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淺談影響燒結(jié)環(huán)冷機余熱發(fā)電的幾個因素

發(fā)布日期:2023-11-22 02:06:12 作者: 點擊:

燒結(jié)環(huán)冷機余熱發(fā)電技術(shù)自引進以來,經(jīng)過馬鋼、寶鋼等工程的示范,隨著國內(nèi)低溫余熱發(fā)電市場的形成,近年來發(fā)展迅猛,已在燒結(jié)行業(yè)得到大量推廣應用。技術(shù)研究領域,部分高校和節(jié)能服務企業(yè)針對國內(nèi)燒結(jié)礦冷卻工藝、裝備特點及余熱發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀,對燒結(jié)礦冷卻模型的建立、系統(tǒng)熱力參數(shù)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(nèi)大量項目已經(jīng)投運,鋼鐵企業(yè)和節(jié)能服務企業(yè)已經(jīng)就同類項目的運行積累了量的經(jīng)驗。但縱觀行業(yè)內(nèi)的整體情況,技術(shù)方面,燒結(jié)環(huán)冷機余熱發(fā)電技術(shù)的相關(guān)研究處于起步階段,系統(tǒng)設計的理論模型仍未系統(tǒng)化,有待深入研究;從燒結(jié)余熱發(fā)電項目的實際運行狀況看,余熱發(fā)電能力達到設計水平的項目為數(shù)不多,部分項目建成后甚至難以投運。行業(yè)的發(fā)展整體上處于粗放模式。

經(jīng)過近年來的發(fā)展,隨著行業(yè)的成熟,燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)在設計、運行等各方面存在的問題大多已浮出水面,業(yè)內(nèi)也已對于一些關(guān)鍵影響因素形成統(tǒng)一認識。作為燒結(jié)生產(chǎn)的附屬部分,從工藝原理上,燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)可分為煙風系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)兩個相對獨立的部分,從生產(chǎn)關(guān)系上,先后受到燒結(jié)生產(chǎn)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(huán)節(jié)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(tǒng)為燒結(jié)工藝和發(fā)電工藝之間的銜接單元,該系統(tǒng)以熱空氣為介質(zhì),從冷卻機內(nèi)燒結(jié)礦的冷卻過程中吸收熱量,在余熱鍋爐內(nèi)放熱,將熱量轉(zhuǎn)移到蒸汽動力循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)。以熱量的轉(zhuǎn)移效率為目標,現(xiàn)有技術(shù)形成了兩段取風、雙通道鍋爐、循環(huán)風等幾項主流技術(shù),目前的技術(shù)路線中,鍋爐端的換熱技術(shù)已較為成熟,目前的關(guān)鍵技術(shù)問題和研究主要集中在冷卻機端。

取熱技術(shù)研究的關(guān)鍵和基礎,在于燒結(jié)礦冷卻模型的研究。燒結(jié)礦在帶冷機或環(huán)冷機中的冷卻,屬于移動床非規(guī)則堆積顆粒氣固傳熱過程。董輝等對燒結(jié)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(jié)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(jié)礦冷卻過程的數(shù)值仿真,分別對燒結(jié)礦粒徑、冷卻風速、料層厚度、入口風溫等操作參數(shù)進行了優(yōu)化研究。由于其中涉及冷卻機的裝備及生產(chǎn)調(diào)整,其研究結(jié)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(shù)的選取屬現(xiàn)有技術(shù)中較為突出的設計問題,因取風參數(shù)選取過高而造成系統(tǒng)運行效率極差的項目為數(shù)不少。由于缺少換熱模型的支撐,業(yè)內(nèi)當前的項目設計中,冷卻機取風參數(shù)主要依靠熱平衡計算結(jié)合經(jīng)驗選取,料層厚度、機速等操作因素的影響,主要通過經(jīng)驗修正體現(xiàn)。而冷卻機的配置中,冷卻面積、冷卻風機型號、數(shù)量的多變也是取風參數(shù)難以通過經(jīng)驗把握的重要原因之一。

2 熱力系統(tǒng)設計

熱力系統(tǒng)的設計優(yōu)化為近年來燒結(jié)余熱發(fā)電乃至整個低溫余熱發(fā)電領域技術(shù)研究的熱點之一。

從系統(tǒng)的整體設計上,經(jīng)過針對孤立的燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng),雙壓系統(tǒng)從單壓系統(tǒng)、閃蒸系統(tǒng)中脫穎而出,其優(yōu)越性得到廣泛承認,已成為行業(yè)內(nèi)的主流選擇。在雙壓系統(tǒng)的基礎上,目前已開展的研究主要針對熱力參數(shù)的優(yōu)化問題。王學斌等在針對純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)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(tǒng)效率的關(guān)鍵因素;王毅等對燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的主蒸汽參數(shù)進行優(yōu)化計算后,認為主蒸汽壓力范圍為1.6~1.9MPa。目前,行業(yè)內(nèi)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(jīng)過調(diào)研和分析,對于項目的實際運行而言,雙壓系統(tǒng)的選擇相對重要,其效率的提高相對于單壓系統(tǒng)較為顯著,而雙壓系統(tǒng)的蒸汽壓力選擇對系統(tǒng)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(tǒng),在低壓蒸汽壓力相同的情況下,主蒸汽壓力在1.6~2.4MPa內(nèi)變化,對于系統(tǒng)整體發(fā)電量的影響較小,小于2%;

