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淺談影響燒結環冷機余熱發電的幾個因素

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淺談影響燒結環冷機余熱發電的幾個因素

發布日期:2017-10-26 作者: 點擊:

燒結環冷機余熱發電技術自引進以來,經過馬鋼、寶鋼等工程的示范,隨著國內低溫余熱發電市場的形成,近年來發展迅猛,已在燒結行業得到大量推廣應用。技術研究領域,部分高校和節能服務企業針對國內燒結礦冷卻工藝、裝備特點及余熱發電技術現狀,對燒結礦冷卻模型的建立、系統熱力參數的選擇等問題已開展了部分研究,取得了一些成果;工程應用領域,國內大量項目已經投運,鋼鐵企業和節能服務企業已經就同類項目的運行積累了量的經驗。但縱觀行業內的整體情況,技術方面,燒結環冷機余熱發電技術的相關研究處于起步階段,系統設計的理論模型仍未系統化,有待深入研究;從燒結余熱發電項目的實際運行狀況看,余熱發電能力達到設計水平的項目為數不多,部分項目建成后甚至難以投運。行業的發展整體上處于粗放模式。

經過近年來的發展,隨著行業的成熟,燒結余熱發電技術在設計、運行等各方面存在的問題大多已浮出水面,業內也已對于一些關鍵影響因素形成統一認識。作為燒結生產的附屬部分,從工藝原理上,燒結余熱發電系統可分為煙風系統和熱力系統兩個相對獨立的部分,從生產關系上,先后受到燒結生產運行和電站運行兩級操作的控制和影響,本文將按照從前到后的順序,從各個環節選出一些影響項目運行效益的重要因素,分別進行分析討論。

1 冷卻機取熱

煙風系統為燒結工藝和發電工藝之間的銜接單元,該系統以熱空氣為介質,從冷卻機內燒結礦的冷卻過程中吸收熱量,在余熱鍋爐內放熱,將熱量轉移到蒸汽動力循環系統內。以熱量的轉移效率為目標,現有技術形成了兩段取風、雙通道鍋爐、循環風等幾項主流技術,目前的技術路線中,鍋爐端的換熱技術已較為成熟,目前的關鍵技術問題和研究主要集中在冷卻機端。

取熱技術研究的關鍵和基礎,在于燒結礦冷卻模型的研究。燒結礦在帶冷機或環冷機中的冷卻,屬于移動床非規則堆積顆粒氣固傳熱過程。董輝等對燒結礦的冷卻過程進行了實驗研究,分別研究了料層厚度和冷卻風量兩個因素對換熱的影響,實驗結果表明了料層厚度和冷卻風量的存在。張小輝等通過對燒結礦冷卻過程的數值仿真,分別對燒結礦粒徑、冷卻風速、料層厚度、入口風溫等操作參數進行了優化研究。由于其中涉及冷卻機的裝備及生產調整,其研究結論目前尚未投入工程應用,但仍具有重要的指導意義。

冷卻機取風參數的選取屬現有技術中較為突出的設計問題,因取風參數選取過高而造成系統運行效率極差的項目為數不少。由于缺少換熱模型的支撐,業內當前的項目設計中,冷卻機取風參數主要依靠熱平衡計算結合經驗選取,料層厚度、機速等操作因素的影響,主要通過經驗修正體現。而冷卻機的配置中,冷卻面積、冷卻風機型號、數量的多變也是取風參數難以通過經驗把握的重要原因之一。

2 熱力系統設計

熱力系統的設計優化為近年來燒結余熱發電乃至整個低溫余熱發電領域技術研究的熱點之一。

從系統的整體設計上,經過針對孤立的燒結余熱發電系統,雙壓系統從單壓系統、閃蒸系統中脫穎而出,其優越性得到廣泛承認,已成為行業內的主流選擇。在雙壓系統的基礎上,目前已開展的研究主要針對熱力參數的優化問題。王學斌等在針對純低溫余熱發電系統的研究中指出,鍋爐入口煙溫、蒸汽壓力、鍋爐窄點溫差是影響系統效率的關鍵因素;王毅等對燒結余熱發電系統的主蒸汽參數進行優化計算后,認為主蒸汽壓力范圍為1.6~1.9MPa。目前,行業內項目設計中選擇的主蒸汽壓力多為1.6~2.4MPa,低壓蒸汽壓力多為0.3~0.5MPa。

經過調研和分析,對于項目的實際運行而言,雙壓系統的選擇相對重要,其效率的提高相對于單壓系統較為顯著,而雙壓系統的蒸汽壓力選擇對系統的影響有限,其原因主要為以下兩點:

(1)計算表明,對于同一系統,在低壓蒸汽壓力相同的情況下,主蒸汽壓力在1.6~2.4MPa內變化,對于系統整體發電量的影響較小,小于2%;

