余热余压发电技术(钢铁).ppt

二o一一年三月 北京 余热余压发电技术 钢铁 高炉煤气压差发电技术 高炉生产工艺及高炉煤气发电技术 转炉生产工艺及余热发电技术 烧结生产工艺及余热发电技术 钢铁工艺流程简介 第一部分 钢铁工艺流程简介 钢铁基本工艺流程简介 钢铁行业是一个高耗能 高污染的产业 也是节能减排潜力最大的行业之一 中国钢铁产能分散 企业处于多层次 不同结构 不同技术装备水平共同发展阶段 因此 节能减排任务艰巨 随着我国钢铁工业持续快速发展 能否进一步节能降耗 保护环境 实现清洁生产 不仅关系到企业的经济效益 而且直接关系到企业的形象和生存 影响到企业可持续发展 因此 节能和环保已成为钢铁企业降低成本 提高企业竞争力 走可持续发展的必由之路 主要基本工艺 炼铁炼钢浇注钢材成型 钢铁基本工艺流程简介 目前钢铁余热回收利用 第二部分 烧结生产工艺及余热发电技术 烧结生产工艺简介 钢铁工业是能源消耗最大的产业部门之一 烧结生产一般占吨钢能耗的10 20 仅次于炼铁 烧结节能在钢铁企业节能中占有十分重要的地位 高炉炼铁生产前 将各种粉状含铁原料 配入适量的燃料和熔剂 加入适量的水 经混合和造球后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化 烧结成块的过程 主要包括烧结料的准备 配料与混合 烧结和产品处理等工序 富矿粉和贫矿富选后得到的精矿粉都不能直接入炉冶炼 必须将其重新造块 烧结是最重要最基本的造块方法之一 烧结生产工艺简介 通过烧结得到的烧结矿具有许多优于天然富矿的冶炼性能 如高温强度高 还原性好 含有一定的CaO MgO 具有足够的碱度 而且已事先造渣 高炉可不加或少加石灰石 通过烧结可除去矿石中的S Zn Pb As K Na等有害杂质 减少其对高炉的危害 高炉使用冶炼性能优越的烧结矿后 基本上解除了天然矿冶炼中常出现的结瘤故障 同时极大地改善了高炉冶炼效果 烧结中可广泛利用各种含铁粉尘和废料 扩大了矿石资源 又改善了环境 因此自上世纪50年代以来 烧结生产获得了迅速发展 烧结生产工艺简介 目前世界各国90 以上的烧结矿由抽风带式烧结机生产 其他烧结方法有回转窑烧结 悬浮烧结 抽风或鼓风盘式烧结和土法烧结等 各法生产工艺和设备尽管有所不同 但烧结基本原理基本相同 这里着重介绍带式抽风烧结法 烧结生产工艺简介 抽风烧结过程是将铁矿粉 熔剂和燃料经适当处理 按一定比例加水混合 铺在烧结机上 然后从上部点火 下部抽风 自上而下进行烧结 得到烧结矿 取一台车剖面分析 抽风烧结过程大致可分为五层 图2 1 即烧结矿层 燃烧层 预热层 干燥层和过湿层 这五层并不是截然分开的 点火烧结开始 各层依次出现 一定时间后 各层又依次消失 而最终剩下烧结矿层 烧结机工艺流程 烧结机工艺流程 烧结生产工艺简介 1 烧结原 燃料及烧结矿2 配料3 烧结4 烧结饼破碎和筛分5 烧结矿冷却6 烧结矿整粒和成品矿贮存 烧结生产工艺简介 按冷却风流的通过方式 可分为抽风和鼓风两种形式 按冷却机的结构形式 又可分为带式 环式 格式 塔式和盘式 鼓风环冷是目前应用较普遍的一种方式 烧结余热发电技术发展 从利用目的上分 烧结余热的回收利用方式 可分为热风点火 预热 保温等直接利用方式 和生产蒸汽 发电 制冷等间接利用方式 其中 以发电和生产蒸汽最为普遍 两者的利用原理和技术路线相通 烧结余热发电技术的发展 大体上可划分为三个阶段 第一阶段 上世纪70年代末及80年代 