華吉濤
（廣西柳鋼中金不銹鋼有限公司 廣西 玉林 537624）
摘 要：摘要介紹了廣西柳鋼中金不銹鋼有限公司180m2燒結機以紅土鎳礦為原料，充分利用燒結余熱進行發電的應用情況，以及運行過程出現的問題和解決辦法，對燒結余熱發電設計、建設和運行中可能出現的問題給出了建議。
關健詞：燒結余熱回收；發電；實踐
1 引言
隨著“雙控”升級，限電政策頻發，鋼鐵企業作為用電大戶，在積極相應國家“雙碳”政策，在實施節能減排的同時，眼光向內，增加企業自主“造血”能力，滿足企業正常生產經營。廣西柳鋼中金不銹鋼有限公司是一家以采用燒結—高爐法生產含鎳鐵水，作為不銹鋼母液供后續冶煉不銹鋼的全流程企業。由于紅土鎳礦物理水及結晶水含量高，燒損大，硅、鎂含量高，且不能采用高堿度生產工藝，從而導致紅土鎳礦燒結難度大，表現在燒結礦強度差、產量低及能耗高。其燒結性能類似于褐鐵礦粉，但遠比常規褐鐵礦難燒結。而且，目前常規鐵礦燒結工藝中，褐鐵礦配比最高為50%左右。因此，全紅土鎳礦燒結是一個世界性難題。針對全紅土鎳礦燒結工藝過程中的波動，如何更好的協同余熱發電，實現生產過程中資源利用做大化，是紅土鎳礦燒結從業者考慮的一刻課題。
廣西柳鋼中金不銹鋼有限公司燒結廠(以下簡稱中金公司) 180m2燒結機于2014年10月1竣工投產,設計年產自熔性鎳礦燒結礦120萬噸，投產當月即達產。因受紅土鎳礦燒結工藝影響，配套余熱發電選型為純低溫余熱發電站。因項目建設進度問題，燒結余熱發電尚未與燒結主體工程同時投運，余熱發電項目推遲到2017年5月開始并網發電；5月27日完成168小時考機運行,系統運轉逐漸趨于穩定,日發電量可達10萬kWh。
2 中金公司燒結余熱發電系統概況
中金公司余熱發電具體工藝流程見圖1。通過引風機將環冷機1號、2號煙囪的高溫煙氣(約400℃)引出,混合后進入高效余熱鍋爐，加熱鍋爐內的水產生375℃的過熱蒸汽和144℃的低壓蒸汽,供出,混合后進入高效余熱鍋爐加熱鍋爐內的水產生375℃的過熱蒸汽和144℃的低壓蒸汽,供給汽輪機發電。經引風機循環風機增壓后返回2號環冷鼓風機風池作為冷卻介質冷卻燒結礦, 以此來提高環冷機排煙溫度。
圖1余熱發電工藝流程圖
3投產后出現的問題
由于中金公司180m2燒結余熱發電工程和燒結機工程并非同時設計、投運，加之自熔性鎳礦燒結余熱發電在我國尚未起步,鮮有經驗可借鑒,尤其是發電機組與燒結機的運行未能很好的銜接,燒結余熱發電項目在投產后表現出一系列的問題。
3．1 蒸汽參數不穩定, 不能滿足汽輪機正常運轉的要求
汽輪機的正常運行對蒸汽參數有一定的要求, 中金公司180 m2 燒結機余熱發電工程選用的汽輪機正常運行時蒸汽溫度為370 ℃, 最低為320 ℃, 最高為390 ℃。但是由于燒結過程波動和余熱發電操作經驗缺乏, 投產后, 蒸汽溫度經常低于300 ℃, 遠遠達不到汽輪機的要求, 從而導致機組頻繁停機。
3.1.1 原因分析
