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1、钢铁企业烧结余热发电技术绪论1.1研究背景1.1.1 钢铁工业烧结余热能源现状钢铁生产过程中消耗了大量的资源、能源，因此随着钢铁产量的增长，能源消耗总量也持续上升。在所有钢铁生产流程中，烧结工序能耗所占比例较高，一般约占总能耗的10%。降低烧结工序能耗对于促进钢铁工业节能减排，提高企业综合产能具有十分重大的意义。2005 年我国重点大中型钢铁企业烧结工序能耗平均值为64.82kgce/t，因为2006 年国家将电力折标煤系数从0.404kgce/kWh 调整到0.1229kgce/kWh，因此，2006 年以后烧结工序能耗出现大幅度下降的现象。到2009 年，我国重点大中型钢铁企业烧结工序能耗
2、首次降低到55kgce/t 以下，2010 年则在此基础上更进一步，达到52.65kgce/t。2005 2010 年我国重点大中型钢铁企业烧结工序能耗变化及对比情况如图1.1 所示1。图1.1 “十一五”期间我国重点大中型钢铁企业烧结工序能耗钢铁工业烧结余热发电是一项将烧结废气余热能源转变为电能的余热回收利用技术，该技术不需要消耗一次能源，不产生额外的废气、废渣、粉尘以及其它有害气体，降低了钢铁企业对环境的粉尘污染和热污染，具有较大的经济效益、环境效益和社会效益。但该技术目前面临余热回收设备投资较大，余热能源的回收率较低等问题。国外先进钢铁企业二次能源的回收率一般在90%以上，而国内的大多数
3、钢铁企业回收率只有30%50%，比国外先进钢铁企业落后约50个百分点，可见国内钢铁企业余热能源回收利用潜力巨大。1.1.2 钢铁工业余热回收利用概况钢铁工业烧结余热回收主要有两部分：一部分是烧结机尾部废气余热，另一部分是热烧结矿在冷却机前段空冷时产生的废气余热。这两部分废气所含热量约占烧结总能耗的50%，充分利用这部分热量是提高烧结工艺的效率，显著降低烧结工序能耗的途径之一2。目前，国内烧结废气余热回收利用主要有三种方式：一是直接将废烟气经过净化后作为点火炉的助燃空气或用于预热混合料，以降低燃料消耗，这种方式较为简单，但余热利用量有限，一般不超过烟气量的10%；二是将废烟气通过余热锅炉或热管装
4、置产生蒸汽，并入全厂蒸汽管网，替代部分燃煤锅炉；三是将余热锅炉产生蒸汽用于驱动汽轮机组发电。从实现能源梯级利用的高效性和经济性角度来看，最为有效的余热利用途径是余热发电，对烧结矿产生的烟气余热回收，平均每吨可发电20kWh，折合每吨钢综合能耗可降低8千克标准煤。我国烧结余热发电机组按余热锅炉形式分为四种，即：单压余热发电技术、双压余热发电技术、闪蒸余热发电技术和带补燃余热发电技术。近年，纯低温余热发电技术已在建材等行业得到了广泛应用，特别是随着双压、闪蒸发电技术和补汽凝汽式汽轮机技术获得突破，大大提高了余热回收效率，为钢铁企业烧结余热发电技术的推广创造了条件。1.2烧结余热发电技术国内外研究现
5、状在余热发电技术的研发应用方面，日本、德国等发达国家钢铁工业发展较早，特别是日本由于自然资源缺乏，尤为重视，各种余热发电技术均走在世界领先水平，相比较而言，我国钢铁工业起步较晚。新日本炼铁八幅炼铁厂的第一号烧结装置，1979年开始运行，从烧结冷却机排烟（约350）获得250、约4.9MPa的高温高压热水送往热水透平发电，能量的回收效果是3988kW/h, 每吨烧结矿的电力回收量达到3.5kW3。日本新日铁君津烧结机和歌山烧结机的余热电站也是运行较早的烧结余热电站，并形成了区域余热发电的雏形，运行效果较好。2004年9月，马鞍山钢铁股份有限公司第二炼铁厂建设了我国烧结行业第一套余热发电系统，并且
