1、引言

鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，能源消耗量約占全國(guó)工業(yè)總能耗的16%，廢水和固體廢棄物排放量分別占工業(yè)排放總量的15%和18%，是節(jié)能減排的重點(diǎn)行業(yè)。在鋼鐵企業(yè)中，燒結(jié)工序能耗僅次于煉鐵工序，占總能耗的10%~12%，節(jié)能潛力很大。在燒結(jié)工序總能耗中，有近50％的熱能以燒結(jié)機(jī)煙氣和冷卻機(jī)廢氣的形式排入大氣。由于燒結(jié)冷卻機(jī)廢氣為中低溫廢氣，溫度在150℃～450℃之間，且波動(dòng)范圍較大，加上此前余熱回收技術(shù)的局限，燒結(jié)余熱利用往往是投資高，效率低，投資回收周期長(zhǎng)，長(zhǎng)期以來(lái)得不到有效利用。隨著國(guó)內(nèi)燒結(jié)機(jī)面積不斷的擴(kuò)大，燒結(jié)礦生產(chǎn)效率越來(lái)越高，其在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣所攜帶的熱量已經(jīng)引起了人們的高度關(guān)注。國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)、制造的燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電機(jī)組也發(fā)展起來(lái)。

2、燒結(jié)余熱循環(huán)利用介紹

燒結(jié)余熱回收主要有兩部分：一是燒結(jié)機(jī)尾部廢氣余熱，二是熱燒結(jié)礦在冷卻前空冷時(shí)產(chǎn)生的廢氣余熱。這兩部分廢氣所含熱量約占燒結(jié)總耗能的50%，充分利用這部分熱量是提高燒結(jié)能源利用效率，顯著降低燒結(jié)工序能耗的途徑之一。

目前，國(guó)內(nèi)燒結(jié)廢氣余熱回收利用主要有三種方式：一是直接將廢煙氣經(jīng)過(guò)凈化后作為點(diǎn)火爐的助燃空氣或用于預(yù)熱混合料，以降低燃料消耗，這種方式較為簡(jiǎn)單，但余熱利用量有限，一般不超過(guò)煙氣量的10%；二是將廢煙氣通過(guò)熱管裝置或余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，并入全廠(chǎng)蒸汽管網(wǎng)，替代部分燃煤鍋爐；三是將余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽用于驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)組發(fā)電。

3、青島鋼鐵集團(tuán)2*240㎡燒結(jié)余熱發(fā)電工藝介紹

此次改造燒結(jié)余熱發(fā)電工程設(shè)計(jì)發(fā)電能力14000kW。由一臺(tái)30噸蒸汽量的雙壓余熱鍋爐和一臺(tái)15兆瓦補(bǔ)汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組成。具體工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1青島鋼鐵集團(tuán)煉鐵廠(chǎng)燒結(jié)余熱發(fā)電工藝流程圖

圖2青島鋼鐵集團(tuán)煉鐵廠(chǎng)燒結(jié)余熱余熱回收現(xiàn)場(chǎng)圖

通過(guò)引風(fēng)機(jī)將帶冷機(jī)1號(hào)、2號(hào)煙囪的煙氣引出，混合后進(jìn)入高效余熱鍋爐，加熱鍋爐內(nèi)的水產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽和低壓飽和蒸汽，供給汽輪機(jī)發(fā)電。但是在這個(gè)過(guò)程中引風(fēng)機(jī)排出煙氣溫度仍在150℃以上，這部分煙氣熱量也是可以再次循環(huán)利用的。此次燒結(jié)余熱發(fā)電配備循環(huán)風(fēng)機(jī)一臺(tái)，配套西安西瑪YPTKK630-6(10kV /1800kW)變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)一臺(tái)，啟動(dòng)方式采用變頻啟動(dòng)。引風(fēng)機(jī)排出的煙氣經(jīng)過(guò)三通擋板閥一部分排向大氣，一部分經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)增壓后返回環(huán)冷機(jī)風(fēng)池。既作為冷卻介質(zhì)冷卻燒結(jié)礦，同時(shí)提高環(huán)冷機(jī)排煙溫度。

燒結(jié)余熱發(fā)電是一項(xiàng)將燒結(jié)廢氣余熱資源轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Φ墓?jié)能技術(shù)。該技術(shù)不產(chǎn)生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其他有害氣體，能夠有效提高燒結(jié)工序的能源利用效率，平均每噸燒結(jié)礦產(chǎn)生的煙氣余熱回收可發(fā)電20kW·h，折合噸鋼綜合能耗可降低約8千克標(biāo)準(zhǔn)煤，從而促進(jìn)鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。

4、風(fēng)機(jī)負(fù)載節(jié)能分析

一般異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為：n1＝60f/p

而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與同步轉(zhuǎn)速n1存在一個(gè)滑差關(guān)系： n= n1（1-s）=60f/p（1-s）

由上式可以得到，改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)改變f、p、s可以達(dá)到。

針對(duì)某一電動(dòng)機(jī)而言p是一定的，而通過(guò)改變s進(jìn)行調(diào)速空間非常小，所以變頻調(diào)速通過(guò)改變定子供電頻率f來(lái)改變同步轉(zhuǎn)速是異步電動(dòng)機(jī)的最為合理的調(diào)速方法。

若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、平滑性較高、機(jī)械特性較硬的優(yōu)點(diǎn)，目前變頻調(diào)速已成為異步電動(dòng)機(jī)最主要的調(diào)速方式，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)流體力學(xué)相似定律： Q1/Q2＝n1/n2 輸出風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n成正比；

H1/H2＝(n1/n2)2輸出壓力H與轉(zhuǎn)速n2正比；

P1/P2＝(n1/n2)3輸出軸功率P與轉(zhuǎn)速n3正比。

當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量（水泵流量）需要改變時(shí)，如調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)（閥門(mén)）的開(kāi)度，則會(huì)使大量電能白白消耗在閥門(mén)及管路系統(tǒng)阻力上。如采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量（流量），可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調(diào)速時(shí)，當(dāng)風(fēng)機(jī)（水泵）低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，理論節(jié)電為：

E=〔1-( n′/n) 3〕×P×T (kW·h)

式中： n——額定轉(zhuǎn)速

n′—— 實(shí)際轉(zhuǎn)速

P——額定轉(zhuǎn)速時(shí)電機(jī)功率

T——工作時(shí)間

可見(jiàn)，通過(guò)變頻對(duì)風(fēng)機(jī)（水泵）進(jìn)行控制，不但節(jié)能而且大大提高了設(shè)備運(yùn)行性能。以上公式為變頻節(jié)能提供了充分的理論依據(jù)。

5、高壓變頻器選型及變頻調(diào)速方案

5.1變頻器選型

經(jīng)過(guò)大量的技術(shù)論證，并且對(duì)目前高壓變頻器市場(chǎng)充分考查后，選用了希望森蘭科技股份有限公司生產(chǎn)的SBH-100-1800高壓變頻器對(duì)循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻控制，不但節(jié)約能源而且大大提高了設(shè)備運(yùn)行性能。

  表1   循環(huán)風(fēng)機(jī)電機(jī)參數(shù)：

型號(hào)

YPTKK630-6

額定電壓

10000V

額定電流

126.5A

額定功率

1800kW

額定頻率

50Hz

額定轉(zhuǎn)速

990r/min

功率因數(shù)

0.86

生產(chǎn)廠(chǎng)家

泰豪沈陽(yáng)電機(jī)有限公司