鍋爐蒸汽溫度低的直接原因是鍋爐入口煙氣溫度低。經過分析發現,導致鍋爐入口煙氣溫度低的原因主要有兩個: ①燒結礦嚴重過燒或嚴重欠燒。當燒結礦嚴重過燒時,在燒結機尾部燒結礦的冷卻過程就已開始進行了;嚴重欠燒時,燒結混合料中的碳未能得到充分燃燒,所產生的熱量更少。這兩種情況都將導致給入冷卻機上的燒結礦攜帶的熱量減少,進而導致煙氣溫度降低; ②鍋爐引風量和環冷機鼓風量不匹配。穿過環冷機熱礦層的高溫廢氣才是鍋爐的有效熱源,但是由于帶冷機和煙罩密封不嚴,當鍋爐引風量大于廢氣回收段帶冷機的鼓風量時,將有大量冷風漏入,導致進入鍋爐的煙氣溫度急劇下降。
3.1.2 解決方法
對上述兩點原因,我們在投產后采取了相應的措施。第一,穩定燒結過程,嚴禁出現嚴重過燒和欠燒的情況,尤其是不能出現過燒的情況,重點加強了對一、二混添加水的控制。同時發揮中金公司180 m2 燒結機自動化程度高的優勢,利用SPSS(燒結過程智能控制系統) 合理的控制燒結過程的BRP 點,使該點維持在58 m～62 m 之間,從而穩定了燒結過程。第二，正常運行時,引風機應該工作在所示的蒸發a 點,若實際運行中出現煙氣溫度下降,可視情況通過關小引風機的風門(或同時關小鼓風機和引風機的風門) 來使煙氣溫度達到所要求的溫度。通過采取這些措施,蒸汽溫度的穩定性得到了提高,2020年以后沒有出現因蒸汽溫度低而導致的停機現象。
3. 2 燒結機短時間停機嚴重影響余熱發電系統的作業率
燒結機短時間的停機(30 min 左右) 在燒結生產中是很難避免的,這種停機對燒結機作業率影響不大,但是對余熱發電機組影響卻很大。
3.2.1 原因分析
燒結機停機以后,不再有熱燒結礦卸到帶冷機上,此時鍋爐的熱源只是環冷機上燒結礦的物理熱,這部分熱量在鼓風冷卻下很快就會消耗完,從而導致蒸汽溫度急劇下降,機組解列;另外,在燒結機短時間停機時,操作人員一般是不主動關主抽風機風門，這便導致燒結機上原有的料層嚴重過燒，往往出現重新開機后環冷機煙氣溫度先小幅度上升然后再急劇下降的情況。在不采取任何措施的情況下,燒結機停機10 min 以上就將導致余熱發電機組停機。從發電機解列到并網，至少需要2小時，若燒結機開機后燒結過程不穩定，所需要的時間將更長。如果這種短時間的停機不能很好的解決且沒有很好的應對措施,余熱發電將不能穩定的運行。
3.2.2 解決方法
燒結機停機后及時關小環冷鼓風機和鍋爐引風機的風門,同時將發電機組負荷快速減到10 %左右,以避免因煙氣溫度低導致發電機組停機;另外,還應及時關小主抽風機的風門(根據預判故障處理時間風門應減至15 %左右) ,同時視停機時的燒成情況關閉燒結機后部的風箱翻版,防止燒結機上的料層在停機期間嚴重過燒。燒結機停機重開后帶冷煙氣溫度變化趨勢通過采取這些措施,大大減少了因燒結機短時間停機導致的余熱發電機組停機。目前,燒結機在30 min 以內的停機,燒結余熱發電機組一般不會停機。
3.3 余熱鍋爐煙氣回收系統漏風降低了余熱回收效率
煙氣回收系統的漏風是導致余熱回收效率低和煙氣溫度低的主要原因,減少漏風對提高余熱回收效率有重要意義。
3.3.1 原因分析
由于環冷機臺車與煙罩作相對運動,二者之間存在間隙,因此在煙罩下部壓力與外界常溫空氣壓力不一致時,就必然存在漏風。實際上漏風有兩種情況,一種是熱煙氣漏出系統(煙罩內為正壓) ;另一種就是常溫空氣順著間隙進入煙罩(煙罩內的壓力小于外界壓力) 。這兩種漏風都會降低余熱回收效率,由于煙道排煙溫度遠高于常溫空氣溫度,所以常溫空氣漏入系統的危害更甚。