6、于2005年9月实现并网发电。该系统从日本引进，采用“两炉带一机”的模式，开我国烧结余热发电之先河4。2009年12月，工业和信息化部发布了钢铁企业烧结余热发电技术推广实施方案，该方案准备从2010至2012年，在全国重点大中型钢铁企业的80余台烧结机上推广烧结余热发电技术，计划将钢铁行业的烧结余热发电比例提高到20%，实现节约近160万t标准煤，进一步降低钢铁企业生产成本， 提高综合竞争力。方案中指出，2009年底，全国已建成10套烧结余热发电机组，共涉及19台烧结机，烧结机面积共4849m2。烧结余热发电技术在国内的应用也不断地成熟，全套设备实现国产化，建设投资得到了有效压缩和控制。对已实
7、施烧结余热发电技术的钢铁企业进行考察发现，投产的发电机组面临的普遍问题是无法达到设计负荷。其中既有实际生产工况和设计参考值偏差较大的问题，也有与正常烧结生产产生矛盾冲突的问题。经过近段时期的发展以及技术不断的成熟和完善，截止到2010年底，据不完全统计，全国钢铁企业已建成烧结余热发电机组27套，涉及到23家钢铁企业的53台烧结机，总烧结面积14370m2，发电机组总装机容量484MW。其中烧结余热发电工作较为突出的钢铁企业包括马钢、唐钢、济钢、太钢、湘钢等。综上所述，由于烧结余热发电还存在很多问题，且回收率较低，因此应对现有余热发电系统进行分析，提出新的改进措施，从而提高余热资源回收率及机组的
8、发电功率，从而尽早实施烧结余热发电工程，与企业实现互利共赢。1.3烧结余热发电研究意义余热发电是当前提高二次能源利用率，节约能源的一项有效措施。冶炼过程中产生的低温烟气，将其热能通过余热锅炉产生蒸汽再带动汽轮发电机组进行发电，能有效提高二次能源的综合利用率，最大程度的节约能源、降低企业生产成本，推动企业经济快速发展。其研究意义在于：第一，余热发电工程的实施，可有效降低企业的烧结矿生产成本，提高企业的市场竞争力，为企业产生良好的效益。烧结纯低温余热发电项目由于能将废气中的热能转化为电能，有效减少烧结矿生产过程中的能源消耗，具有显著的节能效果。第二，整个发电工艺过程不需要任何一次能源，在回收大量对
9、空排放造成环境热污染的废气余热的同时，所建余热发电工程不对环境造成任何污染，这对于减少CO2 的排放量、减少温室效应、保护生态环境起着积极的作用。因此，钢铁企业大力发展和推广余热发电技术是遵循国家钢铁产业发展政策、符合当前可持续发展要求、实现循环经济的重要手段；是促进钢铁产业技术升级和结构调整，提高环境保护和资源综合利用水平的有效途径。我国钢铁工业余热发电技术的应用起步较晚，但发展迅速，虽然在推广过程中仍存在一些障碍，但在国家提倡节能减排的总体形势下，充分利用余热资源进行发电，目前已逐步成为钢铁工业余热资源发展利用的一个主流方向。作为我国节能减排潜力最大的行业，我们有理由相信钢铁工业余热发电技术的发展将拥有更广阔的发展空间，同时在我国钢铁工业能源结构中发挥重要作用。1.4研究内容本课题将通过分别分析烧结余热发电双压系统、单压系统、闪蒸系统和补燃系统四种余热发电系统的热力学和经济性计算，选择并设计对于钢铁企业，热力特性最好、污染最少、经济性最佳的烧结余热发电方案。最后该研究将对当前技术条件下烧结余热发电技术应用亟待解决的难点进行分析，提出具体优化方案，合理设计余热发电流程，以获得最好的经济及环境效益。9