摘要 本文介绍了马钢300 m。烧结机带冷余热发电工程的工艺流程，项目建设、生产实践及经济效益等情况。

关键词 带冷机 余热 发电

1前言

    马鞍山钢铁股份有限公司第二炼铁总厂有两座2．500 m³和一座1 000 m³高炉，配备两台300 m²烧结机，两台带式冷却机面积分别为336m²，每台带冷机前三个烟罩排烟温度平均可达380 ^oC，总排气量近40万m³／h。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、实现可持续发展具有十分重要的现实义。

    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利用方式，主要有：将废气返回到烧结机，作为烧结助燃空气用；预热助燃空气作为点火炉的助燃风；通人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，送人管网。

    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。因此马钢选择了余热发电方式来回收300 m²烧结机冷却机余热。该工程于2004年9月1日正式开工，2005年9月6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。

2余热发电的可行性研究

2．1  国内中低温废气余热利用情况

    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。而国内较大型的烧结厂，如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，这种回收方式较之热管回收，其换热效率较高，蒸汽产生量较多，但是都没有将回收的蒸汽用来发电。

    不过，在调查中我们得知，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。该技术及全套设备是日本“绿色援助”项目，1998年投产，年发电量约5 500万kwh。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，我们得出：马钢烧结带冷机所产生的烟气完全具备发电条件。另外，马钢在建设烧结系统时，曾预留了余热利用场地，可以满足余热发电工艺设施及管道布置的需要。

2．2烧结燃烧过程及温度场情况

    为调查烧结过程的热源情况，我们对混合料在台车上烧结过程中温度变化情况进行跟踪。具体做法是在烧结机一节台车的侧面距底邵150 mm、300 mm、450 mm三个高度处分别钻一个孔(孔径12 mm)，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温度变化过程，直至台车到达烧结机尾部。烧结过程温度跟踪测试的记录曲线示于图1。

    由图可以看出，在烧结过程中温度最高近1 300℃，并且点火开始7 rain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1 207℃以上，说明热源非常充足。

2．3烟气余热情况调研

    烧结机尾卸出的成品矿，直接进入带式冷却机，通过鼓风进行冷却。冷却产生的废气经6座烟囱直接排人大气。为准确掌握废气品质情况，对其前端相对高温的3座烟囱(0^#1^#2^#)排出废气的温度、压力、流量、成分、含尘量等参数进行了现场测试(见表1)。

从静态测试的情况来看：0号烟囱温度较高，但流量小，且粉尘含量大；1号烟囱的流量较大，温度略微偏低；2号烟囱温度波动较大。总体来看，烟气需用要循环才能为锅炉提供稳定的热源。  

3方案设计及工艺简介

3．1废气参数的确定

    为了进一步提高烟气温度并稳定烟气工况参数。设计采用了烟气循环的方式。流程见图2。

锅炉引风机排出的烟气分成两部分：占总量60％的一部分由循环风机再次送人带冷机风箱，经与高温烧结矿热交换后从1号烟囱进入锅炉；占总量40％的另一部分废气外排至大气。

烟气采取循环利用后，进入锅炉的烟气预计比不循环的方式提高45℃，烧结矿温度比正常情况略有提高(10℃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：80×104m3／h(两台带冷机的三个烟囱)；废气温度：380～400℃；含尘浓度：0．2—0．9 g／m³。

3．2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、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3。

3．2．1  热力系统

    每台烧结机配备一套烟气回收输送系统。烧结带冷机烟罩出口的360～395℃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395℃、流量40万m³／h、含尘量≤2 g／m³；过热蒸汽温度375℃、压力1．95 MPa、流量37．4 t／h。   

    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374℃、压力20．5MPa(表压)，耗汽量86 t／h(含闪蒸器流量)，额定功率17．5 Mw。

3．2．2水系统

    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电后，乏汽经冷凝器和凝结水泵返回纯水箱。

4项目建设及运行实践

4．1  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。该项目建设由马钢自己完成，的确存在相当大的难度。针对这种情况，公司专门成立了项目部，来强化管理、落实责任。从前期调研开始，就不放过任何细节，认真分析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并派往兄弟单位进行实际操作培训，同时制定了操作规程、安全规程以及设备规程。

4．2系统运行实践

4．2．1运行中出现的主要问题

    (1)原来烧结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，在余热发电系统投入运行后充分暴露出来，致使机组运行起伏性很大。