为烧结余热发电技术在日本的诞生及发展期 各种系统相继出现 烧结余热利用技术在日本得到迅速推广 日本钢管扇岛厂 1978年12月 和歌山4 1979年3月 和歌山5 1981年9月 小仓3 1981年10月 鹿岛2 1981年12月 新日铁大分2 1982年12月 烧结余热发电技术发展 第二阶段 随着国内烧结装备的大型化 国内钢铁企业开始引进日本的技术 装备 在国内建设了一批具有代表性的烧结余热利用项目 国内技术迅速发展 宝钢2 1992年4月 太钢1 1997年12月 马钢2 300m2 2005年9月 第三阶段 节能降耗越来越得到国内企业的重视 各高能耗行业的余热发电技术 装备逐渐实现国产化 国内烧结余热发电技术的应用在行业内迅速推广 济钢山东宏达鞍钢武钢湘钢 红钢韶钢莱钢安钢太钢 烧结生产中烟气余热的特点 烧结生产能耗一般占吨钢能耗的10 20 冷却机废气显热和烧结烟气显热占烧结过程热耗的30 50 具有很高的回收价值 环冷机余热发电利用部分 余热利用的影响因素 烧结矿产量及温度 冷却介质初温 料层厚度 冷却介质流量 烧结机及冷却机机速 环冷机漏风 有无热筛 烟温限制 烧结机尾部余热利用部分 环冷机烟风系统 循环冷却水系统 余热 余热锅炉 汽轮机 发电机 电气系统 热工控制系统 化学水处理系统 凝汽器 烧结余热发电系统简介 烧结机烟风系统 冷却塔 余热锅炉 主烟道 热力系统 烧结余热发电技术1 锅炉蒸汽系统 强制循环和自然循环2 取风方式 单段取风和多段取风3 热力系统 单压系统和双压系统4 冷却机取热方式 开路系统 半循环和闭路循环 目前 余热锅炉采用自然循环 双压系统 余热为多段取风 循环风利用形式整体余热利用效率较高 据经验数据 每10m2的烧结面积可产生1 5t h的蒸汽 可发电300kW 折合标煤120kg h 烧结余热发电系统简介 烧结机烟气余热利用 烧结过程是个热加工过程 烧结料层中温度变化随主排风机自上而下抽入空气 烧结台车不断前移而变化 其中温度最高烧结过程结束一般控制在接近烧结机尾的风箱位置 一般烧结机尾部倒数第二个风箱温度最高 一般烧结烟气焓硫较高 为了确保非回收区的烟气流经机头电除尘器至烧结机主抽风机时 不至于结露 对回收的烟气和非回收的烟气都要严格测算 才能确保烧结机烟气余热回收利用合理 烧结机烟气余热利用 引风机 旁路烟囱 水泵来水 过热蒸汽 300 400 主烟道 200 烧结矿从烧结机尾经过热破碎后卸到冷却机上 卸出的烧结饼温度平均在500 800 之间 热烧结矿经过冷却机冷却 使得从冷却机排出的烧结矿温度在150 以下 热烧结矿在冷却过程中其热能变为废气显热 废气温度随冷却机部位的不同而不同 给矿部温度最高 在450 以上 排矿部温度最低 余热可以分为高 中 低三个温区分别利用 冷却机废气余热利用 冷却机废气余热利用方案 环冷机1段 环冷机2段 1 2 余热锅炉 循环风机 旁路烟囱 新风 主蒸汽 400 300 烟风系统 烧结机烟气和冷却机废气余热回收利用技术 烧结机烟气和冷却机废气余热利用系统图 2 360m2环冷机余热发电 装机30MW 年发电量可达2 08亿kWh 年节约标媒4 4万吨 年减排CO2约8万吨 同时减少粉尘排放10万吨 年 单位投资费用6000 8000元 kw左右 投资回收期为3 4年 第三部分 转炉生产工艺及余热发电技术 钢与铁的区别 钢和铁都是铁碳合金 同属于黑色金属 但它们的性质有明显不同 生铁硬而脆 焊接性差 钢具有很好的物理化学性能与力学性能 可进行拉 压 轧 冲 