1、引言
鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟重要基礎產(chǎn)業(yè)，能源消耗量約占全國工業(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%，是節能減排的重點(diǎn)行業(yè)。在鋼鐵企業(yè)中，燒結工序能耗僅次于煉鐵工序，占總能耗的10%~12%，節能潛力很大。在燒結工序總能耗中，有近50％的熱能以燒結機煙氣和冷卻機廢氣的形式排入大氣。由于燒結冷卻機廢氣為中低溫廢氣，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，燒結余熱利用往往是投資高，效率低，投資回收周期長(cháng)，長(cháng)期以來(lái)得不到有效利用。隨著(zhù)國內燒結機面積不斷的擴大，燒結礦生產(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。國內自主設計、制造的燒結機余熱發(fā)電機組也發(fā)展起來(lái)。
2、燒結余熱循環(huán)利用介紹
燒結余熱回收主要有兩部分：一是燒結機尾部廢氣余熱，二是熱燒結礦在冷卻前空冷時(shí)產(chǎn)生的廢氣余熱。這兩部分廢氣所含熱量約占燒結總耗能的50%，充分利用這部分熱量是提高燒結能源利用效率，顯著(zhù)降低燒結工序能耗的途徑之一。
目前，國內燒結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)生蒸汽用于驅動(dòng)汽輪機組發(fā)電。
3、青島鋼鐵集團2*240㎡燒結余熱發(fā)電工藝介紹
此次改造燒結余熱發(fā)電工程設計發(fā)電能力14000kW。由一臺30噸蒸汽量的雙壓余熱鍋爐和一臺15兆瓦補汽凝汽式汽輪發(fā)電機組成。具體工藝流程見(jiàn)圖1。
圖1青島鋼鐵集團煉鐵廠(chǎng)燒結余熱發(fā)電工藝流程圖
圖2青島鋼鐵集團煉鐵廠(chǎng)燒結余熱余熱回收現場(chǎng)圖
通過(guò)引風(fēng)機將帶冷機1號、2號煙囪的煙氣引出，混合后進(jìn)入高效余熱鍋爐，加熱鍋爐內的水產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽和低壓飽和蒸汽，供給汽輪機發(fā)電。但是在這個(gè)過(guò)程中引風(fēng)機排出煙氣溫度仍在150℃以上，這部分煙氣熱量也是可以再次循環(huán)利用的。此次燒結余熱發(fā)電配備循環(huán)風(fēng)機一臺，配套西安西瑪YPTKK630-6(10kV /1800kW)變頻調速三相異步電動(dòng)機一臺，啟動(dòng)方式采用變頻啟動(dòng)。引風(fēng)機排出的煙氣經(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)機增壓后返回環(huán)冷機風(fēng)池。既作為冷卻介質(zhì)冷卻燒結礦，同時(shí)提高環(huán)冷機排煙溫度。
燒結余熱發(fā)電是一項將燒結廢氣余熱資源轉變?yōu)殡娏Φ墓澞芗夹g(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，能夠有效提高燒結工序的能源利用效率，平均每噸燒結礦產(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8千克標準煤，從而促進(jìn)鋼鐵企業(yè)實(shí)現節能降耗目標。
4、風(fēng)機負載節能分析
一般異步電動(dòng)機的同步轉速為：n1＝60f/p
而異步電動(dòng)機轉速n與同步轉速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)機的轉速可以通過(guò)改變f、p、s可以達到。
針對某一電動(dòng)機而言p是一定的，而通過(guò)改變s進(jìn)行調速空間非常小，所以變頻調速通過(guò)改變定子供電頻率f來(lái)改變同步轉速是異步電動(dòng)機的最為合理的調速方法。
若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動(dòng)機的同步轉速。異步電動(dòng)機變頻調速具有調速范圍寬、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點(diǎn)，目前變頻調速已成為異步電動(dòng)機最主要的調速方式，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應用。
根據流體力學(xué)相似定律： Q1/Q2＝n1/n2 輸出風(fēng)量Q與轉速n成正比；
H1/H2＝(n1/n2)2輸出壓力H與轉速n2正比；
P1/P2＝(n1/n2)3輸出軸功率P與轉速n3正比。
當風(fēng)機風(fēng)量（水泵流量）需要改變時(shí)，如調節風(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)及管路系統阻力上。如采用變頻調速調節風(fēng)量（流量），可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調速時(shí)，當風(fēng)機（水泵）低于額定轉速時(shí)，理論節電為：
E=〔1-( n′/n) 3〕×P×T (kW·h)
式中： n——額定轉速
n′—— 實(shí)際轉速
P——額定轉速時(shí)電機功率
T——工作時(shí)間
可見(jiàn)，通過(guò)變頻對風(fēng)機（水泵）進(jìn)行控制，不但節能而且大大提高了設備運行性能。以上公式為變頻節能提供了充分的理論依據。
5、高壓變頻器選型及變頻調速方案
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高壓變頻器對循環(huán)風(fēng)機進(jìn)行變頻控制，不但節約能源而且大大提高了設備運行性能。
表1 循環(huán)風(fēng)機電機參數：
型號 | YPTKK630-6 | 額定電壓 | 10000V | 額定電流 | 126.5A |
額定功率 | 1800kW | 額定頻率 | 50Hz | 額定轉速 | 990r/min |
功率因數 | 0.86 | ||||
生產(chǎn)廠(chǎng)家 | 泰豪沈陽(yáng)電機有限公司 | ||||
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