煉鋼工序余熱發(fā)電主要包括轉爐汽化冷卻器飽和蒸汽發(fā)電、電爐煙氣余熱發(fā)電、加熱爐汽化冷卻器飽和蒸汽發(fā)電、加熱爐煙氣余熱發(fā)電等四種，這四種余熱形式可分別單獨發(fā)電，也可以分組合并發(fā)電。對于分組合并發(fā)電，能夠在降低投資的同時(shí)提高發(fā)電效率。

1.定義及征

(1)定義：在不影響煉鋼產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量，不降低工藝設備運轉率，不改變生產(chǎn)工藝流程、設備，不增加生產(chǎn)電耗和熱耗的前提下，將生產(chǎn)工藝過(guò)程中產(chǎn)生的飽和蒸汽、以及工藝設備排出的廢氣余熱轉化為電能的。

(2)特征：

煉鋼工序余熱發(fā)電發(fā)電除上述定義外也還同時(shí)有如下的特征：

a.根據工藝設備的生產(chǎn)、裝備、現場(chǎng)條件等因素，每套工藝設備可以單獨配套發(fā)電機組，也可以相互組合，充分利用各自余熱的點(diǎn)配套一臺發(fā)電機組;

b.由于轉爐周期性生產(chǎn)的點(diǎn)，轉爐汽化冷卻余熱鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽流量及壓力也隨著(zhù)轉爐生產(chǎn)而產(chǎn)生周期性的變化，因此必須設置較容量的蓄熱裝置，以保證蒸汽的連續穩定供給，保證汽輪發(fā)電機組的連續穩定運行;

c.電爐煙氣的特點(diǎn)是溫度且波動(dòng)頻繁、煙氣瞬時(shí)量大、粉塵濃度高，且有周期性的特點(diǎn)，電爐產(chǎn)生的煙氣溫度、流量也有周期性的變化，為適應這種周期性的生產(chǎn)模式，需要采用汽化冷卻煙道、燃燒沉降室、余熱鍋爐和蓄熱器相結合的方式，保證蒸汽的連續穩定供給。

d.轉爐汽化冷卻器和加熱爐汽化冷器產(chǎn)生的飽和蒸汽可經(jīng)汽水分離直接進(jìn)入汽輪機;或裝置燃氣過(guò)熱器，利用少量的煤氣燃燒進(jìn)行過(guò)熱、或利用加熱爐煙氣或燒結煙氣余熱過(guò)熱再進(jìn)入汽輪機，以提高發(fā)電效率及汽輪機使用壽命。

e.組合系統中余熱鍋爐給水系統采用各自獨立、互不影響的并聯(lián)系統;

2.系統構成

幾種工序過(guò)程的余熱發(fā)電系統主要區別在于蒸汽在進(jìn)入汽輪機前的過(guò)程，而進(jìn)入汽輪機的系統是完全一致的，主要有汽輪機及發(fā)電機組系統;電站循環(huán)冷卻水系統;電站化學(xué)水處理系統;站用電系統;電氣接入系統;電站動(dòng)控制系統;電站室外汽水管道系統;電站室外給水、排水、消防管網(wǎng)系統;以及為上述各系統配套土建、通訊、照明、環(huán)保、勞動(dòng)安全與衛生、消防、供暖等輔助系統。其不同的系統部分如下：

(1)轉爐余熱發(fā)電系統：轉爐余熱回收系統(汽化冷卻器系統);蓄熱系統;飽和蒸汽過(guò)熱系統。

(2)電爐余熱發(fā)電系統：汽化冷卻燃燒沉降系統;汽化冷卻煙道系統;汽化冷卻器系統;蓄熱系統;飽和蒸汽過(guò)熱系統。

(3)加熱爐余熱發(fā)電系統：

根據不同形式的加熱爐，加熱爐余熱發(fā)電系統一般分為兩種：一種是只利用加熱爐汽化冷卻器產(chǎn)生的飽和蒸汽進(jìn)行發(fā)電;另一種是將汽化冷卻器產(chǎn)生的飽和蒸汽與加熱爐煙氣余熱回收組合在一起進(jìn)行發(fā)電。系統構成：加熱爐余熱回收系統(汽化冷卻器);加熱爐煙氣余熱回收系統(余熱鍋爐);蒸汽過(guò)熱系統。