拔等深加工 其用途十分广泛 钢与铁性能差别的原因 碳和其它合金元素的含量不同 在钢中碳元素和铁元素形成Fe3C固熔体 随着碳含量的增加 其强度 硬度增加 而塑性和冲击韧性降低 炼钢的基本任务 脱碳 将铁水中的碳大部分去除 同时随着脱碳的进行 产生大量CO气泡 在CO排出过程中 搅拌熔池促进化渣 同时脱除 H N 和夹杂 去除杂质 铁水中 P S 含量高 而钢中 P 会造成 冷脆 S 造成 热脆 通常大多数钢种对P S含量均有严格要求 炼钢必须脱除P S等有害杂质 去除气体及夹杂物 在炼钢过程中通过熔池沸腾 碳氧反应 底吹惰性气体搅拌 脱除H N 和非金属夹杂物 脱氧合金化升温 保证合适的出钢温度 铁水温度一般在1250 1300 而钢水的出钢温度一般在1650 以上 才能顺利浇注成铸坯 因此炼钢过程也是一个升温过程 转炉炼钢convertersteelmaking这种炼钢法使用的氧化剂是氧气 把氧气鼓入熔融的生铁里 使杂质硅 锰等氧化 在氧化的过程中放出大量的热量 含1 的硅可使生铁的温度升高200摄氏度 可使炉内达到足够高的温度 因此转炉炼钢不需要另外使用燃料 炉料主要为铁水和造渣料 如石灰 石英 萤石等 为调整温度 可加入废钢以及少量的冷生铁块和矿石等 什么是转炉炼钢 耐火材料性质 分为碱性 用镁砂或白云石为内衬 和酸性 用硅质材料为内衬 酸性转炉不能去除生铁中的硫和磷 须用优质生铁 因而应用范围受到限制 碱性转炉适于用高磷生铁炼钢 曾在西欧得到较大发展 气体吹入炉内的部位 分为底吹 顶吹和侧吹 按吹炼采用的气体 分为空气转炉和氧气转炉 空气吹炼的转炉钢 因含氮量高 质量不如平炉钢 且原料有局限性 又不能多配废钢 未能像平炉那样在世界范围内广泛采用 1952年氧气顶吹转炉问世 逐渐取代空气吹炼的转炉和平炉 现在已经成为世界上主要炼钢方法 转炉的分类 氧气顶吹转炉总图 转炉生产工艺概况 煤气净化回收与利用技术按净化方式分为湿法和干法2大类干法系统包括烟气冷却净化系统与煤气回收系统 由活动烟罩捕集并经汽化冷却烟道冷却至1600 左右的转炉烟气 首先进入蒸发冷却器降温和初除尘 温度降至180 200 左右 进入静电除尘器进行精除尘 然后根据CO含量 O2含量由阀门切换站进行煤气回收或放散操作 回收期煤气需经冷却器二次冷却 温度降至70 后进入煤气柜回收 放散期煤气需点火燃烧 排放气体的含尘浓度 15mg Nm3 转炉煤气干法回收工艺 LT法 Lurgi Thyssen OG 湿法 工艺 冶炼中产生的近1450 煤气 通过冷却烟道冷却到约900 后进入溢流文氏管 使煤气中80 左右的固体颗粒脱离后进人重力脱水器脱水 煤气温度降至约70 在风机的抽引下煤气流速突增并继续进入R D文氏管 经水雾处理去除8 m以上的固体颗粒后再水雾分离得到纯净的煤气 系统设置有气体分析仪 当煤气合格 CO 35 O2 2 时三通阀切换至回收状态 煤气借助风机后的正压 经水封逆止阀 V型水封送入气柜 如煤气不合格则三通阀切换至放散状态 经放散塔点火燃烧后排放到大气中 转炉煤气湿法回收工艺 OG法 OxygenConverterGasRecoverySystem 转炉余热发电技术 冶金企业在生产过程中产生大量低参数饱和蒸汽 由于工艺过程及生产技术等因素 这部分中低温饱和蒸汽没有得到有效利用 被白白地排放到了环境中 随着低参数饱和蒸汽汽轮机技术的进步 给这些余热资源的利用提供了一个很好的途径 转炉蒸汽特性 转炉炼钢的工艺决定了转炉高温烟气具有间歇性 