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(jié)機以紅土鎳礦為原料，充分利用燒結(jié)余熱進行發(fā)電的應(yīng)用情況，以及運行過程出現(xiàn)的問題和解決辦法，對燒結(jié)余熱發(fā)電設(shè)計、建設(shè)和運行中可能出現(xiàn)的問題給出了建議。
關(guān)健詞：燒結(jié)余熱回收；發(fā)電；實踐
1 引言
隨著“雙控”升級，限電政策頻發(fā)，鋼鐵企業(yè)作為用電大戶，在積極相應(yīng)國家“雙碳”政策，在實施節(jié)能減排的同時，眼光向內(nèi)，增加企業(yè)自主“造血”能力，滿足企業(yè)正常生產(chǎn)經(jīng)營。廣西柳鋼中金不銹鋼有限公司是一家以采用燒結(jié)—高爐法生產(chǎn)含鎳鐵水，作為不銹鋼母液供后續(xù)冶煉不銹鋼的全流程企業(yè)。由于紅土鎳礦物理水及結(jié)晶水含量高，燒損大，硅、鎂含量高，且不能采用高堿度生產(chǎn)工藝，從而導(dǎo)致紅土鎳礦燒結(jié)難度大，表現(xiàn)在燒結(jié)礦強度差、產(chǎn)量低及能耗高。其燒結(jié)性能類似于褐鐵礦粉，但遠比常規(guī)褐鐵礦難燒結(jié)。而且，目前常規(guī)鐵礦燒結(jié)工藝中，褐鐵礦配比最高為50%左右。因此，全紅土鎳礦燒結(jié)是一個世界性難題。針對全紅土鎳礦燒結(jié)工藝過程中的波動，如何更好的協(xié)同余熱發(fā)電，實現(xiàn)生產(chǎn)過程中資源利用做大化，是紅土鎳礦燒結(jié)從業(yè)者考慮的一刻課題。
廣西柳鋼中金不銹鋼有限公司燒結(jié)廠(以下簡稱中金公司) 180m2燒結(jié)機于2014年10月1竣工投產(chǎn),設(shè)計年產(chǎn)自熔性鎳礦燒結(jié)礦120萬噸，投產(chǎn)當(dāng)月即達產(chǎn)。因受紅土鎳礦燒結(jié)工藝影響，配套余熱發(fā)電選型為純低溫余熱發(fā)電站。因項目建設(shè)進度問題，燒結(jié)余熱發(fā)電尚未與燒結(jié)主體工程同時投運，余熱發(fā)電項目推遲到2017年5月開始并網(wǎng)發(fā)電；5月27日完成168小時考機運行,系統(tǒng)運轉(zhuǎn)逐漸趨于穩(wěn)定,日發(fā)電量可達10萬kWh。
2 中金公司燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)概況
中金公司余熱發(fā)電具體工藝流程見圖1。通過引風(fēng)機將環(huán)冷機1號、2號煙囪的高溫?zé)煔?約400℃)引出,混合后進入高效余熱鍋爐，加熱鍋爐內(nèi)的水產(chǎn)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(nèi)的水產(chǎn)生375℃的過熱蒸汽和144℃的低壓蒸汽,供給汽輪機發(fā)電。經(jīng)引風(fēng)機循環(huán)風(fēng)機增壓后返回2號環(huán)冷鼓風(fēng)機風(fēng)池作為冷卻介質(zhì)冷卻燒結(jié)礦, 以此來提高環(huán)冷機排煙溫度。
圖1余熱發(fā)電工藝流程圖
3投產(chǎn)后出現(xiàn)的問題
由于中金公司180m2燒結(jié)余熱發(fā)電工程和燒結(jié)機工程并非同時設(shè)計、投運，加之自熔性鎳礦燒結(jié)余熱發(fā)電在我國尚未起步,鮮有經(jīng)驗可借鑒,尤其是發(fā)電機組與燒結(jié)機的運行未能很好的銜接,燒結(jié)余熱發(fā)電項目在投產(chǎn)后表現(xiàn)出一系列的問題。
3．1 蒸汽參數(shù)不穩(wěn)定, 不能滿足汽輪機正常運轉(zhuǎn)的要求
汽輪機的正常運行對蒸汽參數(shù)有一定的要求, 中金公司180 m2 燒結(jié)機余熱發(fā)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(jié)過程波動和余熱發(fā)電操作經(jīng)驗缺乏, 投產(chǎn)后, 蒸汽溫度經(jīng)常低于300 ℃, 遠遠達不到汽輪機的要求, 從而導(dǎo)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(jīng)過分析發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致鍋爐入口煙氣溫度低的原因主要有兩個: ①燒結(jié)礦嚴重過燒或嚴重欠燒。當(dāng)燒結(jié)礦嚴重過燒時,在燒結(jié)機尾部燒結(jié)礦的冷卻過程就已開始進行了;嚴重欠燒時,燒結(jié)混合料中的碳未能得到充分燃燒,所產(chǎn)生的熱量更少。