冶金企业烧结冷却机余热发电技术开发及应用.pdf

第35卷第2期 2013年4月 四川冶金 Si chuanM et al l ur gy V 01．35N o．2 A pr．，2013 文章编号100l _51082013020044珈3 冶 金 企 业 烧 结 冷 却 机 余 热 发 电 技 术 开 发 及 应 用 李 江 四川省工业环境监测研究院，四川成都610041 【摘要】烧结冷却机余热发电技术是利用烧结冷却机中低温的废气通过余热锅炉产生蒸 汽，来推动汽轮机组做功发电。本文对烧结冷却机纯低温余热发电热力工艺系统、热力参数等特点 及发电能力进行了探讨、分析、比较，通过工程实例及结论，为合理选择余热发电技术及提高发电能 力提供参考。 【关键词】烧结冷却机余热发电双压系统 【中图分类号】TF58【文献标识码】 A M ETA LLU R G IC A LSI N TERC O O LERW A STEH EA TPO W ER G EN ER A TI O NTEC H N O LO G YD EV ELO PM EN T A N DA PPLI C A TIO N Li Ji ang Si chuanI ndustr yResear chInst i t ut e ofEnvir onm ent al M oni t or ing，Chengdu610041，Sichuan，C hi na [A bstract] Si nt ercool erw ast eheat pow ergenerat i ont echnol ogy i st heuseofl owt em perat uresint er cool erw ast egast oproducesteamt hrought hew ast eheatboi lert odri veast eamt urbi negroupact i nggen erat ion．Thi s paperdi scus ses，anal yzes and com par es t hefeat uresand pow er -generatingcapaci t y oft he sint ercool erw ast eheat pow ergener at i on t her m al processsys t em s，and t herm al param eters．Itprovi des a ref erenceforareasonabl echoi ceof cogenerat i ont echnol ogy t oi ncrease pow ergenerat i oncapaci t yt hrough t he engi neer i ngproj ect s andconcl usi ons． [Key words]si ntercool er，w ast e heat pow ergenerati on，dual pressuresyst em 1 引言 在工业生产过程中，通常把低于230℃ 的余热定为低温余热，230～6900C热源为中 温余热，高于690。C余热为高温余热。钢铁 行业的能源利用率仅40％～50％，其他能量 转化成大量不同温度范围的余热资源，据统 计，2011年我国大中型钢铁企业高温余热回 收利用率约45％，中温热源回收利用率 30％，低温热源回收利用率只有约1％，大量 余热资源的浪费，增加了钢铁生产能耗，同时 造成了环境污染。 在钢铁生产过程中，烧结工序的能耗约 占总能耗的10％，仅次于炼铁工序，位居第 二。在烧结工序总能耗中，有近50％的热能 以烧结机烟气和冷却机废气的显热形式排入 作者简介李江，高级工程师，国家清洁生产审核师，四川省金属学会安全能源环保学术委员会秘书长。 第2期 Si ehuan M et al l ur gy 大气。由于烧结冷却机废气的温度不高，以 往人们对这部分热能的回收利用重视不够， 实际上烧结冷却机废气数量大，可供回收的 热量也大。烧结冷却机低温余热发电技术是 利用烧结冷却机中低温的废气通过余热锅炉 产生低品位蒸汽，来推动汽轮机组做功发电。 它是当前工业企业节能和环保要求下的必然 趋势和产物，是一项资源综合利用工程项目。 1烧结冷却机概述 烧结矿的冷却方式主要有鼓风冷却、抽 风冷却和机上冷却等几种方式。目前国内钢 铁厂烧结矿的冷却方式大多采用鼓风冷却方 式，烧结鼓风冷却机，根据占地方式不同，有 带式冷却机和环式冷却机两种。烧结鼓风冷 却机规模按冷却机面积有140m 2、190m 2、 280 m 2、336m 2、415m 2、460m 2等系列。 烧结鼓风冷却机工作原理为赤热的烧 结矿石从烧结机进入冷却机时的温度高达 650750℃，在烧结机中反应完成的矿石经 过破碎，移送至冷却机，并形成一定厚度的填 充层。填充层一面向前移动，一面被从下部 各段鼓风机送人的空气逐次冷却，当冷却至 120～150℃时，排出冷却机向高炉输送。与 烧结矿石进行热交换的空气，通过在冷却器 上方各段设置的烟罩烟囱排出。