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有如下的特征：

a.根據(jù)工藝設備的生產(chǎn)、裝備、現(xiàn)場條件等因素，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配套一臺發(fā)電機組;

b.由于轉爐周期性生產(chǎn)的點，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(xù)穩(wěn)定供給，保證汽輪發(fā)電機組的連續(xù)穩(wěn)定運行;

c.電爐煙氣的特點是溫度且波動頻繁、煙氣瞬時量大、粉塵濃度高，且有周期性的特點，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(xù)穩(wěn)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)汽水分離直接進入汽輪機;或裝置燃氣過熱器，利用少量的煤氣燃燒進行過熱、或利用加熱爐煙氣或燒結煙氣余熱過熱再進入汽輪機，以提高發(fā)電效率及汽輪機使用壽命。

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

2.系統(tǒng)構成

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

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

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

(3)加熱爐余熱發(fā)電系統(tǒng)：

根據(jù)不同形式的加熱爐，加熱爐余熱發(fā)電系統(tǒng)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行發(fā)電。系統(tǒng)構成：加熱爐余熱回收系統(tǒng)(汽化冷卻器);加熱爐煙氣余熱回收系統(tǒng)(余熱鍋爐);蒸汽過熱系統(tǒng)。

上述幾個系統(tǒng)可根據(jù)不同系統(tǒng)的蒸汽參數(shù)、設備運行情況相互組合，將可共用系統(tǒng)部分合并建設。

3.余熱發(fā)電系統(tǒng)解決方案

3.1轉爐余熱發(fā)電系統(tǒng)

(1)要點

煉鋼轉爐在吹煉過程中，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煙氣波動的影響，在整個冶煉周期(～30min)內(nèi)，只有吹煉期(～15min)才有飽和蒸汽產(chǎn)生，同時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。因此為保證汽輪機進汽流量的連續(xù)性和穩(wěn)定性，一般還設置蓄熱器系統(tǒng)。

轉爐在吹煉期內(nèi)，轉爐產(chǎn)生的溫煙氣進入汽化冷卻煙道，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，一部分蒸汽進入蓄熱器內(nèi)，通過內(nèi)部充熱裝置噴入過冷水中，蒸汽將蓄熱器內(nèi)的過冷水加熱同時冷凝成水，形成飽和水，使蓄熱器內(nèi)水的焓值升，這樣就完成了蓄熱器的充熱過程;另一部分蒸汽經(jīng)調(diào)壓閥送入汽輪發(fā)電機房。轉爐在非吹煉期內(nèi)，汽化冷卻余熱鍋爐不產(chǎn)生蒸汽，調(diào)壓閥前蒸汽壓力不斷下降，此時蓄熱器內(nèi)壓下降，飽和水成為過熱水沸騰，產(chǎn)生飽和蒸汽，飽和蒸汽經(jīng)調(diào)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(tǒng)中采用了很多防范措施，但實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。因此系統(tǒng)中還可以考慮增加了蒸汽過熱系統(tǒng)，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(tǒng)

根據(jù)工廠體情況，轉爐余熱發(fā)電系統(tǒng)有如下兩種熱力系統(tǒng)，分別見：

圖3-1：轉爐飽和蒸汽發(fā)電熱力系統(tǒng)

圖3-2：轉爐過熱蒸汽發(fā)電熱力系統(tǒng)

3.2電爐余熱發(fā)電

(1)要點

根據(jù)電爐煙氣溫度的不同，煙氣余熱回收系統(tǒng)設置了不同的換熱面。在溫煙氣區(qū)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(qū)設置了以對流換熱為主的余熱鍋爐。電爐煙氣從爐內(nèi)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(tǒng)除塵達標排人氣。

由于電爐生產(chǎn)運行的特點，決定了其發(fā)電系統(tǒng)與轉爐發(fā)電系統(tǒng)類似，汽化冷卻裝置和余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽還需經(jīng)過蓄熱器蓄能，才能實現(xiàn)蒸汽穩(wěn)定連續(xù)的供給。汽水系統(tǒng)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)泵加壓進入燃燒沉降室和冷卻煙道，通過與溫煙氣換熱，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(tǒng);另一路下降管進入余熱鍋爐，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(tǒng);汽水混合物在汽包汽水分離產(chǎn)生出蒸汽，送至蓄熱器，通過蓄熱器產(chǎn)生連續(xù)穩(wěn)定的蒸汽進入發(fā)電系統(tǒng)。

(2)熱力系統(tǒng)

根據(jù)工廠大體情況，電爐余熱發(fā)電系統(tǒng)有如下兩種熱力系統(tǒng)，分別見：

圖3-3：電爐飽和蒸汽發(fā)電熱力系統(tǒng)

圖3-4：電爐過熱蒸汽發(fā)電熱力系統(tǒng)

3.3加熱爐余熱發(fā)電

(1)要點

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行冷卻，被加熱的汽水混合物進入汽包進行汽分離產(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(xù)運行，因此這兩部余熱資源也比較穩(wěn)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(jù)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(jù)不同的參數(shù)情況，發(fā)電系統(tǒng)可采用單壓或雙壓系統(tǒng)。

(2)熱力系統(tǒng)

根據(jù)工廠體情況，加熱爐余熱發(fā)電系統(tǒng)有如下兩種熱力系統(tǒng)，分別見：

圖3-5：加熱爐單壓余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)

圖3-6：加熱爐雙壓余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)

3.4組合式余熱發(fā)電系統(tǒng)

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

(1)在現(xiàn)場條件允許的情況下，余熱電站總投資較低;

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

(3)對工藝生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的波動，余熱電站適應范圍更大，保證發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)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(tǒng)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(tǒng)

圖3-8：煉鋼區(qū)域余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)

4.特點

針對煉鋼工序余熱資源的點，其發(fā)電主要特點：

(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)，也不影響鋼廠生產(chǎn)、生活用蒸汽;

(3)如果裝置燃氣蒸汽過熱器，利用少量的煤氣燃燒對飽和蒸汽進行過熱(或利用加熱爐煙氣或燒結煙氣余熱過熱)，除可以提高余熱發(fā)電能力外，為調(diào)整控制蒸汽參數(shù)(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(shù)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(shù)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(jù)蒸汽參數(shù)確定每噸蒸汽的發(fā)電能力,見下表：

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