上述幾個(gè)系統可根據不同系統的蒸汽參數、設備運行情況相互組合，將可共用系統部分合并建設。

3.余熱發(fā)電系統解決方案

3.1轉爐余熱發(fā)電系統

(1)要點(diǎn)

煉鋼轉爐在吹煉過(guò)程中，產(chǎn)生大量的溫煙氣(1300℃以上)，為降低煙氣溫度、回收溫煙氣中的余熱，轉爐配套設置了煙道式汽化冷卻余熱鍋爐。余熱鍋爐由于受到轉爐吹煉時(shí)煙氣波動(dòng)的影響，在整個(gè)冶煉周期(～30min)內，只有吹煉期(～15min)才有飽和蒸汽產(chǎn)生，同時(shí)由于吹煉期煙氣量的急劇變化，余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽量也隨之急劇波動(dòng)。因此為保證汽輪機進(jìn)汽流量的連續性和穩定性，一般還設置蓄熱器系統。

轉爐在吹煉期內，轉爐產(chǎn)生的溫煙氣進(jìn)入汽化冷卻煙道，經(jīng)換熱產(chǎn)生1.0～1.6MPa的汽水混合物送入余熱鍋爐汽包，再經(jīng)汽包汽水分離送出飽和蒸汽，一部分蒸汽進(jìn)入蓄熱器內，通過(guò)內部充熱裝置噴入過(guò)冷水中，蒸汽將蓄熱器內的過(guò)冷水加熱同時(shí)冷凝成水，形成飽和水，使蓄熱器內水的焓值升，這樣就完成了蓄熱器的充熱過(guò)程;另一部分蒸汽經(jīng)調壓閥送入汽輪發(fā)電機房。轉爐在非吹煉期內，汽化冷卻余熱鍋爐不產(chǎn)生蒸汽，調壓閥前蒸汽壓力不斷下降，此時(shí)蓄熱器內壓下降，飽和水成為過(guò)熱水沸騰，產(chǎn)生飽和蒸汽，飽和蒸汽經(jīng)調壓閥送入汽輪發(fā)電機房。

由于飽和蒸汽對汽輪機使用壽命影響很大，雖然系統中采用了很多防范措施，但實(shí)際運行中仍不可避免造成汽輪機入口的蒸汽干度達不到0.995以上，因此使汽輪機葉片的使用壽命縮短;并且飽和蒸汽的發(fā)電效率低，汽耗率大，造成發(fā)電收入較低，投資周期長(cháng)。因此系統中還可以考慮增加了蒸汽過(guò)熱系統，既可以充分保證汽輪機使用壽命，也可以大幅度提發(fā)電，降低投資回收期。

(2)熱力系統

根據工廠(chǎng)體情況，轉爐余熱發(fā)電系統有如下兩種熱力系統，分別見(jiàn)：

圖3-1：轉爐飽和蒸汽發(fā)電熱力系統

圖3-2：轉爐過(guò)熱蒸汽發(fā)電熱力系統

3.2電爐余熱發(fā)電

(1)要點(diǎn)

根據電爐煙氣溫度的不同，煙氣余熱回收系統設置了不同的換熱面。在溫煙氣區設置了以輻射換熱為主的汽化冷卻燃燒沉降室、汽化冷卻煙道，在溫煙氣區設置了以對流換熱為主的余熱鍋爐。電爐煙氣從爐內第四孔抽出，經(jīng)水冷彎頭、水冷滑套、汽化冷卻燃燒沉降室、汽化冷卻煙道，溫度降至850℃左右;再經(jīng)余熱鍋爐煙氣降低到約200℃，與二次煙氣混合降溫，經(jīng)煙氣凈化系統除塵達標排人氣。

