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摘 要：烧结冷却机余热发电技术是利用烧结冷却机中低温的废气通过余热锅炉产生蒸汽，来推动汽轮机组做功发电。文章对工业余热资源进行了概述，对钢铁行业烧结冷却机余热发电工艺和方案进行了总结和分析，从而更好的节约能源，有利于环境保护。
关键词：钢铁行业；烧结冷却机；余热发电
1 工业余热资源概述
余热资源本质上是一种二次能源，是一次能源或者是可燃物料经过转换之后得到的产物，亦或者燃料在实际燃烧过程中所产生的热量在实现某一工艺之后所剩余的热量。依据余热资源温度品位来进行划分，通常可以将工业余热划分为600℃以上的高温余热，300～600℃之间的中温余热以及300℃以下的低温余热3种类型；依据余熱资源的来源进行划分，可以将工业余热分为烟气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、化学反应热、高温产品以及炉渣余热、可燃废气和废料余热等。纵然余热资源的来源十分广泛，温度范围也相对较广，同时以多种形式存在。不过单纯从余热资源的利用角度来看，其具备如下共同点：因为工艺生产过程具备一定的周期性、间断性，且生产过程相对较为波动，这就使得余热量相对来说并不稳定；同时，余热介质的性质相对较为恶劣，例如烟气中就包含的而又大量的粉尘以及腐蚀性的物质成分；此外，余热利用装置容易受到场地、原生产等现有条件的限制。因此，工业余热资源利用系统或设备运行环境相对恶劣，要求有宽且稳定的运行范围，能适应多变的生产工艺要求，设备部件可靠性高，初期投入成本高，从经济性出发，需要结合工艺生产进行系统整体的设计布置，综合利用能量，以提高余热利用系统设备的效率。
2 钢铁行业余热发电工艺
以烧结鼓风冷却机为例。目前钢铁行业烧结矿的冷却方式大多采用鼓风冷卻方式，根据占地方式不同，有带式冷却机和环式冷却机两种。烧结鼓风冷却机规模按冷却机面积有190m2、280m2、336m2、400m2、435m2、460m2等系列。烧结鼓风冷却机工作原理为：赤热的烧结矿石从烧结机进入冷却机时的温度高达650～750℃，在烧结机中反应完成的矿石经过破碎，移送至冷却机，并形成一定厚度的填充层。填充层一面向前移动，一面被从下部各段鼓风机送入的空气逐次冷却，当冷却至120～150℃时，排出冷却机向高炉输送。与烧结矿石进行热交换的空气，通过在冷却器上方各段设置的烟罩烟囱排出。排出的废气度在300～400℃左右，其中还含有一定数量的矿物粉尘。该部分废气温度相对较高，废气排量大，有较强的余热利用价值。这些高温废气在引风机的抽力下进入余热锅炉，余热锅炉带动汽轮机从而带动发电机进行发电。
余热发电系统设备主要由余热锅炉（简称AQC炉）、汽轮发电机、除氧器、凝汽器、冷却水塔、化学水处理设备、电气设备、生产监控设备及各种泵类和管道组成，除尘系统、风动系统等设备组成。
3 热力工艺系统方案
3.1 余热发电技术主要采用的三种热力系统
对于纯低温余热发电，目前已普遍采用的有以下几种热力循环系统：
（1）单压系统：采用单级进汽汽轮机及单压余热锅炉的单压不补汽系统。
（2）闪蒸系统：采用补汽式汽轮机的符合闪蒸单级补汽系统，余热锅炉生产主蒸汽同时生产高温热水，高温热水再降压蒸发出二次蒸汽后，二次蒸汽补入汽轮机。
（3）双压系统：采用补汽式汽轮机的双压单级补汽系统，余热锅炉生产两个不同压力的蒸汽，一为主蒸汽，另一个为低压补汽。
3.2 系统蒸汽参数的选取与发电能力比较
