烧结不稳定对余热发电的影响及其解决方案

烧结不稳定对余热发电的影响及其解决方案
摘要：烧结余热发电是一项将烧结废气余热资源转变为电力的节能技术。

该技
术不产生额外的废气、废渣、粉尘和其他有害气体，能够有效提高烧结工序的能
源利用效率。

当前国家能源紧缺、大力提倡生产过程的节能降耗的关键时期，烧
结余热回收发电可以帮助钢铁企业实现节能降耗目标，同时也能为企业本身创造
可观的经济效益。

关键词：烧结；余热发电；不稳定性；节能减排
引言
烧结余热有自身不稳定的特点，严重影响了发电机组稳定性、安全性及运行
寿命。

针对烧结余热发电不稳定性对机组产生的影响做了分析和总结，并介绍了
市场常用的解决方案，并分析了各方案的优缺点。

1烧结余热回收发电应用现状
1.1造成的原因。

（1）运行工况波动影响。

烧结烟气量大，每吨烧结矿最终
产生4000～6000ｍ3烟气。

由于烧结料透气性的差异及铺料不均等原因，造成烧
结烟气系统的阻力变化较大，最终导致烟气量变化大，变化幅度可高达40％以上。

同时，烧结混合料水分、燃料比、环冷机进料口温度等都影响了烟气整体热量的
稳定。

由于烧结环冷机结构特性和运行特点，以及烧结生产设备大小、环境温度
及湿度、生产组织及工艺调整、市场需求的波动等诸多因素的影响，导致了进入
余热锅炉的烟气热量波动大，连续性差。

（2）漏风影响。

烧结环冷机排出的大
量烟气，有含粉尘量大、有害气体多、湿度高等特点。

为防止烟气外溢造成环冷
机场地内灰尘过大，甚至影响工人操作，环冷机烟罩通常微负压运行。

尽管加强
密封，包括台车与烟罩间的密封、烟罩及烟囱的密封、环冷机头部受料点的密封等，烧结环冷机漏风还是高达40％～50％，漏风导致热辐射散热、热风外溢、吸
冷风等问题，使烟气温度下降，使进入余热锅炉的烟气温度低且不稳定。

（3）
频繁启停机影响。

生产过程中，各类生产性热停，如堵料、生产性皮带跑偏等生
产线短时检修，造成机组被迫频繁停机，严重影响了蒸汽生产的稳定性。

烧结机
时常需要检修，根据某厂实际操作经验，单台烧结机平均一个月停5、5次。

烧
结机系统如果停机超过15min，余热回收系统就要关停引风机，烧结机重新启动时，回收系统从关停状态到启动需要１ｈ进行锅炉预热，所以余热回收系统需要
滞后1ｈ才能重新开始稳定地进行蒸汽回收，启停一次烧结机平均至少有4ｈ耽
误了机组发电。

对于余热发电机组，要频繁经受热源中断，容易导致机组频繁甩炉，间接导致频繁启机。

1.2机组受到的影响。

以上的原因造成的直接影响分为２种，一种是烧结烟气热量低、波动超标，另一种是机组频繁启停机。

（1）烧结烟气热量低、波动超
标对机组的影响烟气热量低且不稳定，导致锅炉产生蒸汽参数偏离额定工况值，
即蒸汽温度低、蒸汽压力低、蒸汽量少，且参数不稳定，各参数对机组的影响分
析如下。

１）锅炉出口蒸汽温度过低：锅炉出口蒸汽温度过低除了影响机组热效
率外，还将使汽轮机末级蒸汽湿度过大，严重时还有可能产生水击，以致造成汽
轮机叶片断裂损坏事故。

温度如果突降，蒸汽湿度过大带水还会引起汽轮机轴向
推力变大，可能导致振动变大。

２）锅炉出口蒸汽压力过低：锅炉出口蒸汽压力
过低，整个机组的焓降将减小，汽机热耗率增大，运行的经济性降低。

３）锅炉
出口蒸汽量降低：锅炉出口蒸汽量降低，机组负荷降低。

蒸汽量如果突降，轴向
推力突变，汽轮机振动可能变大。

（2）机组频繁启停机。

从机组设备影响的角
度分析：１）锅炉频繁的温差容易导致锅炉炉体结垢，锅炉各受热面的焊口及连接部分将产生较大的热应力；２）汽轮机频繁经历冷热态启动，引起汽轮机金属疲劳，还有可能使汽轮机的胀差出现负值，严重时甚至可能发生叶轮与隔板的动静摩擦，造成汽轮机的剧烈振动或设备损坏；３）热源的中断很容易导致机组的频繁甩炉，从而严重影响运行安全性和热力设备的寿命。