這兩種情況都將導(dǎo)致給入冷卻機上的燒結(jié)礦攜帶的熱量減少,進而導(dǎo)致煙氣溫度降低; ②鍋爐引風(fēng)量和環(huán)冷機鼓風(fēng)量不匹配。穿過環(huán)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(dāng)鍋爐引風(fēng)量大于廢氣回收段帶冷機的鼓風(fēng)量時,將有大量冷風(fēng)漏入,導(dǎo)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(chǎn)后采取了相應(yīng)的措施。第一,穩(wěn)定燒結(jié)過程,嚴禁出現(xiàn)嚴重過燒和欠燒的情況,尤其是不能出現(xiàn)過燒的情況,重點加強了對一、二混添加水的控制。同時發(fā)揮中金公司180 m2 燒結(jié)機自動化程度高的優(yōu)勢,利用SPSS(燒結(jié)過程智能控制系統(tǒng)) 合理的控制燒結(jié)過程的BRP 點,使該點維持在58 m～62 m 之間,從而穩(wěn)定了燒結(jié)過程。第二，正常運行時,引風(fēng)機應(yīng)該工作在所示的蒸發(fā)a 點,若實際運行中出現(xiàn)煙氣溫度下降,可視情況通過關(guān)小引風(fēng)機的風(fēng)門(或同時關(guān)小鼓風(fēng)機和引風(fēng)機的風(fēng)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(wěn)定性得到了提高,2020年以后沒有出現(xiàn)因蒸汽溫度低而導(dǎo)致的停機現(xiàn)象。
3. 2 燒結(jié)機短時間停機嚴重影響余熱發(fā)電系統(tǒng)的作業(yè)率
燒結(jié)機短時間的停機(30 min 左右) 在燒結(jié)生產(chǎn)中是很難避免的,這種停機對燒結(jié)機作業(yè)率影響不大,但是對余熱發(fā)電機組影響卻很大。
3.2.1 原因分析
燒結(jié)機停機以后,不再有熱燒結(jié)礦卸到帶冷機上,此時鍋爐的熱源只是環(huán)冷機上燒結(jié)礦的物理熱,這部分熱量在鼓風(fēng)冷卻下很快就會消耗完,從而導(dǎo)致蒸汽溫度急劇下降,機組解列;另外,在燒結(jié)機短時間停機時,操作人員一般是不主動關(guān)主抽風(fēng)機風(fēng)門，這便導(dǎo)致燒結(jié)機上原有的料層嚴重過燒，往往出現(xiàn)重新開機后環(huán)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(jié)機停機10 min 以上就將導(dǎo)致余熱發(fā)電機組停機。從發(fā)電機解列到并網(wǎng)，至少需要2小時，若燒結(jié)機開機后燒結(jié)過程不穩(wěn)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(yīng)對措施,余熱發(fā)電將不能穩(wěn)定的運行。
3.2.2 解決方法
燒結(jié)機停機后及時關(guān)小環(huán)冷鼓風(fēng)機和鍋爐引風(fēng)機的風(fēng)門,同時將發(fā)電機組負荷快速減到10 %左右,以避免因煙氣溫度低導(dǎo)致發(fā)電機組停機;另外,還應(yīng)及時關(guān)小主抽風(fēng)機的風(fēng)門(根據(jù)預(yù)判故障處理時間風(fēng)門應(yīng)減至15 %左右) ,同時視停機時的燒成情況關(guān)閉燒結(jié)機后部的風(fēng)箱翻版,防止燒結(jié)機上的料層在停機期間嚴重過燒。燒結(jié)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(jié)機短時間停機導(dǎo)致的余熱發(fā)電機組停機。目前,燒結(jié)機在30 min 以內(nèi)的停機,燒結(jié)余熱發(fā)電機組一般不會停機。
3.3 余熱鍋爐煙氣回收系統(tǒng)漏風(fēng)降低了余熱回收效率
煙氣回收系統(tǒng)的漏風(fēng)是導(dǎo)致余熱回收效率低和煙氣溫度低的主要原因,減少漏風(fēng)對提高余熱回收效率有重要意義。
3.3.1 原因分析
由于環(huán)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(fēng)。實際上漏風(fēng)有兩種情況,一種是熱煙氣漏出系統(tǒng)(煙罩內(nèi)為正壓) ;另一種就是常溫空氣順著間隙進入煙罩(煙罩內(nèi)的壓力小于外界壓力) 。這兩種漏風(fēng)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(tǒng)的危害更甚。
