烧结余热回收发电

1烧结余热回收发电浅谈耿迺弟一、我国钢铁企业的能耗状况钢铁生产消耗大量的能源和载能工质, 其能耗占我国国民经济总能耗的10%左右。成本中能源费用占有相当大的比重, 钢铁联合企业中这一比重已达到30%，甚至更高。日本钢铁工业的吨钢能耗维持在0.65tce左右。我国74家大中型钢铁企业的吨钢能耗为0.80tce，与日本相比差约0.15tce。我国能耗最低的宝钢的吨钢能耗与日本相比也有约50kgce的差距。 我国能源消耗高的原因虽然很多, 企业规模小是一个很重要的原因。我国重点大中型企业(进入统计范围内) 74 家钢产量占全国的90% ,而日本5大钢铁企业的钢产量占日本的70%以上。由于装备小，一些节能效果显著，但投资大，投资回收期长的节能措施无法实施。例如:日本干熄焦、高炉TRT、转炉煤气回收的普及率100%。我国的干熄焦装置只有17套,年处理焦炭480万t，占我国机焦产量的4%。TRT只在大高炉有少量装置。二、钢铁企业余热余能资源情况钢铁企业余热余能的范围包括焦化、烧结/球团、炼铁、炼钢及轧钢等主要生产工序，各主要生产工序的余热余能参数大致如下：1、焦化工序的钢比系数为0.404t（焦）/（t钢）；焦炉煤气产生量为410m3/（t焦）；红焦温度为1000，上升管焦炉煤气温度为700，焦炉烟气温度为200；2、烧结工序的钢比系数为1.44t（矿）/（t钢）；机尾烧结矿温度为800，烧结烟气温度为300；球团工序的钢比系数为0.25t（矿）/（t钢），球团矿排出温度为500；3、炼铁工序的钢比系数为0.91t（铁）/（t钢）；高炉渣产量为320t（渣）/（t铁），液态高炉渣温度为1500；高炉煤气发生量为1650m 3/t（铁），高炉煤气热值为3350kJ/m 3，炉顶高炉煤气温度为200；高炉冷却水平均温度为40；热风炉排烟温度为500；4、炼钢工序转炉钢比系数为0.84t（钢）/（t钢），电炉钢比系数为0.16t（钢）2/（t钢）；连铸比为100%；连铸坯温度为900；钢渣温度为1550；转炉煤气产生量为115m 3/（t钢），热值为8370kJ/m 3，烟罩处转炉煤气温度为1600；电炉炉顶排放口烟气温度为1200；5、轧钢工序钢比系数为0.92t（材）/（t钢）；加热炉炉尾或入蓄热式烧嘴烟气平均温度为900；加热炉汽化冷却蒸汽压力为1.5MPa，温度为200；基于以上参数，我国钢铁工业吨钢余热余能资源总量为0.455tce/（t钢），各工序所占比例见下图。由图可知，炼铁工序所占比例最高，高达60.1%，远高于其它工序，而焦化工序所占比例最低，仅为7.0%。我国钢铁工业余热余能资源构成三、钢铁企业余热余能回收利用潜力分析我国钢铁工业余热余能回收利用量为0.207tce/（t钢），回收利用率为45.6%。其中，余热资源总量为0.243tce/（t钢），回收利用0.36tce/（t钢），回收利用率仅为15.1%；余能资源总量为0.211tce/（t钢），回收利用0.17tce/（t钢），回收利用率达80.7%。而国际先进企业，如日本的新日铁可达92以上，可见我国钢铁工业余热余能回收潜力巨大。3我国钢铁工业余热余能回收利用潜力kg（标准煤）/（t 钢）项目 焦化 烧结/球团 炼铁 炼钢 轧钢资源量 31.9 53.4 273.3 62.0 34.5目前回收量 2.6 9.6 157.9 27.8 9.4未来回收量 14.0 23.0 189.0 42.0 20.0回收潜力 11.4 13.4 31.1 14.2 10.6四、钢铁工业的几种节能先进技术及应用我国钢铁工业的节能技术包括烧结矿余热回收、热风炉余热回收、加热炉蓄热式燃烧、干熄焦、高炉煤气余压发电、高炉大量喷煤、高效连铸及连铸坯热装热送、高炉煤气燃气轮机蒸汽联合发电等。和我公司相关的一些钢铁工业节能技术主要有以下几种：1、余热回收发电技术包括干熄焦余热发电（回收红焦显热）和烧结余热发电（回收烧结矿显热）。干熄焦余热利用发电工程，不仅从赤热的焦炭中回收了焦炉加热的热源约20%的热量用于发电；而且减少了由于湿熄焦产生酚、氰等有害物质对环境的危害，同时也提高了焦炭质量。以炼焦装置规模100万t/a (公称能力)为例，与之相匹配的125t/h的干熄焦发电工程。自干熄炉排出的热循环气体，温度约900980，经除尘后进入干熄焦余热锅炉换热，温度降低至160180再进入循环系统。