面的研究和设备改造，争取全部实现自动控制，进一步提高发电量，为企业多创效益。

参 考 文 献

［1］   王常秋，刘云． 翅片管式余热锅炉在东烧 360 m2烧结机上的应用［J］． 烧结球团，2002，27( 6) : 44 ～46．

［2］   张惠宁． 烧结设计手册［M］． 北京: 冶金工业出社，2005: 106～ 107．

［3］   李庆东． 烧结冷却机余热发电系统及其关键技术［J］． 烧结球团，2010，35( 6) : 5 ～ 11．