3.3.2 解決辦法
為減少漏風(fēng),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(huán)冷機風(fēng)道內(nèi)側(cè)加裝風(fēng)向?qū)Я靼?，提高冷卻風(fēng)的利用率，降低漏風(fēng)。
4 關(guān)于燒結(jié)余熱發(fā)電的思考
隨著國內(nèi)新建燒結(jié)機面積逐漸擴大,利用燒結(jié)礦冷卻余熱廢氣進行發(fā)電已經(jīng)具備了基本條件。筆者認為,在設(shè)計、建設(shè)和生產(chǎn)過程中應(yīng)該兼顧以下幾點:
4.1 燒結(jié)機必須具有較高的作業(yè)率
燒結(jié)機具備較高的作業(yè)率是余熱發(fā)電機組穩(wěn)定運行的前提條件。如前所述,燒結(jié)機短時間的停機可能導(dǎo)致機組長時間的停機,影響余熱發(fā)電機組的運行和發(fā)電量。另外,頻繁的開、停機對汽輪機轉(zhuǎn)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(jié)機作業(yè)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(xiàn)3～4 次零星停機。出現(xiàn)30 min 以內(nèi)的短時間停機時,通過調(diào)整燒結(jié)機和余熱發(fā)電機組的操作,一般可以避免余熱發(fā)電機組停機,余熱發(fā)電機組運行較穩(wěn)定。
4.2 燒結(jié)過程要穩(wěn)定
燒結(jié)余熱發(fā)電對熱源有一定的要求,除要求有一定的數(shù)量外,煙氣溫度還要滿足汽輪機對蒸汽參數(shù)的要求。余熱發(fā)電機組投運初期多次出現(xiàn)因煙氣溫度低而導(dǎo)致的機組停機現(xiàn)象。其根本原因是燒結(jié)過程不夠穩(wěn)定,出現(xiàn)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(jié)過程BRP控制,穩(wěn)定了燒結(jié)過程,基本上杜絕了嚴重過燒或欠燒的情況,余熱發(fā)電機組基本上沒有再出現(xiàn)因燒結(jié)過程不穩(wěn)定而導(dǎo)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(fā)電機組的核心設(shè)備,其運行情況直接關(guān)系到機組工作的穩(wěn)定。汽輪機對進汽參數(shù)有著嚴格的要求,太高或太低都不能進入汽輪機。當(dāng)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(fā)電機組中蒸汽參數(shù)不能滿足汽輪機要求的,絕大多數(shù)是由于蒸汽溫度太低。在設(shè)計過程中汽輪機的選型應(yīng)該與廢氣溫度相匹配,盡量選擇進汽參數(shù)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(huán)保
在余熱鍋爐引風(fēng)機和環(huán)冷鼓風(fēng)機的雙重作用下,燒結(jié)礦冷卻廢氣的含塵濃度往往會超過國家規(guī)定的排放標準,因此需要在煙氣回收系統(tǒng)中設(shè)置除塵裝置。增加除塵器必然導(dǎo)致煙氣系統(tǒng)阻力上升,從而要加大引風(fēng)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(huán)系統(tǒng)(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(huán)系統(tǒng)(鍋爐排煙全部循環(huán)用作燒結(jié)礦的冷卻介質(zhì)) ,這樣可免去在系統(tǒng)中安設(shè)除塵器,它應(yīng)是今后燒結(jié)余熱回收系統(tǒng)的發(fā)展方向。
5 結(jié) 語
中金公司燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定運行,取得了很好的效果。實際運行情況表明,該余熱發(fā)電系統(tǒng)在運行正常的情況下,能向燒結(jié)廠提供35 %～40 %的用電量,為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益。目前在我國利用紅土鎳礦燒結(jié)余熱進行發(fā)電的廠家還不多,但隨著國內(nèi)大型燒結(jié)機的發(fā)展，該項技術(shù)應(yīng)用回更加廣泛。