马钢300m_2烧结机带冷烟气余热发电工程_汪保平
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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 部 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 。
1 375 - 01020 01642 16110 261760 5716
2 279 - 01010 01713 14156 90840 3613
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 ,烟气需要循环才能为锅炉提供稳定的 热源 。
Enhancement of Heat Transfer in the Preheat2Roast Zone of the Pelletizing Shaf t Furnace
Wang Guosheng et al1
Abstract The improvement of productivity of t he PSF (pelletizing shaft furnace) was investigated by a t hermal equipment which can decide t he temperature distribution on t he surface of a section of a PSF1 The result indicated t hat t here is a suitable height of pellet bed for a special fan in t he PSF , and roasting wit h double2faced or double2deck gas inlet was t he effective mea2 sure to increase t he productivity of PSF1
11
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 1715 MW ,最小出力有时在 5 MW 以下 。 41212 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 。
图 1 烧结机烧结温度跟踪记录曲线
3 方案设计及工艺简介
311 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。
图 2 烟气循环示意图
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入带冷机风
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 。
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 。
31211 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 。
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
收稿日期 :2007 - 02 - 25 联系人 :汪保平 (243000) 安徽 马鞍山钢铁股份有限公司第二炼铁Байду номын сангаас厂
在余热发电投入运行以前两台烧结机的 1 # 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) 。
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 1195 MPa 、流量 3714 t/ h 。
图 3 烧结带冷机余热发电工艺流程图
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 2015 MPa (表压) ,耗汽量 86 t/ h (含闪蒸器流量) ,额 定功率 1715 MW 。 31212 水系统
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 336 m2 ,每台带冷机前三个烟罩排烟温度平均可达 380 ℃,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 重要的现实意义 。
(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
2007 年第 2 期
汪保平 等 马钢 300 m2 烧结机带冷烟气余热发电工程
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 min 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 。 213 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 座烟囱直接排入大气 。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) 。
Keywords heat transfer , deep t hrough , double2faced roasting , double2deck roasting
2007 年第 2 期
汪保平 等 马钢 300 m2 烧结机带冷烟气余热发电工程
9
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 。 212 烧结燃烧过程及温度场情况
10
烧结球团
第 32 卷 第 2 期
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 ×104 m3/ h (两台带冷机的三个烟囱) ;废气温度 : 380 ～400 ℃;含尘浓度 :012～019 g/ m3 。 312 工艺设计与系统参数设定
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
411 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
烧结球团
第 32 卷 第 2 期
8
Sintering and Pelletizing
2007 年 4 月
马钢 300 m2 烧结机带冷烟气余热发电工程
汪保平 吴朝刚 顾云松
(马鞍山钢铁股份有限公司第二炼铁总厂)
摘 要 本文介绍了马钢 300 m2 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 。
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 ; 通入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 ,送入管网 。
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
211 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 。
(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 1185 ～ 1190 之 间 , 带 冷 机 内 料 层 较 薄 ( 1 200 mm) ,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 1165～1175 之间 。
表 1 烧结机 0 # ～2 # 烟囱废气温度、压力、流量等测试数据
烟囱 号
烟道 温度 /℃
烟道 静压
/ kPa
工况下 密度
/ kg·m - 3
工况 下烟气 流速
/ m·s - 1
标况 含尘 流量 浓度
/ m3·h - 1 / mg·m - 3
0 507 - 01087 01455 37163 37534 7018
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 。 412 系统运行实践 41211 运行中出现的主要问题
1 375 - 01020 01642 16110 261760 5716
2 279 - 01010 01713 14156 90840 3613
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 ,烟气需要循环才能为锅炉提供稳定的 热源 。
Enhancement of Heat Transfer in the Preheat2Roast Zone of the Pelletizing Shaf t Furnace
Wang Guosheng et al1
Abstract The improvement of productivity of t he PSF (pelletizing shaft furnace) was investigated by a t hermal equipment which can decide t he temperature distribution on t he surface of a section of a PSF1 The result indicated t hat t here is a suitable height of pellet bed for a special fan in t he PSF , and roasting wit h double2faced or double2deck gas inlet was t he effective mea2 sure to increase t he productivity of PSF1
11
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 1715 MW ,最小出力有时在 5 MW 以下 。 41212 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 。
图 1 烧结机烧结温度跟踪记录曲线
3 方案设计及工艺简介
311 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。
图 2 烟气循环示意图
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入带冷机风
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 。
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 。
31211 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 。
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
收稿日期 :2007 - 02 - 25 联系人 :汪保平 (243000) 安徽 马鞍山钢铁股份有限公司第二炼铁Байду номын сангаас厂
在余热发电投入运行以前两台烧结机的 1 # 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) 。
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 1195 MPa 、流量 3714 t/ h 。
图 3 烧结带冷机余热发电工艺流程图
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 2015 MPa (表压) ,耗汽量 86 t/ h (含闪蒸器流量) ,额 定功率 1715 MW 。 31212 水系统
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 336 m2 ,每台带冷机前三个烟罩排烟温度平均可达 380 ℃,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 重要的现实意义 。
(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
2007 年第 2 期
汪保平 等 马钢 300 m2 烧结机带冷烟气余热发电工程
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 min 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 。 213 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 座烟囱直接排入大气 。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) 。
Keywords heat transfer , deep t hrough , double2faced roasting , double2deck roasting
2007 年第 2 期
汪保平 等 马钢 300 m2 烧结机带冷烟气余热发电工程
9
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 。 212 烧结燃烧过程及温度场情况
10
烧结球团
第 32 卷 第 2 期
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 ×104 m3/ h (两台带冷机的三个烟囱) ;废气温度 : 380 ～400 ℃;含尘浓度 :012～019 g/ m3 。 312 工艺设计与系统参数设定
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
411 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
烧结球团
第 32 卷 第 2 期
8
Sintering and Pelletizing
2007 年 4 月
马钢 300 m2 烧结机带冷烟气余热发电工程
汪保平 吴朝刚 顾云松
(马鞍山钢铁股份有限公司第二炼铁总厂)
摘 要 本文介绍了马钢 300 m2 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 。
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 ; 通入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 ,送入管网 。
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
211 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 。
(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 1185 ～ 1190 之 间 , 带 冷 机 内 料 层 较 薄 ( 1 200 mm) ,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 1165～1175 之间 。
表 1 烧结机 0 # ～2 # 烟囱废气温度、压力、流量等测试数据
烟囱 号
烟道 温度 /℃
烟道 静压
/ kPa
工况下 密度
/ kg·m - 3
工况 下烟气 流速
/ m·s - 1
标况 含尘 流量 浓度
/ m3·h - 1 / mg·m - 3
0 507 - 01087 01455 37163 37534 7018
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 。 412 系统运行实践 41211 运行中出现的主要问题