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1、引言

鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟重要基礎(chǔ)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(jié)能減排的重點行業(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)機煙氣和冷卻機廢氣的形式排入大氣。由于燒結(jié)冷卻機廢氣為中低溫廢氣，溫度在150℃～450℃之間，且波動范圍較大，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，長期以來得不到有效利用。隨著國內(nèi)燒結(jié)機面積不斷的擴大，燒結(jié)礦生產(chǎn)效率越來越高，其在冷卻過程中產(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(nèi)自主設(shè)計、制造的燒結(jié)機余熱發(fā)電機組也發(fā)展起來。

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)機尾部廢氣余熱，二是熱燒結(jié)礦在冷卻前空冷時產(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)過凈化后作為點火爐的助燃空氣或用于預(yù)熱混合料，以降低燃料消耗，這種方式較為簡單，但余熱利用量有限，一般不超過煙氣量的10%；二是將廢煙氣通過熱管裝置或余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，并入全廠蒸汽管網(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)動汽輪機組發(fā)電。

3、青島鋼鐵集團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。具體工藝流程見圖1。

圖1青島鋼鐵集團煉鐵廠燒結(jié)余熱發(fā)電工藝流程圖

圖2青島鋼鐵集團煉鐵廠燒結(jié)余熱余熱回收現(xiàn)場圖

通過引風(fēng)機將帶冷機1號、2號煙囪的煙氣引出，混合后進入高效余熱鍋爐，加熱鍋爐內(nèi)的水產(chǎn)生過熱蒸汽和低壓飽和蒸汽，供給汽輪機發(fā)電。但是在這個過程中引風(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(jié)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(diào)速三相異步電動機一臺，啟動方式采用變頻啟動。引風(fēng)機排出的煙氣經(jīng)過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(jié)礦，同時提高環(huán)冷機排煙溫度。

燒結(jié)余熱發(fā)電是一項將燒結(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8千克標準煤，從而促進鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降耗目標。

4、風(fēng)機負載節(jié)能分析

一般異步電動機的同步轉(zhuǎn)速為：n1＝60f/p

而異步電動機轉(zhuǎn)速n與同步轉(zhuǎn)速n1存在一個滑差關(guān)系： n= n1（1-s）=60f/p（1-s）

由上式可以得到，改變異步電動機的轉(zhuǎn)速可以通過改變f、p、s可以達到。

針對某一電動機而言p是一定的，而通過改變s進行調(diào)速空間非常小，所以變頻調(diào)速通過改變定子供電頻率f來改變同步轉(zhuǎn)速是異步電動機的最為合理的調(diào)速方法。

若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動機的同步轉(zhuǎn)速。異步電動機變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點，目前變頻調(diào)速已成為異步電動機最主要的調(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。

當風(fēng)機風(fēng)量（水泵流量）需要改變時，如調(diào)節(jié)風(fēng)門（閥門）的開度，則會使大量電能白白消耗在閥門及管路系統(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，當風(fēng)機（水泵）低于額定轉(zhuǎn)速時，理論節(jié)電為：

E=〔1-( n′/n) 3〕×P×T (kW·h)

式中： n——額定轉(zhuǎn)速

n′—— 實際轉(zhuǎn)速

P——額定轉(zhuǎn)速時電機功率

T——工作時間

可見，通過變頻對風(fēng)機（水泵）進行控制，不但節(jié)能而且大大提高了設(shè)備運行性能。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)過大量的技術(shù)論證，并且對目前高壓變頻器市場充分考查后，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)機進行變頻控制，不但節(jié)約能源而且大大提高了設(shè)備運行性能。

  表1   循環(huán)風(fēng)機電機參數(shù)：

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(zhuǎn)速

990r/min

功率因數(shù)

0.86

生產(chǎn)廠家

泰豪沈陽電機有限公司