余热锅炉回收热量产生的蒸气为70t/h（额定），（吨焦的产汽量按0.56t计）与125t/h干熄焦装置配套建设一套15MW发电机组。烧结余热发电在下面的章节中重点介绍。2、余压透平发电技术( TRT)现代高炉大都采用高压炉顶, 从炉顶排出的高炉煤气除具有化学能外，还具有一定的物理能，为促进这些可燃废气的综合利用，通常采用高炉煤气余压透平发电节能装置( TRT)，将煤气的压力能转化为机械能并驱动发电机发电，宝钢TRT 吨铁发电3617kWh。我公司已建成的长钢、邢钢、涟钢等项目均属于高炉煤气余压透平发电 ( TRT)4项目。3、高炉煤气燃气轮机蒸汽联合发电技术（CCPP）在钢铁企业二次能源中，产生大量富余煤气，燃气蒸汽联合循环发电就是以焦炉煤气和高炉煤气为燃料，采用高效燃气发电机技术，进行清洁发电的能源循环利用。在鞍钢、宝钢等企业已有建成投产电站，多采用日本三菱重工的燃气蒸汽联合循环发电机组。鞍钢的300MW、CCPP发电机组是目前国内功率最大、世界最先进的燃烧低热值高炉煤气的联合循环发电机组，其主体设备从日本三菱重工株式会社引进。总造价为15亿元人民币。机组以高炉产生的副产品高炉煤气和焦炉煤气为燃料，在燃气蒸汽联合循环发电机组中发电，每小时可燃烧高炉煤气47万立方米、焦炉煤气4.2万立方米，小时最大发电量可达30万千瓦时，年发电量最高可达23亿千瓦时，相当于一个年消耗70万吨标准煤的热电厂的发电量。该项目2007年7月投产发电。 包钢热电厂燃气-蒸汽联合循环发电机组（CCPP 工程）装机为 2 套 150MW 燃气-蒸汽联合循环发电机组。该项工程采用世界先进的低热值燃料（高炉、焦炉混合煤气）的燃气-蒸汽联合循环发电技术。工程总投资概算为 21.9 亿元，2008 年 7 月4 日 CCPP 工程 1 号机组并入内蒙电网运行。五、烧结余热发电技术概况钢铁企业烧结工序能耗仅次于炼铁工序，居第二位，一般为企业总能耗的9%12%。我国烧结工序的能耗指标与先进国家相比差距较大，每吨烧结矿的平均能耗要高20千克标准煤，我国烧结工序余热利用率还不足30%，节能潜力很大。我国重点钢铁企业的烧结工序能耗平均水平为64.83kgce/t，国内最好水平为54.68kgce/t，最差为89.87 kgce/t，国内企业之间差距较大；而且国内先进水平与国外先进水平相比，能耗高7.2%，差距也较大。由于各厂配料不同,采用的工艺不同,烧结机建设水平不同,烟气和废气的具体参数的差别较大。在一般钢铁企业烧结厂,烧结机主烟道烟气余热占烧结工序能耗的13%23%左右，冷却机(环冷机、带冷机) 废气余热占烧结工序能耗的19%35%，两者之和高达50 %。这部分余热利用潜力是很大的,理论和工程实践证明,完全可以在保证烧结正常生产的前提下,利用梯级取热的方法将热量重新分配，提高废气余热品位和利用价值，回收烧结厂废气余热用于发电，而且是经济可行的。烧结厂废气余热烧结流程如下图：将各种粉状含铁原料，配入适宜的燃料和溶5剂，均匀混合后布在烧结台车上点火抽风烧结，在燃料燃烧产生高温的同时发生一系列的物理化学反应，部分混合料颗粒表面发生软化，熔化，产生一定量的液相。并润湿其他未熔化的颗粒，当冷却后，液相将矿粉颗粒粘结成块，这个过程称为烧结。目前，国内烧结废气余热回收利用主要有三种方式：一是直接将废烟气经过净化后作为点火炉的助燃空气或用于预热混合料，以降低燃料消耗，这种方式较为简单，但余热利用量有限，一般不超过烟气量的10%；二是将废烟气通过热管装置或余热锅炉产生蒸汽，并入全厂蒸汽管网，替代部分燃煤锅炉；三是将余热锅炉产生蒸汽用于驱动汽轮机组发电。从实现能源梯级利用的高效性和经济性角度分析，余热发电是最为有效的余热利用途径，平均每吨烧结矿产生的烟气余热回收可发电20kWh，折合吨钢综合能耗可降低8千克标准煤。我国烧结余热发电机组按余热锅炉形式分为四种，即：单压余热发电技术、双压余热发电技术、闪蒸余热发电技术和补燃余热发电技术。近年，低温余热发电技术已在建材等行业得到了广泛应用，特别是随着双压、闪蒸发电技术和补汽凝汽式汽轮机技术获得突破，大大提高了余热回收效率，为钢铁企业烧结余6热发电技术的推广创造了条件。烧结余热发电工艺流程图如下：78六、日本烧结余热发电概况上世纪80年代中期,日本烧结厂的余热回收技术就已经得到了广泛应用,其冷却机废气余热利用的普及率达到57%，而烧结机主烟道烟气余热利用的普及率也达到了26%。