提升烧结余热发电项目发电量实践与改进

秦建新，张联兵

（首钢长治钢铁有限公司，山西 长治 046031）

首钢长钢公司始建于1947 年，是中国共产党于战争年代在太行山革命根据地创建的第一个钢铁企业，2009 年与首钢总公司联合重组。经过70 年的发展，形成年产铁260 万t、钢360 万t、材375 万t 的生产能力，产品包括H 型钢、棒材、线材、热轧带肋钢筋、矿渣水泥。主要工艺装备有2 座6.0 m 复热式捣固焦炉年产焦炭140 万t、200 m2烧结机2 台、1 080 m3高炉2 座、80 t 转炉3 座、20 000 m3/h 和30 000 m3/h制氧机组各一套、60 万t/年热轧H 型钢生产线1条、55 万t/年高速线材生产线2 条、棒材生产线3条、100 万t/年矿渣超细粉水泥生产线1 条等。目前，高炉焦比、喷煤比、冶金焦灰分等技术经济指标位列全国同类型企业前列。

首钢长钢公司两座200 m2烧结机，分别于2004和2008 年投产，年产能456 万t。原烧结环冷机的余热回收方式是将环冷机1 段产生的高温烟气通过螺旋翘翅式换热器由蒸发器产生饱和蒸汽，再经过热器产生过热蒸汽，用于烧结机混合料预热，剩余部分并入公司蒸汽管网。多年运行以来，此传统烧结余热利用方式存在效率低、回收的废气余热量少（仅占总热量的10%左右）等弊端。近年来，随着低温烟气余热锅炉技术和低参数补汽凝汽式汽轮发电机组技术不断发展，烧结环冷机烟气余热发电项目在国内多家钢铁企业得到成功实施，并能够取得较好的经济效益。

为了高效利用余热资源，充分利用烧结环冷机烟气余热，长钢公司提出了实施烧结环冷机烟气余热发电项目。

1 烧结余热发电项目情况简介

2 台200 m2烧结机，平均利用系数1.3～1.4 t/m2·h，工作制度为连续工作制，作业率94.98%。烧结机配套228 m2鼓风带冷机，环冷机由台车及回转框架、鼓风系统等组成。带冷机配有4 台鼓风机，设计条件下风机风量450 000 m3/h，风机全压3 800 Pa。

烧结环冷机烟气余热发电项目采用 “2+2+1”建制，即2 台环冷机＋2 台余热锅炉＋1 台汽轮发电。两台烧结机配套建设两套自除氧双参数自然循环余热锅炉、一台补汽—凝汽式汽轮发电机组，发电端电力就近接入企业10.5 kV 母线段，配套建设循环冷却水系统、除盐水制备系统、供配电系统、自动控制系统等。

两套余热锅炉型号为QC216（128）/380（280）-23.6（8）-2.0（0.39）/330（180），1 台10 MW 的补汽凝汽式汽轮机组型号为BN10-1.9/0.35+QF-W12-2 10.5 kVQ，通过双压余热锅炉产生2.0 MPa、330 ℃（18.2 t/h）和0.65 MPa、192 ℃（6 t/h）的过热蒸汽，驱动汽轮机进行发电。

按照设计，该项目建成投产后，小时发电量约8 000 kW·h，年发电达6 000 余万kW·h，扣除自用电年净发电量5 000 余万kWh，所发电量分别并入烧结主抽风机配电站，自发自用。

烧结余热发电项目总投资6 500 万元，于2016年4 月10 日建成投运，投运初期，运行效果不理想2016 年4—6 月份总计发电705.7 万kW·h，折合吨矿发电7.03 kW·h，与设计发电指标（吨矿发电15 kW·h）存在较大差距[1]。

鉴此，公司成立项目专题攻关组，从设备、工艺、操作和生产组织及外围配套协调等方面，深入分析研究，采取多项措施，取得积极成效。

2 主要采取措施及成效

1）合理调整、优化烧结机生产组织模式，为机组稳定高效运行提供有力支撑。

烧结机稳定、连续的生产秩序是烧结余热发电项目正常运行的基础和保障。为尽快摸索出烧结机生产与余热发电的最佳运行模式和参数，结合公司机烧和铁产能及炉料配比等情况，前后尝试采用两台烧结机同时适当控制产能、以不攒料不停机的生产模式，但试验效果欠佳（日发电量超过10 万kW·h天数仅有4 d，且仅为略超过10 万kW·h）；之后，在总结经验的基础上，调整为采用两台烧结机满负荷生产至存够一定烧结矿后交替安排烧结机检修的生产方式，在2 台烧结机正常生产时，日发电量均在11 万度以上（7 月28 日至8 月2 日连续6 d 日均发电量16.2 万kW·h，折合吨矿发电13.7 kW·h），但在烧结机交替检修期间发电量影响较大（7 月15—17日、22 日、25 日、26 日6 天检修期间日均发电量仅为5.9 万度，折合吨矿发电7.3 度）。

针对上述状况，在继续巩固现有烧结机生产模式的基础上进行适当调整，在保证目前日产量的前提下，安排烧结机集中生产，适当库存烧结矿，结合环保及检修工作，阶段性安排一台烧结机停产检修，保障烧结吨矿发电量。通过上述实践，验证了该种模式在提升发电量及控制烧结成本方面存在较大的优势，并在后续生产组织中予以沿用。

