华吉涛
（广西柳钢中金不锈钢有限公司 广西 玉林 537624）
摘 要：摘要介绍了广西柳钢中金不锈钢有限公司180m2烧结机以红土镍矿为原料，充分利用烧结余热进行发电的应用情况，以及运行过程出现的问题和解决办法，对烧结余热发电设计、建设和运行中可能出现的问题给出了建议。
关健词：烧结余热回收；发电；实践
1 引言
随着“双控”升级，限电政策频发，钢铁企业作为用电大户，在积极相应国家“双碳”政策，在实施节能减排的同时，眼光向内，增加企业自主“造血”能力，满足企业正常生产经营。广西柳钢中金不锈钢有限公司是一家以采用烧结—高炉法生产含镍铁水，作为不锈钢母液供后续冶炼不锈钢的全流程企业。由于红土镍矿物理水及结晶水含量高，烧损大，硅、镁含量高，且不能采用高碱度生产工艺，从而导致红土镍矿烧结难度大，表现在烧结矿强度差、产量低及能耗高。其烧结性能类似于褐铁矿粉，但远比常规褐铁矿难烧结。而且，目前常规铁矿烧结工艺中，褐铁矿配比最高为50%左右。因此，全红土镍矿烧结是一个世界性难题。针对全红土镍矿烧结工艺过程中的波动，如何更好的协同余热发电，实现生产过程中资源利用做大化，是红土镍矿烧结从业者考虑的一刻课题。
广西柳钢中金不锈钢有限公司烧结厂(以下简称中金公司) 180m2烧结机于2014年10月1竣工投产,设计年产自熔性镍矿烧结矿120万吨，投产当月即达产。因受红土镍矿烧结工艺影响，配套余热发电选型为纯低温余热发电站。因项目建设进度问题，烧结余热发电尚未与烧结主体工程同时投运，余热发电项目推迟到2017年5月开始并网发电；5月27日完成168小时考机运行,系统运转逐渐趋于稳定,日发电量可达10万kWh。
2 中金公司烧结余热发电系统概况
中金公司余热发电具体工艺流程见图1。通过引风机将环冷机1号、2号烟囱的高温烟气(约400℃)引出,混合后进入高效余热锅炉，加热锅炉内的水产生375℃的过热蒸汽和144℃的低压蒸汽,供出,混合后进入高效余热锅炉加热锅炉内的水产生375℃的过热蒸汽和144℃的低压蒸汽,供给汽轮机发电。经引风机循环风机增压后返回2号环冷鼓风机风池作为冷却介质冷却烧结矿, 以此来提高环冷机排烟温度。
图1余热发电工艺流程图
3投产后出现的问题
由于中金公司180m2烧结余热发电工程和烧结机工程并非同时设计、投运，加之自熔性镍矿烧结余热发电在我国尚未起步,鲜有经验可借鉴,尤其是发电机组与烧结机的运行未能很好的衔接,烧结余热发电项目在投产后表现出一系列的问题。
3．1 蒸汽参数不稳定, 不能满足汽轮机正常运转的要求
汽轮机的正常运行对蒸汽参数有一定的要求, 中金公司180 m2 烧结机余热发电工程选用的汽轮机正常运行时蒸汽温度为370 ℃, 最低为320 ℃, 最高为390 ℃。但是由于烧结过程波动和余热发电操作经验缺乏, 投产后, 蒸汽温度经常低于300 ℃, 远远达不到汽轮机的要求, 从而导致机组频繁停机。
3.1.1 原因分析
锅炉蒸汽温度低的直接原因是锅炉入口烟气温度低。经过分析发现,导致锅炉入口烟气温度低的原因主要有两个: ①烧结矿严重过烧或严重欠烧。当烧结矿严重过烧时,在烧结机尾部烧结矿的冷却过程就已开始进行了;严重欠烧时,烧结混合料中的碳未能得到充分燃烧,所产生的热量更少。这两种情况都将导致给入冷却机上的烧结矿携带的热量减少,进而导致烟气温度降低; ②锅炉引风量和环冷机鼓风量不匹配。穿过环冷机热矿层的高温废气才是锅炉的有效热源,但是由于带冷机和烟罩密封不严,当锅炉引风量大于废气回收段带冷机的鼓风量时,将有大量冷风漏入,导致进入锅炉的烟气温度急剧下降。
3.1.2 解决方法
对上述两点原因,我们在投产后采取了相应的措施。第一,稳定烧结过程,严禁出现严重过烧和欠烧的情况,尤其是不能出现过烧的情况,重点加强了对一、二混添加水的控制。同时发挥中金公司180 m2 烧结机自动化程度高的优势,利用SPSS(烧结过程智能控制系统) 合理的控制烧结过程的BRP 点,使该点维持在58 m～62 m 之间,从而稳定了烧结过程。第二，正常运行时,引风机应该工作在所示的蒸发a 点,若实际运行中出现烟气温度下降,可视情况通过关小引风机的风门(或同时关小鼓风机和引风机的风门) 来使烟气温度达到所要求的温度。通过采取这些措施,蒸汽温度的稳定性得到了提高,2020年以后没有出现因蒸汽温度低而导致的停机现象。
3. 2 烧结机短时间停机严重影响余热发电系统的作业率
烧结机短时间的停机(30 min 左右) 在烧结生产中是很难避免的,这种停机对烧结机作业率影响不大,但是对余热发电机组影响却很大。
3.2.1 原因分析
