余熱發(fā)電在轉(zhuǎn)爐冶煉中的應(yīng)用

余熱發(fā)電在轉(zhuǎn)爐冶煉中的應(yīng)用

技術(shù)進步成為監(jiān)獄企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重要目標隨著我國經(jīng)濟發(fā)展的快速發(fā)展，資源相對不足的問題日益突出。特別是在鋼鐵生產(chǎn)公司，我們必須找到新的資源和可再生資源，并合理利用現(xiàn)有的寶貴資源。這是確保中國鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。鋼鐵行業(yè)大力發(fā)展和推廣的飽和蒸汽低溫余熱發(fā)電技術(shù)是遵循國家鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策,符合當前可持續(xù)發(fā)展要求、實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的重要手段,是促進鋼鐵產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級和結(jié)構(gòu)調(diào)整、提高環(huán)境保護和資源綜合利用水平的有效途徑。進入21世紀,鋼鐵產(chǎn)業(yè)需求量趨于過剩階段,鋼鐵企業(yè)的核心競爭力是提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本,故采取節(jié)能降耗措施以及廢氣再利用技術(shù)是對鋼鐵行業(yè)進行成本單耗降低,資源循環(huán)利用,增強產(chǎn)品市場競爭力的重要途徑。為此,高義鋼鐵有限公司把轉(zhuǎn)爐低溫余熱發(fā)電作為企業(yè)資源循環(huán)利用,提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本,保證企業(yè)持續(xù)發(fā)展的突破口,大力采用先進工藝技術(shù)和節(jié)能措施,提出建設(shè)轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電工程,使企業(yè)的發(fā)展建立在節(jié)約能源和保護環(huán)境的基礎(chǔ)上,真正實現(xiàn)全面協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展,提高企業(yè)核心競爭力。1發(fā)電技術(shù)及流程轉(zhuǎn)爐煉鋼是鋼鐵冶煉生產(chǎn)過程中非常重要的工序,在轉(zhuǎn)爐內(nèi)把鐵水煉成鋼的過程主要是降碳、升溫、脫磷等高溫物理化學反應(yīng),最后排出大量的CO、CO2等高溫廢氣。轉(zhuǎn)爐工序能耗約占整個鋼鐵生產(chǎn)中能耗的8%~14%,僅次于煉鐵工序,其中45%的能耗以廢氣的散熱形式直接排放到大氣中,不僅造成環(huán)境的污染,而且浪費了大量的熱能資源(轉(zhuǎn)爐排出的廢氣溫度在1400~1600℃)。轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電技術(shù)主要是通過對轉(zhuǎn)爐煙道中排出的余熱廢氣進行再回收利用,通過余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽,帶動汽輪機系統(tǒng)發(fā)電。此項技術(shù)不但利用轉(zhuǎn)爐余熱,避免能源浪費,為企業(yè)創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益,且在此工序中不產(chǎn)生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其他有害氣體,是節(jié)能環(huán)保新技術(shù)。轉(zhuǎn)爐蒸汽余熱發(fā)電系統(tǒng)主要包括汽化冷卻余熱鍋爐、飽和蒸汽汽輪機、發(fā)電機三大主體設(shè)備及蒸汽蓄熱、排氣冷卻(空冷系統(tǒng)或水冷系統(tǒng))、給水除氧三大汽水系統(tǒng),其工藝流程如圖1所示。轉(zhuǎn)爐在吹煉過程中,產(chǎn)生大量的高溫煙氣(1300℃以上),為降低煙氣溫度、回收高溫煙氣中的余熱,轉(zhuǎn)爐配套設(shè)置了煙道式氣化冷卻余熱鍋爐。余熱鍋爐由于受到轉(zhuǎn)爐吹煉時煙氣波動的影響,余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽量也隨之急劇波動。因此,為保證汽輪機進汽流量的連續(xù)性和穩(wěn)定性,設(shè)置了蓄熱器系統(tǒng)。在吹煉期內(nèi),余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽被引入蓄熱器內(nèi),蒸汽將蓄熱器內(nèi)的水加熱后并凝結(jié)成水,使蓄熱器內(nèi)水焓值升高,這樣就完成了蓄熱器的充熱過程,同時供出飽和蒸汽;在非吹煉階段,余熱鍋爐不產(chǎn)生蒸汽,調(diào)壓閥前的壓力不斷下降,蓄熱器中的飽和水降壓后迅速閃蒸,飽和水成為過熱水,立即沸騰而自然蒸發(fā),產(chǎn)生連續(xù)蒸汽,經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)壓至0.8~1.3MPa的飽和蒸汽進入汽輪機,在汽輪機內(nèi)膨脹做功,驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。