(2)余熱發(fā)電項目在實際運行中多采用滑參數(shù)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(jié)機作業(yè)率

燒結(jié)環(huán)冷機作業(yè)率是余熱發(fā)電運轉(zhuǎn)率的基礎,直接影響余熱回收效益。國內(nèi)燒結(jié)機的設計作業(yè)率一般為90.4%,絕大部分燒結(jié)生產(chǎn)線能夠達到這一設計指標,大部分企業(yè)為95%左右。燒結(jié)機作業(yè)率對于余熱發(fā)電的影響,需要針對停機種類進一步討論。

燒結(jié)環(huán)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(xiàn)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(xiàn)次數(shù)較少但時間較長。對于燒結(jié)余熱發(fā)電而言,燒結(jié)機停機時間超過長度后,隨著蒸汽參數(shù)的下降,系統(tǒng)則需要被迫停機,根據(jù)操作習慣及水平的不同,此臨界時間一般為10~30min。燒結(jié)生產(chǎn)線可快速重新啟動,而發(fā)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(jié)機作業(yè)率,停機時間的具體組成仍可能造成發(fā)電系統(tǒng)運轉(zhuǎn)率的較大差異。

因此,建設余熱發(fā)電系統(tǒng)后,燒結(jié)生產(chǎn)在追求自身作業(yè)率的同時,還需要注意以下幾點:

(1)對于單爐單機系統(tǒng)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(nèi),減少發(fā)電系統(tǒng)起停次數(shù)。

(2)對于多爐一機系統(tǒng),需做好計劃檢修安排,避免多條燒結(jié)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(jié)生產(chǎn)穩(wěn)定性

燒結(jié)環(huán)冷機生產(chǎn)的工藝特點,決定環(huán)冷機廢氣的參數(shù)一直處于波動變化之中。通過部分項目的運行記錄和現(xiàn)場測量,正常生產(chǎn)中,環(huán)冷機一段廢氣一天內(nèi)的波動范圍一般為100℃以內(nèi),波動間隔多以分鐘計,無固定周期。正常情況下,余熱發(fā)電系統(tǒng)能夠適應以上范圍的波動。

當燒結(jié)生產(chǎn)中原料混勻、布料、燒結(jié)終點控制、燒結(jié)機排礦量、環(huán)冷機布料、布風等因素穩(wěn)定性較差時,環(huán)冷機前段廢氣參數(shù)的波動情況將加劇,嚴重影響余熱發(fā)電的安全穩(wěn)定運行。

此問題對于單爐單機項目具有大的現(xiàn)實意義,對項目的實際運行效益可能產(chǎn)生決定性影響。國內(nèi)存在部分案例,燒結(jié)機作業(yè)率達標,廢氣平均溫度高于或接近設計值,但由于燒結(jié)生產(chǎn)穩(wěn)定性差,環(huán)冷機廢氣溫度波動劇烈,導致機組頻繁停機,作業(yè)率低于15%,幾乎無法連續(xù)正常運行。而對于國內(nèi)不同規(guī)模、不同企業(yè)性質(zhì)的鋼鐵企業(yè),燒結(jié)機作業(yè)率的差距不大,但生產(chǎn)穩(wěn)定性體現(xiàn)企業(yè)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(nèi)已投運的燒結(jié)余熱發(fā)電項目中,余熱電站多由鋼鐵企業(yè)或節(jié)能服務企業(yè)兩者之一負責運行管理。運行管理人員中,骨干人員多由當?shù)匦⌒碗姀S或鋼鐵企業(yè)熱電廠招聘或抽調(diào),電力院校應屆畢業(yè)生所占的比例較高,整體人員配置水平和電力行業(yè)存在差距,對于余熱發(fā)電的接觸時間也往往較短。但是,從行業(yè)反饋來看,運行人員的操作水平并非余熱電站運行中的關(guān)鍵問題,這是由于:

(1)目前行業(yè)內(nèi)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(jié)生產(chǎn)等環(huán)節(jié),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(fā)電能力的提升過程中,需要的并非對于發(fā)電系統(tǒng)運行穩(wěn)定運行的認識,而是對于燒結(jié)生產(chǎn)和余熱發(fā)電之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的認識。

燒結(jié)生產(chǎn)和余熱發(fā)電之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,一方面可從理論、數(shù)據(jù)分析得來,另一方面可從運行經(jīng)驗歸納得來。加強行業(yè)內(nèi)燒結(jié)余熱電站運行經(jīng)驗的交流,仍是提高行業(yè)整體水平迫切需要的有效手段。

6 結(jié)論及建議

(1)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展迅速,但尚未完善,當前的研究中,關(guān)鍵的是對燒結(jié)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(jié)礦溫、冷卻風量等生產(chǎn)運行參數(shù)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(guān)鍵。

(2)對于單爐單機項目,環(huán)冷機廢氣溫度的穩(wěn)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(yè)需對燒結(jié)生產(chǎn)的綜合管理水平和停機時間統(tǒng)計給予足夠的重視。

(3)對于燒結(jié)生產(chǎn)和余熱發(fā)電之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系的認識是余熱電站運行中需要積累提高的關(guān)鍵內(nèi)容,和發(fā)電效益的提升關(guān)系緊密,行業(yè)內(nèi)仍需加強運行經(jīng)驗的交流。

淺談影響燒結(jié)環(huán)冷機余熱發(fā)電的幾個因素



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