3.3.2 解決辦法
為減少漏風,正常運行時帶冷機煙罩下部盡量保持微正壓,同時減小煙罩與臺車邊緣的間距,采用軟密封,在環冷機風道內側加裝風向導流板，提高冷卻風的利用率，降低漏風。
4 關于燒結余熱發電的思考
隨著國內新建燒結機面積逐漸擴大,利用燒結礦冷卻余熱廢氣進行發電已經具備了基本條件。筆者認為,在設計、建設和生產過程中應該兼顧以下幾點:
4.1 燒結機必須具有較高的作業率
燒結機具備較高的作業率是余熱發電機組穩定運行的前提條件。如前所述,燒結機短時間的停機可能導致機組長時間的停機,影響余熱發電機組的運行和發電量。另外,頻繁的開、停機對汽輪機轉子和汽缸的損害也非常大,將嚴重影響汽輪機的使用壽命。目前,中金公司180 m2 燒結機作業率維持在98 %以上,每月除安排一次計劃檢修外,另外還會出現3～4 次零星停機。出現30 min 以內的短時間停機時,通過調整燒結機和余熱發電機組的操作,一般可以避免余熱發電機組停機,余熱發電機組運行較穩定。
4.2 燒結過程要穩定
燒結余熱發電對熱源有一定的要求,除要求有一定的數量外,煙氣溫度還要滿足汽輪機對蒸汽參數的要求。余熱發電機組投運初期多次出現因煙氣溫度低而導致的機組停機現象。其根本原因是燒結過程不夠穩定,出現嚴重過燒或欠燒的情況。后來通過嚴格混合料水分控制和燒結過程BRP控制,穩定了燒結過程,基本上杜絕了嚴重過燒或欠燒的情況,余熱發電機組基本上沒有再出現因燒結過程不穩定而導致的停機。
4.3 汽輪機的型號要與熱源的品位相匹配
汽輪機是整個余熱發電機組的核心設備,其運行情況直接關系到機組工作的穩定。汽輪機對進汽參數有著嚴格的要求,太高或太低都不能進入汽輪機。當蒸汽溫度過高時還可以通過噴減溫水來降低蒸汽溫度;蒸汽溫度過低則沒有有效的解決措施。因此,余熱發電機組中蒸汽參數不能滿足汽輪機要求的,絕大多數是由于蒸汽溫度太低。在設計過程中汽輪機的選型應該與廢氣溫度相匹配,盡量選擇進汽參數稍微低一點,且允許波動范圍大一點的汽輪機,從而保證投運后汽輪機的安全運行。
4.4 除塵與環保
在余熱鍋爐引風機和環冷鼓風機的雙重作用下,燒結礦冷卻廢氣的含塵濃度往往會超過國家規定的排放標準,因此需要在煙氣回收系統中設置除塵裝置。增加除塵器必然導致煙氣系統阻力上升,從而要加大引風機功率；另外,增加除塵器還會帶來一定的熱量損失,降低余熱回收的效率。盡管這兩點都是我們不愿意看到的,但是在目前的這種煙氣回收非閉式循環系統(鍋爐排煙全部或部分排入大氣) 中安裝除塵器卻是必須的。要解決這一問題,將來可考采用煙氣全閉式循環系統(鍋爐排煙全部循環用作燒結礦的冷卻介質) ,這樣可免去在系統中安設除塵器,它應是今后燒結余熱回收系統的發展方向。
5 結 語
中金公司燒結余熱發電系統穩定運行,取得了很好的效果。實際運行情況表明,該余熱發電系統在運行正常的情況下,能向燒結廠提供35 %～40 %的用電量,為企業帶來良好的經濟效益。目前在我國利用紅土鎳礦燒結余熱進行發電的廠家還不多,但隨著國內大型燒結機的發展，該項技術應用回更加廣泛。