烧结机停机以后,不再有热烧结矿卸到带冷机上,此时锅炉的热源只是环冷机上烧结矿的物理热,这部分热量在鼓风冷却下很快就会消耗完,从而导致蒸汽温度急剧下降,机组解列;另外,在烧结机短时间停机时,操作人员一般是不主动关主抽风机风门，这便导致烧结机上原有的料层严重过烧，往往出现重新开机后环冷机烟气温度先小幅度上升然后再急剧下降的情况。在不采取任何措施的情况下,烧结机停机10 min 以上就将导致余热发电机组停机。从发电机解列到并网，至少需要2小时，若烧结机开机后烧结过程不稳定，所需要的时间将更长。如果这种短时间的停机不能很好的解决且没有很好的应对措施,余热发电将不能稳定的运行。
3.2.2 解决方法
烧结机停机后及时关小环冷鼓风机和锅炉引风机的风门,同时将发电机组负荷快速减到10 %左右,以避免因烟气温度低导致发电机组停机;另外,还应及时关小主抽风机的风门(根据预判故障处理时间风门应减至15 %左右) ,同时视停机时的烧成情况关闭烧结机后部的风箱翻版,防止烧结机上的料层在停机期间严重过烧。烧结机停机重开后带冷烟气温度变化趋势通过采取这些措施,大大减少了因烧结机短时间停机导致的余热发电机组停机。目前,烧结机在30 min 以内的停机,烧结余热发电机组一般不会停机。
3.3 余热锅炉烟气回收系统漏风降低了余热回收效率
烟气回收系统的漏风是导致余热回收效率低和烟气温度低的主要原因,减少漏风对提高余热回收效率有重要意义。
3.3.1 原因分析
由于环冷机台车与烟罩作相对运动,二者之间存在间隙,因此在烟罩下部压力与外界常温空气压力不一致时,就必然存在漏风。实际上漏风有两种情况,一种是热烟气漏出系统(烟罩内为正压) ;另一种就是常温空气顺着间隙进入烟罩(烟罩内的压力小于外界压力) 。这两种漏风都会降低余热回收效率,由于烟道排烟温度远高于常温空气温度,所以常温空气漏入系统的危害更甚。
3.3.2 解决办法
为减少漏风,正常运行时带冷机烟罩下部尽量保持微正压,同时减小烟罩与台车边缘的间距,采用软密封,在环冷机风道内侧加装风向导流板，提高冷却风的利用率，降低漏风。
4 关于烧结余热发电的思考
随着国内新建烧结机面积逐渐扩大,利用烧结矿冷却余热废气进行发电已经具备了基本条件。笔者认为,在设计、建设和生产过程中应该兼顾以下几点:
4.1 烧结机必须具有较高的作业率
烧结机具备较高的作业率是余热发电机组稳定运行的前提条件。如前所述,烧结机短时间的停机可能导致机组长时间的停机,影响余热发电机组的运行和发电量。另外,频繁的开、停机对汽轮机转子和汽缸的损害也非常大,将严重影响汽轮机的使用寿命。目前,中金公司180 m2 烧结机作业率维持在98 %以上,每月除安排一次计划检修外,另外还会出现3～4 次零星停机。出现30 min 以内的短时间停机时,通过调整烧结机和余热发电机组的操作,一般可以避免余热发电机组停机,余热发电机组运行较稳定。
4.2 烧结过程要稳定
烧结余热发电对热源有一定的要求,除要求有一定的数量外,烟气温度还要满足汽轮机对蒸汽参数的要求。余热发电机组投运初期多次出现因烟气温度低而导致的机组停机现象。其根本原因是烧结过程不够稳定,出现严重过烧或欠烧的情况。后来通过严格混合料水分控制和烧结过程BRP控制,稳定了烧结过程,基本上杜绝了严重过烧或欠烧的情况,余热发电机组基本上没有再出现因烧结过程不稳定而导致的停机。
4.3 汽轮机的型号要与热源的品位相匹配
汽轮机是整个余热发电机组的核心设备,其运行情况直接关系到机组工作的稳定。汽轮机对进汽参数有着严格的要求,太高或太低都不能进入汽轮机。当蒸汽温度过高时还可以通过喷减温水来降低蒸汽温度;蒸汽温度过低则没有有效的解决措施。因此,余热发电机组中蒸汽参数不能满足汽轮机要求的,绝大多数是由于蒸汽温度太低。在设计过程中汽轮机的选型应该与废气温度相匹配,尽量选择进汽参数稍微低一点,且允许波动范围大一点的汽轮机,从而保证投运后汽轮机的安全运行。
4.4 除尘与环保
在余热锅炉引风机和环冷鼓风机的双重作用下,烧结矿冷却废气的含尘浓度往往会超过国家规定的排放标准,因此需要在烟气回收系统中设置除尘装置。增加除尘器必然导致烟气系统阻力上升,从而要加大引风机功率；另外,增加除尘器还会带来一定的热量损失,降低余热回收的效率。尽管这两点都是我们不愿意看到的,但是在目前的这种烟气回收非闭式循环系统(锅炉排烟全部或部分排入大气) 中安装除尘器却是必须的。要解决这一问题,将来可考采用烟气全闭式循环系统(锅炉排烟全部循环用作烧结矿的冷却介质) ,这样可免去在系统中安设除尘器,它应是今后烧结余热回收系统的发展方向。
5 结 语
中金公司烧结余热发电系统稳定运行,取得了很好的效果。实际运行情况表明,该余热发电系统在运行正常的情况下,能向烧结厂提供35 %～40 %的用电量,为企业带来良好的经济效益。目前在我国利用红土镍矿烧结余热进行发电的厂家还不多,但随着国内大型烧结机的发展，该项技术应用回更加广泛。