从经济性角度分析：①烧结机生产性热停时机组停机，大量高温烟气无法用于发电；而且烧结机多数短时未停机，发电负荷却为零；②每次启机都消耗大量能源及人员劳动量，如15ＭＷ机组启机时各种辅机提前开启所消耗的电量平均至少8000ｋＷ•ｈ。

2烧结余热发电不稳定解决对策
2.1市场上较流行的方案及其优缺点分析。

（1）设置过热锅炉。

设置过热锅炉是指在汽轮机前设置补燃锅炉，一般将烧结余热锅炉产生的饱和水或饱和蒸汽引入过热锅炉，通过燃烧来自钢厂的煤气，直接将饱和水或饱和蒸汽加热至汽轮机进汽设计参数。

方案优点：生产的过热蒸汽温度、压力参数比较高，能达到汽轮机进汽额定值，提高汽轮机利用率。

方案缺点：１）依赖于余热锅炉产生的饱和蒸汽量，锅炉产气量随环冷机烟气量的波动而波动，无法保证汽轮机在设计热效率长时间稳定运行，特别是烧结机停机时无法获得蒸汽维持汽轮机负荷；２）过
热锅炉效率偏低，虽燃用煤气，效率与余热锅炉接近。

（2）多炉带一机。

多炉带一机是指多台烧结的余热锅炉带一台汽轮机。

当一台烧结机故障停机后，其对应的锅炉热源中断，其余烧结机余热锅炉可以维持发电机组的持续运行。

方案优点：只要有一台烧结机正常运行，汽轮机就不会出现甩炉，且多台锅炉并行运行对稳定蒸汽参数也有一定的作用。

方案缺点：１）“多炉”要求多台烧结机距离较近，已建造好的烧结机如不满足该要求则无法用该方案改造；２）烧结生产波动使对应余热锅炉蒸汽参数波动，汽轮机带的烧结余热锅炉越多，在特定时期内进入汽轮机蒸汽的参数波动幅度越大，对设备的冲击越大；３）每次烧结机余热锅炉停止供应蒸汽时，汽轮机进汽量突降，直接导致发电负荷降低，并且汽轮机轴向推力突变，汽轮机振动值可能变大。

那么，一台汽轮机带的烧结余热锅炉越多，经历的负荷突降的次数越多，设备承受的冲击也就越多，导致汽机寿命折损加速。

（3）改造密封。

改造密封是指设置金属密封或水密封等新型密封，加强烧结密封性，降低漏风系数。

方案优点：减少漏风造成的烟气温度偏低，在一定程度上提高了余热锅炉蒸汽参数。

方案缺点：１）无法解决烧结工艺及成产波动造成的烟气热量波动，无法提供烧结机停机时所需要的热烟气；2）新型密封安装周期较长，烧结厂需停机数月用于安装，严重影响了烧结产量和钢厂的效益。

2.2动态补燃系统。

动态补燃系统是设计独立外挂式补燃装置安装进入余热锅炉前端的烟道上安装补燃炉。

在烧结机热源中断或不稳定时，给锅炉补充热烟气维持锅炉最低负荷或所需负荷，保证进入汽轮机蒸汽量和蒸汽参数，使发电机出力不变。

该方案优点有：（1）烧结机停机时可以启动补燃装置，维持余热锅炉最低30％负荷或者所需负荷，所需煤气从烧结用煤气抽取；（2）烧结机正常运行，但热烟气参数偏低时，可以启动补燃装置，维持余热锅炉额定负荷运行，保证发电负荷达到额定值或者超发，所需煤气从钢厂富裕煤气抽取；（3）如果钢厂内有放散煤气，可以将补燃装置作为放散口，在机组运行期间燃烧放散煤气，保证燃尽并补充烧结余热发电的发电量产生经济效益；（4）系统结构及安装形式灵活，占地小，施工周期短（两周左右），适用于新建项目及改造项目。

结束语
总之，动态补燃系统是钢铁节能环保时代应运而生的产物，为烧结余热回收发电系统打上补丁，充分激活余热回收系统的功能。

它大大提高烧结余热回收发电机组利用率，具有稳定机组工况的功能，甚至可以保证机组常年达到设计发电量，有效避免了烧结机因检修停机造成的发电机组停运，节省了频繁启停机带来的繁琐工作和大量资源消耗。

参考文献：
[1] 张庆．浅谈烧结不稳定对余热发电的影响及其解决方案．2017.
[2] 卢丽秋，烧结余热发电技术在我国的发展状况．2017.。