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      鋼鐵企業(yè)低溫余熱利用現(xiàn)狀及技術(shù)展望

      2014-12-26 02:07:24孫晉誠
      科技視界 2014年4期
      關(guān)鍵詞:軋鋼發(fā)電站煉鋼

      孫晉誠

      (1.重慶市冶金節(jié)能環(huán)保企業(yè)工程技術(shù)研究中心,中國 重慶 400080;2.重慶鋼鐵集團(tuán)設(shè)計院有限公司,中國 重慶 400080)

      1 鋼鐵企業(yè)能源發(fā)展現(xiàn)狀

      在國家“十二五”時期面臨的資源環(huán)境約束將日益強(qiáng)化。從國內(nèi)看,隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級和進(jìn)程加快,我國能源需求呈剛性增長,受國內(nèi)環(huán)境容量和資源保障能力制約,我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展更加突出的面臨資源環(huán)境瓶頸約束,不斷加大節(jié)能減排工作難度。

      目前可利用余熱資源和利用情況按燒結(jié)、焦化、煉鋼、壓延、煉鐵、發(fā)電等工序如下:

      燒結(jié)工序的燒結(jié)礦顯熱、荒煤氣顯熱和焦?fàn)t煤氣顯熱、焦化工序的紅焦顯熱、燒結(jié)機(jī)煙氣顯熱。軋鋼工序的加熱爐等所排放的煙氣顯熱等。煉鋼工序的轉(zhuǎn)爐煤氣顯熱、鋼渣顯熱、連鑄坯顯熱等。煉鐵工序的高爐煤氣顯熱、高爐渣顯熱以及熱風(fēng)爐煙氣顯熱等。

      2 工程概況

      重慶鋼鐵(集團(tuán))有限責(zé)任公司環(huán)保搬遷工程分兩期建設(shè),工程完成后重鋼新區(qū)可形成年產(chǎn)600萬噸鋼的綜合生產(chǎn)能力。項目利用燒結(jié)工序、軋鋼、煉鋼工序排放的低溫?zé)煔庥酂帷柡驼羝?,將其轉(zhuǎn)為優(yōu)質(zhì)電能,建設(shè)2座低溫余熱發(fā)電站。燒結(jié)工序低溫余熱發(fā)電站簡稱1#低溫余熱發(fā)電站(燒結(jié)區(qū)),軋鋼、煉鋼工序低溫余熱發(fā)電站簡稱2#低溫余熱發(fā)電站(軋鋼、煉鋼區(qū))。

      1#低溫余熱發(fā)電站 (燒結(jié)區(qū))利用燒結(jié)工序一期及二期共3臺360m2燒結(jié)機(jī)之環(huán)冷機(jī)排放的煙氣,設(shè)置3臺低溫余熱鍋爐(1期2臺,2期1臺);配置2×12MW的補(bǔ)汽凝汽式發(fā)電機(jī)組,及配套的公輔設(shè)施。

      2#低溫余熱發(fā)電站(軋鋼、煉鋼區(qū))利用煉鋼、軋鋼工序一期及二期共3臺210t轉(zhuǎn)爐、3臺1780軋鋼加熱爐、3臺4100軋鋼加熱爐之飽和蒸汽,設(shè)置蒸汽蓄能站,配置2×9MW級間再熱型飽和蒸汽汽輪發(fā)電機(jī)組,及配套公輔設(shè)施。

      3 重鋼集團(tuán)經(jīng)過低溫余熱利用設(shè)計過程

      3.1 主要工藝流程

      (1)1#低溫余熱發(fā)電站(燒結(jié)區(qū))

      燒結(jié)項目將分兩期建設(shè)。一期新建燒結(jié)面積為360m2的燒結(jié)機(jī)2臺,二期新建相同生產(chǎn)能力的燒結(jié)機(jī)1臺。燒結(jié)機(jī)設(shè)計作業(yè)天數(shù)為330天/年,利用系數(shù)為1.25t/m2h。通過雙壓、雙煙道余熱鍋爐回收燒結(jié)礦冷卻高溫?zé)煔獾娘@熱而產(chǎn)生中壓、低壓過熱蒸汽,進(jìn)而驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。如圖1所示。

      圖1

      (2)2#低溫余熱發(fā)電站(軋鋼、煉鋼區(qū))

      重鋼公司煉鋼廠亦將分兩期建設(shè)。一期新建2臺210噸煉鋼轉(zhuǎn)爐,二期新建1臺210噸煉鋼轉(zhuǎn)爐。其平均冶煉周期均為38min(其中純吹氧時間15min),轉(zhuǎn)爐年有效作業(yè)天數(shù)為276天。為了充分利用轉(zhuǎn)爐煤氣的熱量,在轉(zhuǎn)爐爐口上方的煙道部分均設(shè)有余熱鍋爐。產(chǎn)自轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道余熱鍋爐的蒸汽具有不連續(xù)、流量波動大、含濕量高等特點(diǎn)。通過蒸汽蓄能器將此蒸汽轉(zhuǎn)化為流量穩(wěn)定的低壓飽和蒸汽,以保證凝汽式同步發(fā)電機(jī)組的連續(xù)正常運(yùn)行。如圖2所示。

      圖2

      (3)自動化水平

      整體工藝采用全過程的計算機(jī)自動化控制。所有的工藝設(shè)備采用分布式控制系統(tǒng)(DCS),全CRT操作,實現(xiàn)集中顯示,集中操作,集中管理和分散控制,控制功能先進(jìn),系統(tǒng)安全可靠、運(yùn)用靈活,具有最優(yōu)的控制性能和綜合管理能力。