(2)余熱發電項目在實際運行中多采用滑參數方式,蒸汽運行壓力低于設計值0.2MPa以上的情況普遍存在且變化頻率較快,設計壓力的差異在實際運行中的影響被大大弱化。

3 燒結機作業率

燒結環冷機作業率是余熱發電運轉率的基礎,直接影響余熱回收效益。國內燒結機的設計作業率一般為90.4%,絕大部分燒結生產線能夠達到這一設計指標,大部分企業為95%左右。燒結機作業率對于余熱發電的影響,需要針對停機種類進一步討論。

燒結環冷機停機可分為故障停機和計劃停機兩種,通常情況下,故障停機為臨時停機,難以提前預測,出現頻率較高,單次停機時間較短;計劃停機可人為安排時間,出現次數較少但時間較長。對于燒結余熱發電而言,燒結機停機時間超過長度后,隨著蒸汽參數的下降,系統則需要被迫停機,根據操作習慣及水平的不同,此臨界時間一般為10~30min。燒結生產線可快速重新啟動,而發電機組停機后,重新啟動需要2小時以上。因此,即使對于相同的燒結機作業率,停機時間的具體組成仍可能造成發電系統運轉率的較大差異。

因此,建設余熱發電系統后,燒結生產在追求自身作業率的同時,還需要注意以下幾點:

(1)對于單爐單機系統而言,提高檢修效率、縮短故障停機時間較為重要。應盡可能將故障停機時間控制在臨界時間范圍內,減少發電系統起停次數。

(2)對于多爐一機系統,需做好計劃檢修安排,避免多條燒結機的計劃停機時間重疊,降低計劃停機對于機組運行的影響。

4 燒結生產穩定性

燒結環冷機生產的工藝特點,決定環冷機廢氣的參數一直處于波動變化之中。通過部分項目的運行記錄和現場測量,正常生產中,環冷機一段廢氣一天內的波動范圍一般為100℃以內,波動間隔多以分鐘計,無固定周期。正常情況下,余熱發電系統能夠適應以上范圍的波動。

當燒結生產中原料混勻、布料、燒結終點控制、燒結機排礦量、環冷機布料、布風等因素穩定性較差時,環冷機前段廢氣參數的波動情況將加劇,嚴重影響余熱發電的安全穩定運行。

此問題對于單爐單機項目具有大的現實意義,對項目的實際運行效益可能產生決定性影響。國內存在部分案例,燒結機作業率達標,廢氣平均溫度高于或接近設計值,但由于燒結生產穩定性差,環冷機廢氣溫度波動劇烈,導致機組頻繁停機,作業率低于15%,幾乎無法連續正常運行。而對于國內不同規模、不同企業性質的鋼鐵企業,燒結機作業率的差距不大,但生產穩定性體現企業多方面的綜合管理水平,差距相對較大,且往往容易被忽略。

5 余熱電站運行

國內已投運的燒結余熱發電項目中,余熱電站多由鋼鐵企業或節能服務企業兩者之一負責運行管理。運行管理人員中,骨干人員多由當地小型電廠或鋼鐵企業熱電廠招聘或抽調,電力院校應屆畢業生所占的比例較高,整體人員配置水平和電力行業存在差距,對于余熱發電的接觸時間也往往較短。但是,從行業反饋來看,運行人員的操作水平并非余熱電站運行中的關鍵問題,這是由于:

(1)目前行業內項目投運后的主要矛盾,仍為項目運行指標低于設計指標的矛盾。矛盾的主要原因在于項目設計、施工、燒結生產等環節,電站運行人員身處矛盾的解決者或補救者的身份。

(2)矛盾的解決過程中,即投運后發電能力的提升過程中,需要的并非對于發電系統運行穩定運行的認識,而是對于燒結生產和余熱發電之間關聯關系的認識。

燒結生產和余熱發電之間的關聯關系,一方面可從理論、數據分析得來,另一方面可從運行經驗歸納得來。加強行業內燒結余熱電站運行經驗的交流,仍是提高行業整體水平迫切需要的有效手段。

6 結論及建議

(1)燒結余熱發電技術發展迅速,但尚未完善,當前的研究中,關鍵的是對燒結礦在冷卻機上冷卻過程的模型研究,如何在模型中定量的引入料層厚度、機速、燒結礦溫、冷卻風量等生產運行參數對于廢氣流場分布的影響,是控制目前設計值偏離問題的關鍵。

(2)對于單爐單機項目,環冷機廢氣溫度的穩定性問題不容忽視,極易對項目的投運效果造成嚴重影響,鋼鐵企業需對燒結生產的綜合管理水平和停機時間統計給予足夠的重視。

(3)對于燒結生產和余熱發電之間的關聯關系的認識是余熱電站運行中需要積累提高的關鍵內容,和發電效益的提升關系緊密,行業內仍需加強運行經驗的交流。

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