由于電爐生產(chǎn)運行的特點(diǎn)，決定了其發(fā)電系統與轉爐發(fā)電系統類(lèi)似，汽化冷卻裝置和余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽還需經(jīng)過(guò)蓄熱器蓄能，才能實(shí)現蒸汽穩定連續的供給。汽水系統流程：經(jīng)鍋爐給水泵供入余熱鍋爐的水加熱器加熱送入汽包;汽包下降管分為兩路：一路循環(huán)水由下降管經(jīng)熱水循環(huán)泵加壓進(jìn)入燃燒沉降室和冷卻煙道，通過(guò)與溫煙氣換熱，產(chǎn)生汽水混合物，再經(jīng)上升管返回汽包，組成了強制循環(huán)系統;另一路下降管進(jìn)入余熱鍋爐，經(jīng)余熱鍋爐吸收煙氣中的熱量，產(chǎn)生汽水混合物經(jīng)上升管返回汽包，組成了自然循環(huán)系統;汽水混合物在汽包汽水分離產(chǎn)生出蒸汽，送至蓄熱器，通過(guò)蓄熱器產(chǎn)生連續穩定的蒸汽進(jìn)入發(fā)電系統。

(2)熱力系統

根據工廠(chǎng)大體情況，電爐余熱發(fā)電系統有如下兩種熱力系統，分別見(jiàn)：

圖3-3：電爐飽和蒸汽發(fā)電熱力系統

圖3-4：電爐過(guò)熱蒸汽發(fā)電熱力系統

3.3加熱爐余熱發(fā)電

(1)要點(diǎn)

加熱爐余熱資源分為兩部分：一部分是加熱爐采用汽化冷卻器進(jìn)行冷卻，被加熱的汽水混合物進(jìn)入汽包進(jìn)行汽分離產(chǎn)生壓飽和蒸汽;另一部分是非蓄熱器加熱爐尾部煙道空氣預熱器出口的煙氣余熱。由于加熱爐的生產(chǎn)方式為連續運行，因此這兩部余熱資源也比較穩定。

由于加熱爐汽化冷卻器產(chǎn)生的飽和蒸汽一般流量比較少，很少單獨利用，所以基本上都是將蒸汽并網(wǎng)利用;對于加熱爐煙氣余熱可根據流量、溫度結合汽化冷卻器產(chǎn)生的飽和蒸汽建設一套小型汽輪發(fā)電機組。根據不同的參數情況，發(fā)電系統可采用單壓或雙壓系統。

(2)熱力系統

根據工廠(chǎng)體情況，加熱爐余熱發(fā)電系統有如下兩種熱力系統，分別見(jiàn)：

圖3-5：加熱爐單壓余熱發(fā)電熱力系統

圖3-6：加熱爐雙壓余熱發(fā)電熱力系統

3.4組合式余熱發(fā)電系統

所謂組合式余熱發(fā)電系統就將上述三種工藝設備的余熱資源在一定范圍內組合在一起，進(jìn)行綜合利用的發(fā)電系統。這種系統的特點(diǎn)如下：

(1)在現場(chǎng)條件允許的情況下，余熱電站總投資較低;

(2)可根據不同工藝的特點(diǎn)，合理的選取工藝參數和流程，提高綜合發(fā)電效率;

(3)對工藝生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的波動(dòng)，余熱電站適應范圍更大，保證發(fā)電系統的穩定運，并可保證主機設備的使用壽命，提電站的平均發(fā)電功率。

多臺設備多種工藝的余熱發(fā)電系統舉例如下：

圖3-7：兩臺轉爐和兩臺加熱爐余熱發(fā)電熱力系統

圖3-8：煉鋼區域余熱發(fā)電熱力系統

4.特點(diǎn)

針對煉鋼工序余熱資源的點(diǎn)，其發(fā)電主要特點(diǎn)：

(1)充分回收煉鋼工序中不同的余熱資源并將其轉化為電能;

(2)不影響煉鋼工序的正常生產(chǎn)，也不影響鋼廠(chǎng)生產(chǎn)、生活用蒸汽;

(3)如果裝置燃氣蒸汽過(guò)熱器，利用少量的煤氣燃燒對飽和蒸汽進(jìn)行過(guò)熱(或利用加熱爐煙氣或燒結煙氣余熱過(guò)熱)，除可以提高余熱發(fā)電能力外，為調整控制蒸汽參數(溫度、壓力)造了條件，更可以保證汽輪機使用壽命;

5.典型指標

由于各鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)煉鋼工序汽化冷卻器產(chǎn)生的飽和蒸汽參數不同及生產(chǎn)、生活用蒸汽量不同，使用于發(fā)電的蒸汽量及蒸汽參數也不相同，因此，對于煉鋼工序余熱發(fā)電不能確定典型指標，但可根據蒸汽參數確定每噸蒸汽的發(fā)電能力,見(jiàn)下表：

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