    (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。

    (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过17．5 MW，最小出力有时在5 Mw以下。

4．2．2改进措施

    (1)通过提高烧结系统生产的稳定性和设备运行的可靠性来降低工艺参数波动及非正常停机对烟气品质的影响，以保证烧结矿热源的稳定。

    (2)在保证烧结矿质量的前提下，通过适当降低烧结终点温度来提高烧结带冷低温烟气温度，使余热发电量有所上升。

    (3)摸索余热发电系统最佳运行方式。余热发电投运前烧结机与带冷机速度之比一般在

1．85～1．90之间，带冷机内料层较薄(1 200mm)，余热发电投运后，我们通过上移带冷机拉筋，以最大限度地增加带冷机的料层厚度(增加到以不刮带冷机内拉筋为限，达到1 400 mm)，同时对带冷机的速比进行了反复摸索，目前基本控制在1．65～1．75之间。

    在余热发电投入运行以前两台烧结机的l。带冷机风门开度基本控制在30％左右。余热发电投入运行后，为了能够将带冷机内的热量充分带出，现在是基本全开。同时，根据烟温来确定带冷0”、1“、2“烟罩烟气的配比。

    通过摸索，我们还得出余热锅炉的操作要领：在余热发电锅炉启动阶段，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热量以满足发电需要(在烟气温度较低时关小风门降低锅炉负荷，避免甩炉；在烟气温度较高时全开风门提高发电量)。

    (4)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。马钢烧结带冷低温

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。

    (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，存在烟气流动不畅的现象。对此，我们采用了隔绝除尘器、在带冷机烟罩下增加隔板、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。

    (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。

    (7)采取措施减少烧结机、带冷机上的漏风。总厂专门成立了测漏和堵漏小组，对两台

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。

    (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。    。

5技术经济与社会环境效益分析

5．1经济效益分析

    2006年全年累计发电6100．5l万kwh，已产生经济效益2367万元，测算如下：

    经济效益=(发电量一自用电量)×销售电价

    其中：实际发电量：6100．5l万kwh

    自用电量：2282．26万kwh

    销售电价：O．62元／kwh

    2006年全年产生的经济效益=(6100．51。2282．26)×0．62=2367(万元)

5．2社会与环境效益分析

    从节约能源角度考虑，马钢两台300 m²烧结机余热利用发电后可节约标煤3万t／a。从环境保护角度考虑，节约标煤3万t／a，意味着每年减少排放C0₂约8万t，S0₂约300 t。

5．3现场环境显著改善

  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大气，既造成现场环境污染，又浪费了资源。项目实施后，由于烟气实现了闭路循环，含铁粉尘通过余热锅炉的集灰系统收集，再返回烧结系统实现了循环利用，大大改善了现场环境，每月回收含铁粉尘10 t左右。

6进一步提高发电量工作设想

6．1改造烟气循环系统，提高冷却介质初始温度

    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0^#l^#冷却机风箱，确保通过热风循环提高烟气温度20 cc以上。

6．2拓宽余热回收利用渠道，增加发电量

    原与烧结配套的年产8万t石灰窑工程，热利用率低。计划将石灰回转窑烟气引入烧结余热发电系统。石灰窑烟气量较大且较稳定、温度约750℃，含尘量小于2 g／m³，通过余热锅炉产生符合要求的蒸汽(10 t／h，420℃)，直接进入汽轮机，以提高发电量，并从根本上解决烧结停机带来的发电机解列的问题。

6．3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。同时改造冷却风箱与烟罩结构，对烟气温度与压力实行在线监测，使之达到额定出力。  ’

6．4进一步改善带冷机台车的密封，降低漏风率

    进一步改善带冷机台车的密封，采用以弹簧钢为材料的薄板密封装置，代替橡胶为材料的密封装置，克服高温老化对密封性能的影响，达到降低漏风率的目的。

    通过上述努力，预计届时年发电量可望达1亿kwh以上，产生经济效益5000万元左右。

7结语

    马钢烧结余热发电项目的建成，有效地降低了马钢烧结工序能耗，为企业降本增效，做出了巨大贡献；也为我国中、低温烧结冷却废气的余热利用开辟了一条新途径，在烧结行业起到了带头作用。由于该项目是国内首家采用烧结带冷余热发电的项目，从设计到实际操作都没有先例可借鉴，虽然通过消化吸收相关行业的现有技术和在生产实践中摸索经验，我们初步领会了该技术的要领，但今后还有待在烧结生产精细化操作、加强设备维护管理、提高烟气温度和流量的稳定性、进一步完善余热发电工艺流程等方面进一步做工作，以最终实现余热回收和烧结生产的完美结合。相信该项目的成功，将推动我国烧结余热利用技术迈上一个新台阶。