排出的废气 温度在300～400℃左右，其中还含有一定数 量的矿物粉尘。该部分废气温度相对较高， 废气排量大，有较强的余热利用价值，且可回 收部分烧结矿粉尘。 2热力工艺系统方案 2．1国内余热发电技术主要采用的三种热 力系统 对于纯低温余热发电，目前国内已普遍 采用的有以下几种热力循环系统 1 单压系统采用单级进汽汽轮机及 单压余热锅炉的单压不补汽系统。 2闪蒸系统采用补汽式汽轮机的符 合闪蒸单级补汽系统，余热锅炉生产主蒸汽 同时生产高温热水，高温热水再降压蒸发出 二次蒸汽后，二次蒸汽补入汽轮机。 3 双压系统采用补汽式汽轮机的双 压单级补汽系统，余热锅炉生产两个不同压 力的蒸汽，一为主蒸汽，另一个为低压补汽。 2．2 系统蒸汽参数的选取与发电能力比较 1对于单压系统，随着主蒸汽压力的 升高，其对应的饱和温度也升高，由于节点温 差的存在，锅炉排烟温度也升高，使其利用的 热量减少，主蒸汽产量减少；相反，随着蒸汽 压力的降低，其对应的饱和温度也降低，锅炉 排烟温度降低，其利用的热量增多，主蒸汽产 量会增加。但如果工质压力太低，因为等熵 焓降显著减少，造成工质循环热效率下降，起 单位发电能力减少，当压力降到一定值时，系 统总的发电能力反而开始降低。由于废气余 热不能得以充分利用，相应影响发电能力o 2在双压技术中，可以在主蒸汽压力 较高的前提下，也就是在工质循环热效率较 高的情况下，保证较低的排气温度。双压系 统可使相对高温热源230～3500c烟气产 生较高参数的蒸汽，使相对低温热源100 230℃烟气产生较低参数的蒸汽，使能量分 布优化，系统充分吸收低参数热量，发出更多 的电能。 3复合闪蒸单级补汽系统，发电能力 处于中等，是由于废气经余热锅炉生产主蒸 汽后，再经省煤器加热段生产高温热水，生产 出的热水一部分作为余热锅炉蒸发段的给 水，余下的高温热水经过闪蒸器生产出低压 饱和蒸汽，低压饱和蒸汽补进汽轮机发电，闪 蒸器的出水混合汽轮机的凝结水作为锅炉的 给水，由于闪蒸汽的出水温度为闪蒸器所产 蒸汽压力下对应的饱和温度，一般闪蒸器低 四川冶金第35卷 压蒸汽压力0．4M Pa，但由于闪蒸器的出水 焓未能转换为电能，降低了系统的发电能力， 但由于有闪蒸出的蒸汽补进汽轮机，所以发 电能力介于前两系统之间。 因此，在相同的条件下，单压、双压、闪蒸 三种系统中，双压系统发电能力是最高的。 2．3技术经济比较 在相同的条件下，对单压、双压、闪蒸三 种系统进行技术经济比较。某钢厂工程共有 2套360m 2烧结机环冷机，采用两台余热锅 炉配置一台纯凝式汽轮发电机组。每台锅炉 进口烟气参数为额定烟气量440000N m 3／ h，额定烟气温度370℃。三种系统装机方案 主要技术经济指标见表1。 表1 序号名称单位1西西西产雩篡耄蓍‰ 2额定烟气温度 ℃370370 370 3锅炉主蒸汽压力 M Pag 1．4I．9 I．9 4锅炉主蒸汽温度 ℃345345345 5锅炉主蒸汽流量t ／h 42x28439x27839x279 6餐莩补汽或闪蒸汽 M Pag 无 o． 4o． 3 7璧笙补汽或闪蒸汽 ℃ 无 210143．6’ *睁 o／u 8曩萎补汽‘或闪蒸汽’l／ h 无 l ox2208x216 9锅炉排烟温度 ℃ 170 138 153 10汽机主蒸汽流量们l 847878 11汽机补汽流量 ∥h 无 2018 12汽机计算功率 M W141918 13发电年利用小时数h 700070007000 14全厂年发电量 K w h／a0．9810。1．3310。1．26x10‘ 15全厂年供电量 K w h／a 0．8710。1．1810。1．1110。 16综合厂用电率 ％11．411．611．6 17项目静态投资 万元 72001000011200 18发电工程单位投资元／kW 514352636222 19年销售收入 万元34804720 4440 20财务内部收益率 ％ 27．62 28．11 23．23 2l 财务净现值万元 131231869215674 丝全l堕童翌蝗塑生箜丝i 丝 注本工程为余热利用发电，折合标煤按汽机计算功率下燃煤锅炉纯凝发 电机组相等估算标煤值。收益按o．4Yr_／kwh计算。 由表l 可知，烧结冷却机纯低温余热发 电应优先选择双压热力系统，不但技术经济 合理，且发电能力是最高的。 3 结语 对于低温余热电站工程，综合来看双压 系统、补进系统热能利用率高、发电量大，而 且全部设备可实现国产化，每千瓦投资也较 为经济。 采取烟气再循环技术，不但能提高余热 锅炉主蒸汽参数，且锅炉无废气排放大气，无 大气污染，投资回报较好，社会效益显著。 节能降耗已成为钢铁冶金企业提高竞争 力的重要途径。烧结冷却机低温余热发电技 术必将在我国钢铁工业的节能降耗方面做出 突出的贡献，同时带动整个行业乃至相关行 业的技术创新水平上一个新台阶。 参考文献 [1]冶金工业部长沙黑色冶金矿山设计研究院． 烧结设计手册[M ]．北京冶金工业出版社， 1990． [2]郑体宽．热力发电厂[M ] ．北京水利电力出 版社，1995