世界上最早利用冷却机废气产生蒸汽用于发电的是日本钢管公司的扇岛厂和福山厂，其余热回收方式是在环冷机高温段鼓入100的循环空气，该部分空气经环冷机后温度可达350，再经过余热锅炉产生1.4MPa的蒸汽用于发电。另外,日本新日铁君津3#烧结机和住友金属小仓3#烧结机的余热电站也是运行较早的烧结余热电站。1971年投产的君津3#机是一台500m 2的带式烧结机,年产烧结矿547.5万吨,采用鼓风环冷。1981年底安装了一套利用F-85低沸点有机介质循环的余热发电系统(简称ORCS),产生蒸汽再带动透平机发电,装机容量14.8MW,发电量可达12.5MW。1976年投产的小仓3#烧结机面积为223m 2，其余热回收系统每小时产生1.0MPa蒸汽26t，余热发电装机容量500kW。住友金属和歌山4#烧结机采用机上冷却的方式,面积为189m 2,在机上冷却段分两段布置两台余热锅炉产生中压过热蒸汽,供给自备发电站用于发电,并且从一级省煤器后抽出热水作为自备电站锅炉预热供水。该系统于1991年6 月完工,也是日本烧结余热回收发电较早的一个厂,并且已经有了区域余热发电的雏形。七、国内烧结余热利用发电概况2004 年9月1日,马钢第二炼铁总厂引进日本川崎技术在两台300m 2 烧结机上开工建设了国内第一套余热发电系统，该系统于2005 年9月6日并网发电。2006 年全年累计发电6100151万kWh ,产生经济效益2367万元。济钢第二烧结厂320m 2，烧结机余热发电工程于2006 年5月20日开工，2007 年3月27日完成168 小时实验,系统运转逐渐趋于稳定。目前，我国已建成的10套烧结余热发电机组共涉及19台烧结机，烧结机面积共4849m2，发电机组总装机容量137MW。此外，安钢等一些企业正在施工建设烧结余热发电站。烧结余热发电技术推广比例不及4%。烧结余热发电技术在国内应用已经成熟，全套设备可以国产化，已具备全面推广的条件。9八、马钢烧结余热发电概况马鞍山钢铁股份有限公司第二炼铁总厂有两座2500m 3和一座1000m 3 高炉，配备两台300m 2烧结机，两台带式冷却机面积分别为336m 2，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m 3/h。马钢集团烧结余热发电由马钢设计研究院有限责任公司合计，投资约1.4亿元，引进日本川崎设备，约1000万美元。废气锅炉采用2台卧式自然循环汽包炉,额定参数:烟气温度395、流量40万m 3/ h、含尘量2g/m 3；过热蒸汽温度375、压力1.95Mpa、流量37.4t/ h。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2.05MPa (表压)，耗汽量86t/h (含闪蒸器流量)，额定功率17.5MW。1、烟气余热情况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。对其前端相对高温的3座烟囱排出废气进行利用，其温度、压力、流量、成分、含尘量等参数见下表：烧结机0#1# 烟囱废气温度、压力、流量数据烟囱号烟道温度/烟道静压/kPa工况下密度/kgm 3工况下烟气流速/ms-1表框流量/m3 h-1含尘密度/mg0 507 -0.87 0.445 37.63 37534 70.81 375 -0.020 0.642 16.10 261760 57.62 279 -0.010 0.713 14.56 90840 36.32、烟气循环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。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：8010 4m3/h（两台带冷机的三个烟囱）；废气温度:380400；含尘浓度:012019g/m 3。烟气循环示意图如下：10烟气循环示意图九、济钢烧结余热发电概况2007年3月, 由国内自主设计、制造的烧结机余热发电机组在济钢第二烧结厂并网发电。由一台Q390/400-36.4(10.4)-2.06(0.39)/375(141.1) 双压余热锅炉和一台NZ9.0-2.0/ (0.4)+QFW-10-2A补汽凝汽式汽轮发电机组成，程设计发电能力8200kW。通过引风机将带冷机1 号、2 号