[发明专利]一种梯级利用钢厂余热产生蒸汽进行发电的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁行业烧结工艺余热利用领域，特别是一种梯级利用烧结机尾烟气及冷却机烟气热量，即通过利用烧结机尾烟气中的预热器预热汽轮机的凝结水、冷却机余热锅炉加热产生中温蒸汽，烧结机机尾烟气过热器进一步加热中温蒸汽来产生高温蒸汽进行发电的方法及其所用的装置。

背景技术

钢铁行业是能源消耗最大的产业部门之一，而烧结工序能耗约占钢铁生产过程中总能耗的10％，仅次于炼铁工序，位居第二。烧结过程中余热资源主要由两部分组成：来自冷却机的烧结矿显热即冷却废气和来自于烧结机的烧结废气显热即烧结废气。冷却废气的温度随着冷却方式和冷却机部位的不同在100～450℃之间变化(给矿处最高，卸矿处最低)，其显热占烧结总热耗的30％左右。当烧结过程进行到最后，烧结烟气温度明显上升，机尾风箱排出的废气可达300～400℃，含氧量可达18～20％，这部分烧结废气显热约占烧结总热耗的20％。因此这两部分余热量数量很大，回收这两部分热量既能降低生产成本又能产生环保效果。

由于冷却废气大部分由空气组成，经过除尘器进行除尘后，几乎没有腐蚀性气体和杂质，所以国内很多烧结厂都利用高温冷却废气，进入余热锅炉产生蒸汽，但是由于这部分废气温度和流量不是非常高，所以进入余热锅炉后产生的蒸汽过热度低，品质不高，而且蒸汽流量不大，如果用这部分蒸汽发电，由于蒸汽的做功能力差，发电的汽耗高，发电出力低，经济性差，如果并入管网由于蒸汽的品质差，也会影响到经济性。而烧结机尾的300～400℃烧结烟气，由于烟气的数量较小，而且品质较低，且成份比较复杂，其中含有SO_x、NO_X及粉尘等杂质，直接影响回收这部分热量，所以国内很多烧结厂没有利用这一部分热量，而直接与低温烧结废气混合通过大烟道直接排放，既浪费热能又污染环境。即使采用了烧结余热锅炉回收了这部分热量，但是增添了烧结烟气余热锅炉，使设备成本增加，工艺复杂，而且由于其中会有SO_x、NO_X等腐蚀性气体，必会产生低温腐蚀，据有关文献报道，一台余热锅炉低温受热面发生低温腐蚀后，低温腐蚀处的针肋由φ6腐蚀成φ1.5，电站锅炉发生低温腐蚀后也会使空气预热器的寿命缩短到4～5年，而且发生低温腐蚀后还会引起堵灰，使烟气阻力剧增(可增加1～2倍以上)，使风机过载，限制了锅炉出力和缩短运行周期，甚至被迫停炉，腐蚀严重则造成管子穿孔，工质泄漏，所以发生低温腐蚀严重地影响了余热锅炉运行的安全性和经济性。上述烧结余热利用过程中所产生的蒸汽量达不到汽轮机发电的要求，只能进入蒸汽管网进行供热，在采暖季节这部分热量还能得到利用，但是在非采暖季节这部分热量基本上放散，从而造成了严重的能量浪费，如果能充分利用烧结烟气余热和冷却机烟气余热产生足够的高品质蒸汽，并进入汽轮机中用于发电，将会彻底解决上述能量放散的问题，可以降低厂用电率，降低烧结能耗，节能效果显著，由于烧结废气所携带的显热很大，而且是连续排放，所以可供回收的热量也相当可观。

有的烧结企业采用了在烧结机尾处设置余热锅炉，利用烧结机尾的高温烟气来产生蒸汽，产生的蒸汽与冷却机余热余热锅炉产生的蒸汽进行合并，合并后的蒸汽，由于蒸汽的质与量均能达到发电的要求，所以合并后的这部分蒸汽进入汽轮发电机进行发电。这种方法虽然利用了烧结机尾的烟气余热，并产生蒸汽进行了余热发电，但是也存在以下缺陷：

(1)烧结机尾高温段的烟气量一般较冷却机余热锅炉的烟气量较少，所以设置单独余热锅炉使得结构复杂，成本增加。

(2)烧结机尾的烟气的温度和流量与冷却机产生烟气相比都不一样，烧结机尾余热锅炉产生的蒸汽和冷却机余热锅炉产生的蒸汽的参数很难保证一致，而且烧结工艺也是一个动态的过程，所产生的蒸汽的参数会有一定的波动。这样当两股蒸汽相并的时候，由于其蒸汽参数很难保证一致，所以在并汽的过程中势必会影响到余热利用的经济性和安全性。

如果利用这部分热量分别预热热凝汽式汽轮机的凝结水，提高冷却机余热锅炉的给水温度，和加热冷却机余热锅炉的出口蒸汽，以提高整个烧结余热利用系统所产生蒸汽的参数和流量，从而提高汽轮机的发电量或供给热用户更高品质的蒸汽，可以大大降低钢铁企业的生产成本，而且又使在利用的过程中做到烟气余热的梯级利用，产生显著的经济效益和环保效果。因此充分利用这部分烧结废气显热来提高余热锅炉的产生蒸汽的质量和数量，并且将这些蒸汽进入汽轮发电机进行发电有着很大的前景。

发明内容