2發(fā)電系統(tǒng)方案1)余熱資源。高義鋼鐵有限公司是國內(nèi)較大型的鋼鐵企業(yè),煉鋼廠有3臺80t/h轉(zhuǎn)爐,年產(chǎn)鋼266萬t,該廠生產(chǎn)過程中的余熱資源如表1所示。根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗,結(jié)合轉(zhuǎn)爐回收工藝特點,噸鋼產(chǎn)氣量一般為80~100kg,蒸汽量根據(jù)生產(chǎn)工況不同而有所變化,結(jié)合該廠實際工藝情況,平均噸鋼蒸汽量按80kg/h考慮,經(jīng)過核算可產(chǎn)生飽和蒸汽量約26t/h,主蒸汽壓力取均值1.2MPa(0.8~1.6MPa),蓄能器排出蒸汽壓力取1.0MPa,由水蒸氣表查得主蒸汽焓值h0=2772.8kJ/kg,進汽壓力為1.0MPa的實際排汽焓值hc=2242.7kJ/kg,汽輪機機械效率ηm取值0.96,發(fā)電機效率ηg取值0.95。計算飽和汽輪機的發(fā)電功率Pe=3317kW,但考慮到生產(chǎn)工藝特點與實際發(fā)電情況,選用4.5MW的發(fā)電機組,發(fā)電機輸出功率計算式為:式中:Pe—發(fā)電機輸出功率;CD—實際做功蒸汽流量修正系統(tǒng),取CD=0.95。2)整體方案。蒸汽回收設(shè)計方案如圖2所示。煙道余熱蒸汽的壓力隨轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)節(jié)奏的波動,一般在0.8~1.6MPa,通過余熱鍋爐收集余熱蒸汽,通過蓄熱裝置將余熱平穩(wěn)過渡到汽輪機中,蓄能器輸出的蒸汽壓力1.0MPa,蓄能器輸出最大氣流量34t/h。汽輪機是發(fā)電系統(tǒng)的原動機,它把蒸汽的熱量轉(zhuǎn)換成汽輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械能,拖動發(fā)電機發(fā)電。循環(huán)水冷系統(tǒng)重復利用水資源。輸出電壓與該廠10kV主變母線并聯(lián),并網(wǎng)不上網(wǎng)供電。3)主參數(shù)設(shè)計。該系統(tǒng)可分為汽輪機、發(fā)電機、循環(huán)水泵、冷卻塔、控制系統(tǒng)等煙等,通過轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生飽和蒸汽進入飽和凝汽式汽輪機,進而帶動發(fā)電機發(fā)電。主設(shè)備參數(shù)如表2所示。4)主廠房設(shè)計。汽輪發(fā)電房、控制室、高低壓配電室等合建一主廠房,主廠房采用雙層布置?！?.000平面為輔機平面,布置有射水泵、疏水泵、凝結(jié)泵、汽輪機輔機及油系統(tǒng)、高低壓配電室。6.00m平面為運轉(zhuǎn)層,汽輪機、發(fā)電機、中央控制室。電站設(shè)集中電力室,電站啟動時啟動電源為電網(wǎng)供電,電站正常運行后,電站用電即可有電網(wǎng)供電,也可由電站發(fā)電機直接供電。電站設(shè)獨立調(diào)度系統(tǒng),與電站生產(chǎn)有關(guān)的各崗位均設(shè)直通調(diào)度電話。電站的控制采用DCS計算機控制系統(tǒng)。5)循環(huán)水系統(tǒng)。循環(huán)水冷卻系統(tǒng)包括循環(huán)水泵站、冷卻塔、循環(huán)水池及循環(huán)水管網(wǎng)。系統(tǒng)運行時,循環(huán)冷卻水經(jīng)循環(huán)水泵抽水送到各設(shè)備處,冷卻過的冷卻水利用循環(huán)水泵的余壓送到冷卻塔中,冷卻后回到循環(huán)水池,供循環(huán)水泵繼續(xù)使用。另設(shè)加藥和旁濾裝置,減少凝結(jié)器等設(shè)備的結(jié)垢。6)接入系統(tǒng)發(fā)電機組采用10kV單母線與鋼廠總變壓器10kV母線連接。運行方式是并網(wǎng)不上網(wǎng),在電站側(cè)發(fā)電機聯(lián)絡(luò)開關(guān)和發(fā)電機出口開關(guān)及母線開關(guān)設(shè)置并網(wǎng)同期點。在不改變總變圧器原有供電運行方式的前提下,發(fā)電機發(fā)出的電量將全部用于全廠負荷。3經(jīng)濟效益分析轉(zhuǎn)爐低溫余熱發(fā)電是不帶補燃鍋爐的蒸汽動力循環(huán)發(fā)電技術(shù)方案。由于該方案不使用燃料來補然,因此不會對環(huán)境產(chǎn)生附加污染;其次,其運行操作簡單方便,運行可靠,安全性高,投資回收期短,對用戶來說是較有利的,也是受益比較高的余熱電站。該工程的建立為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益和良好的社會效益,以該轉(zhuǎn)爐余熱電站為例,分析效益如下:1)發(fā)電效益。發(fā)電機的裝機容量為4500kW,電站年運行時間為8000h,自用電率為7%,電價按0.5元/kWh計,則每年發(fā)電產(chǎn)生經(jīng)濟效益為1674萬元。2)節(jié)約標準煤。按1萬kWh電可節(jié)約3.5噸標準煤計算,此余熱電站年節(jié)約1.26×104噸標準煤。3)投資回收期。按照發(fā)電經(jīng)濟效益、總投資費用、運行成本等計算,投資回收期2.5a,運行壽命10a,剩余7.5a發(fā)電效益為12555萬元。4