波动性和周期性 受转炉烟气的影响 转炉汽化冷却烟道产生的低参数饱和蒸汽同样也具有间歇性 波动性和周期性的特点 转炉余热发电技术 转炉烟气流量及温度变化曲线图 转炉余热发电技术 关键技术 蒸汽参数选择 蒸汽蓄热器选型 蓄热器控制 转炉余热发电技术 4 45t转炉 每炼1t钢 可产生80kg饱和蒸汽 每吨饱和蒸汽大约可发电150kWh 折合标煤60kg 单位投资费用约4500元 kw 投资回收期1 5 2 5年 转炉余热发电技术 本项目主要经济收入为两部分 发电收入和软水回收收入 第四部分 高炉生产工艺及高炉煤气发电技术 高炉生产工艺概述 高炉炼铁是用还原剂 焦炭 煤等 在高温下将铁矿石或含铁原料还原成液态生铁的过程 高炉生产工艺概述 高炉本体配套附属系统 1 供料系统 2 送风系统 3 煤气除尘系统 4 渣铁处理系统 5 喷吹燃料系统 高炉生产工艺概述 高炉生产工艺概述 高炉煤气的利用 高炉煤气体积组份 高炉煤气成分及比例 1 全烧高炉煤气锅炉技术2 CCPP 高炉煤气的利用 全烧高炉煤气锅炉技术简介 全烧煤气锅炉技术采用高炉煤气为原料 设计高温高压发电用锅炉 由于高炉煤气与燃煤相比含尘量少 含硫量低 所以它不但节能还有环保作用 工艺流程 通过高炉煤气在锅炉中燃烧产生蒸汽 蒸汽在汽轮机中做功带动发电机发电 全烧高炉煤气发电系统需要消耗高炉煤气3 4m3 kW h 高炉煤气的利用 CCPP CombinedCyclePowerPlant 简介 由燃气轮机发电和蒸汽轮机发电叠加组合起来的联合循环发电装置 根据热力学第二定律 对任何一种热力发动机 循环工作介质的加热温度越高 放热温度越低 热效率就越高 先用高温高压烟气驱动燃气轮机发电 再将排出的500 600 的烟气用于余热锅炉产生蒸汽 产生的蒸汽驱动汽轮机发电 这就组成了燃气 蒸汽联合循环发电 燃料的热能 既参与了燃气轮机的勃莱敦循环又参与了蒸汽轮机和锅炉组成的郎肯循环 既利用了烟气的作功能力发电 又利用了蒸汽的作功能力发电 以钢铁厂50MW规模机组为例 CCPP发电效率可达40 46 而同规模锅炉蒸汽发电效率为23 30 左右 高炉煤气的利用 CCPP CombinedCyclePowerPlant 简介 第五部分 高炉煤气压差发电技术 TRT TopGasPressureRecoveryTurbine高炉煤气余压透平发电装置 是利用高炉冶炼的副产品 高炉炉顶煤气具有的压力能及热能 使煤气通过透平膨胀机做功 将其转化为机械能 驱动发电机发电 或驱动其它装置的一种二次能量回收装置 TRT装置的显著特点 一不消耗任何燃料 不改变原高炉煤气的品质 二无公害的最经济的发电设备 三可以替代高炉系统中减压阀组调节稳定炉顶压力 什么是TRT装置 装置的用途 传统的工艺流程中 高炉煤气在通过除尘后再经过减压阀组减压到0 1bar G 左右 排入储气罐供工厂热风炉作为燃料用 多余部分被放散掉 原高炉煤气所具有的压力能和热能被白白地浪费在减压阀组上 造成大量的能源浪费和噪声污染 浪费噪音振动 安装湿式TRT装置的高炉炼铁流程图 煤气经湿式除尘后温度下降很多 大量的热值被除尘用的水带走而造成浪费 随着干式除尘技术的发展 除尘效率高 压力损失小 温度下降小 能使进入TRT的煤气温度由湿式除尘后的50 左右提高到干式除尘后的150 250 左右 从而大大增加了TRT的输出功率和发电量 安装干式TRT装置的高炉炼铁流程图 节能降耗 降低冶炼成本 增加效益 提高竞争力 降低噪音 减少污染 改善炉顶压力控制品质