2）发挥技术专业优势，强化工艺操作和改进，通过技术措施提高机组发电量。

强化烧结环冷机漏风治理，减少热量损失。环冷机漏风是影响烧结烟气温度的重要因素之一，在实际生产过程中，动力厂、炼铁厂对环冷机的密封状况进行重点监控，适时掌握环冷机漏风状况，并利用烧结机停产时机及时更换维护环冷机台车密封板，开展漏风治理工作，降低烟风系统热量损失。

利用烧结机检修时机，在环冷机烟气高低温段设置隔断，降低冷风掺入量。改造完成后平均烟气温度提高10 ℃以上，提温效果比较明显。

调节优化烧结生产工艺，通过控制烧结矿终点温度、终点位置和大烟道烟气温度等方式，尽力实现满足发电运行的最优生产模式。7 月份以来烧结工艺按300～350 ℃的范围控制终点温度，终点位置保持在23 号（倒数第二个）风箱，同时控制大烟道排烟温度不高于150 ℃，以降低烧结矿余热损失量。

加强设备点检维护工作，确保设备正常连续运转提高机组发电量。8 月23 日至9 月12 日期间烧结及发电设备基本维持100%的运转率，总计发电量332.2 万度，折合吨矿发电13.7 度，平均发电负荷达到6 600 kW，基本达到设计指标。

摸索总结经验，提高机组的运行操作技术水平。循环风机是烧结生产工艺和余热锅炉发电机组之间建立联系的关键设施设备，对取热量多少、锅炉进气温度、产蒸汽量及品质等影响机组发电量的关键性指标有着至关重要的作用。动力厂在总结前期运行管控经验的基础上，逐步摸索规范循环风机运行操作，使循环风机的工作状态进一步趋近风量及风压满足取热量条件的最佳匹配工况，机组发电量得以有效提升[2]。

3）建立、完善联系协作、管控及考核机制，为提升发电水平提供支撑和激励。

鉴于发电机组运行及烧结生产分属动力厂和炼铁厂管控，对上述单位从调度、中控和岗位等各个层面建立完善了联系协作制度，避免出现发电运行及烧结生产之间的管理及信息脱节，保障了上下游环节的均衡稳定。

制定并下发《烧结环冷机烟气余热发电项目运行管理办法》，结合设计指标对操作管理、技术参数管控、职责分工等方面予以明确。同时采用正向激励的考核机制，以10 万度/日为保底目标，设立发电量攻关台阶，充分调动开展攻关工作的积极性。期间发电量最好指标完成20.01 万度/日，折合吨矿发电16.72 kW·h，并且实现了在烧结正常生产的前提下发电量≥10 万度/日的目标。

定期组织召开总结分析会，对下阶段的工作目标及任务进行安排部署并督促落实，同时针对机组运行出现的问题及时进行分析讨论并提出改进意见，巩固攻关工作取得的成效。

3 下一步巩固措施和改进建议

通过上述措施和努力，烧结余热项目运行得到较大提升和改善，发电量从日均8～9 万kW·h 逐步并稳定到日均12～13 万kW·h 的水平，取得了明显效果。针对存在制约发电量提升的管理、操作等因素，下一步的措施和建议如下。

3.1 理顺烧结发电管理体制

烧结余热发电系统与烧结生产主体息息相关，烧结矿粉种类配比、烧结生产稳定、终点位置、终点温度、石灰掺入量、固体燃料消耗和漏风率等情况直接决定着后续烧结余热发电机组的正常运行，而目前由于烧结余热发电和烧结生产分属两个单位，实际运行过程中存在信息不对称、协调联系渠道不够畅通、分析调整时机和手段较为滞后和被动等问题，同时经咨询相关钢企，大部分将烧结余热发电归烧结生产主体统一管理，因此考虑参照高炉TRT 发电运行管理模式，将烧结余热发电机组统一划归炼铁厂运行管理，以提升生产和发电之间的协调力度和沟通渠道，便于统筹运行管理，树立“一盘棋”运行思路，实现一体化协调管理。

3.2 提高精细化操作水平

影响烧结余热发电量的因素较多且存在交织，最直接、直观的参数是烧结烟气温度，尽管前期围绕提升烟气温度采取了一些措施并取得一定成效，但更深层次的影响因素（如烧结矿粉配比、石灰掺入量、固体燃料消耗等烧结机内部因素）由于受专业、系统和管理体制等限制，无法进行具体的量化分析和明晰判定并整改；另外，当前循环风机的频率调整操作，由于没有一个直观性参数能反应出是否达到最佳取热效果，在发电量波动的情况下更增加了调整循环风机至最佳匹配工况的工作难度，一定程度上也制约了发电量的提升。在整体划归炼铁厂后，下一步要求炼铁厂进一步提高烧结生产的精细化操作水平，为定性定量分析余热发电量变化提供数据支撑，同时结合烧结工况条件继续探索循环风机的最佳运行工况，推进标准化操作，实现发电量最大化。

3.3 提高机组发电效率及持续稳定运行

重点针对余热蒸汽品质达不到设计标准导致发电汽耗高、效率低（主蒸汽设计指标为1.9 MPa，现场实际仅为1.4～1.5 MPa）和受烟气温度变化影响（烧结机计划、非计划检修、环保停机、故障停机、临停检修、工艺调整等因素均能造成烟气温度较大变化），机组的发电量波动现象，下一步在保证蒸汽产量的基础上要尽力提高蒸汽品质以提高发电效率，同时加强设施设备的巡检维护，尽量避免非计划故障停机，为稳定提升余热发电量奠定基础。