      由于分布式控制系統(tǒng)(DCS)具有豐富的控制和監(jiān)視功能,控制回路增減,方案的改變,可由軟件實現(xiàn),帶CRT顯示的操作站能取代以往大量的模擬儀表盤,從而改善了人機(jī)聯(lián)系;帶CRT顯示的操作站和工程師站均設(shè)在控制室內(nèi)。

      DCS系統(tǒng)分1#低溫余熱發(fā)電站 (燒結(jié)區(qū))DCS系統(tǒng)和2#低溫余熱發(fā)電站(軋鋼、煉鋼區(qū))DCS系統(tǒng),共2套。選用國內(nèi)先進(jìn)的DCS系統(tǒng),CUP、電源、通訊采用冗余設(shè)計,通訊系統(tǒng)采用兩級網(wǎng)絡(luò)形式,中央控制系統(tǒng)與現(xiàn)場控制站之間構(gòu)成多用戶工業(yè)以太環(huán)網(wǎng),各控制主站與遠(yuǎn)程I/O站、設(shè)備配套PLC之間通過現(xiàn)場總線網(wǎng)進(jìn)行通訊。

      3.2 綜合效益

      (1)經(jīng)濟(jì)效益

      重鋼集團(tuán)環(huán)保搬遷工程低溫余熱發(fā)電站工程運(yùn)營后經(jīng)濟(jì)效果顯著,年平均銷售收入:17086萬元,年平均利潤總額:5401萬元。

      項目建成運(yùn)營后,年外供電量:23313×104kW·h(已扣除自用電)

      (2)社會效益

      通過此項目的實施,回收重鋼環(huán)保搬遷工程中新建燒結(jié)廠、煉鋼轉(zhuǎn)爐和軋鋼加熱爐的余熱用于發(fā)電,達(dá)到充分利用生產(chǎn)過程中的廢棄資源,減少能源浪費(fèi)、節(jié)約能源和降低污染物排放的目的,具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

      本項目把燒結(jié)、轉(zhuǎn)爐及軋鋼加熱爐等低溫余熱再利用,將形成裝機(jī)容量為44MW的節(jié)能減排綜

      合利用項目,年減排二氧化碳27.74萬噸,相當(dāng)于年節(jié)約標(biāo)煤9.42萬噸,總投資約2.78億。

      本項目是典型的余熱回收再利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)環(huán)保項目,利用新建燒結(jié)廠、煉鋼轉(zhuǎn)爐和軋鋼加熱爐的余熱用于發(fā)電,采用高效發(fā)電技術(shù),產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的電能,扣除企業(yè)自身用電外,年向重新區(qū)電網(wǎng)供電約23313萬 kW·h。

      低溫余熱發(fā)電能將燒結(jié)廢氣中的熱能轉(zhuǎn)化為電能,可有效的減少燒結(jié)生產(chǎn)過程中的能源消耗,節(jié)能效果顯著。同時,廢氣通過余熱鍋爐降低了排放的溫度,含塵濃度也大大降低,可有效的減輕燒結(jié)生產(chǎn)對環(huán)境的污染,環(huán)保效果顯著。

      圖3 煉鐵區(qū)域余熱發(fā)電系統(tǒng)流程圖

      項目做到了資源綜合利用,改善了環(huán)境,達(dá)到實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)提高能源轉(zhuǎn)換率的目的,符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略思想。

      圖4 煉鋼區(qū)域余熱發(fā)電系統(tǒng)流程圖

      4 余熱利用技術(shù)的最新進(jìn)展

      將零散的間歇或大宗集中的余熱產(chǎn)生蒸汽,然后通過一種新方法相對集中的發(fā)電。一般應(yīng)控制在3.0-15MW之間余熱回收利用的區(qū)域發(fā)電的裝機(jī)規(guī)模為宜。進(jìn)行回收發(fā)電各種不同參數(shù)的低溫余熱,應(yīng)采取的措施和技術(shù)與之相適應(yīng),一般鋼鐵企業(yè)廠區(qū)根據(jù)布置情況,大致可分為煉鋼和鐵前兩大區(qū)域。

      煉鐵區(qū)域包括:荒煤氣顯熱回收蒸汽、焦?fàn)t煙氣顯熱回收蒸汽、高爐熱風(fēng)爐廢氣余熱鍋爐蒸汽、冷卻機(jī)及燒結(jié)機(jī)煙氣余熱鍋爐蒸汽等。

      煉鋼區(qū)域包括:各種加熱爐煙氣余熱鍋爐蒸汽、轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽、連鑄坯結(jié)晶汽化冷卻裝置蒸汽等。

      5 鋼鐵企業(yè)低溫余熱利用建議

      通過開展綜合利用和節(jié)能降耗,循環(huán)經(jīng)濟(jì)大力發(fā)展,能耗最少的目標(biāo)以期實現(xiàn),具有巨大的節(jié)能潛力在余熱余能利用方面。尊重?zé)崃W(xué)第二定律,對能量梯級利用原則嚴(yán)格遵循。盡快實施燒結(jié)余熱蒸汽、煉鋼余熱飽和蒸汽發(fā)電,有效利用實踐經(jīng)驗取得飽和蒸汽??茖W(xué)、準(zhǔn)確的對廢熱資源進(jìn)行分析,為余熱回收電站建設(shè)提供可靠數(shù)據(jù)。

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