（1）对于单压系统，随着主蒸汽压力的升高，其对应的饱和温度也升高，由于节点温差的存在，锅炉排烟温度也升高，使其利用的热量减少，主蒸汽产量减少；相反，随着蒸汽压力的降低，其对应的饱和温度也降低，锅炉排烟温度降低，其利用的热量增多，主蒸汽产量会增加。但如果工质压力太低，因为等熵焓降显著减少，造成工质循环热效率下降，起单位发电能力减少，当压力降到一定值时，系统总的发电能力反而开始降低。由于废气余热不能得以充分利用，相应影响发电能力。
（2）在双压技术中，可以在主蒸汽压力较高的前提下，也就是在工质循环热效率较高的情况下，保证较低的排气温度。双压系统可使相对高温热源（230～350℃烟气）产生较高参数的蒸汽，使相对低温热源（100～230℃烟气）产生较低参数的蒸汽，使能量分布优化，系统充分吸收低参数热量，发出更多的电能。
（3）复合闪蒸单级补汽系统，发电能力处于中等，是由于废气经余热锅炉生产主蒸汽后，再经省煤器加热段生产高温热水，生产出的热水一部分作为余热锅炉蒸发段的给水，余下的高温热水经过闪蒸器生产出低压饱和蒸汽，低压饱和蒸汽补进汽轮机发电，闪蒸器的出水混合汽轮机的凝结水作为锅炉的给水，由于闪蒸汽的出水温度为闪蒸器所产蒸汽压力下对应的饱和温度，一般闪蒸器低压蒸汽压力：0.4MPa，但由于闪蒸器的出水焓未能转换为电能，降低了系统的发电能力，但由于有闪蒸出的蒸汽补进汽轮机，所以发电能力介于前两系统之间。因此，在相同的条件下，单压、双压、闪蒸三种系统中，双压系统发电能力是最高的。
4 总结
对于低温余热电站工程，综合来看双压系统、补进系统热能利用率高、发电量大，而且全部设备可实现国产化，每千瓦投资也较为经济。采取烟气再循环技术，不但能提高余热锅炉主蒸汽参数，且锅炉无废气排放大气，无大气污染，投资回报较好，社会效益显著。节能降耗已成为钢铁冶金企业提高竞争力的重要途径。烧结冷却机低温余热发电技术必将在我国钢铁工业的节能降耗方面做出突出的贡献，同时带动整个行业乃至相关行业的技术创新水平上一个新台阶。
参考文献
[1]徐树伟等.钢铁企业烧结余热发电技术发展探讨[J].工业锅炉，2010（05）.
[2]贾勇，胡攀.济钢烧结余热回收的现状与前景[J].南方金属，2011（01）.
[3]陆萍.烧结低温烟气余热发电技术应用分析[J].现代冶金，2009（01）.
[4]董胜明.工业余热ORC发电系统应用研究[D].天津大学，2014.
（作者单位：唐山钢铁国际工程技术股份有限公司）
关键词：钢铁行业；烧结冷却机；余热发电
1 工业余热资源概述
余热资源本质上是一种二次能源，是一次能源或者是可燃物料经过转换之后得到的产物，亦或者燃料在实际燃烧过程中所产生的热量在实现某一工艺之后所剩余的热量。依据余热资源温度品位来进行划分，通常可以将工业余热划分为600℃以上的高温余热，300～600℃之间的中温余热以及300℃以下的低温余热3种类型；依据余熱资源的来源进行划分，可以将工业余热分为烟气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、化学反应热、高温产品以及炉渣余热、可燃废气和废料余热等。纵然余热资源的来源十分广泛，温度范围也相对较广，同时以多种形式存在。不过单纯从余热资源的利用角度来看，其具备如下共同点：因为工艺生产过程具备一定的周期性、间断性，且生产过程相对较为波动，这就使得余热量相对来说并不稳定；同时，余热介质的性质相对较为恶劣，例如烟气中就包含的而又大量的粉尘以及腐蚀性的物质成分；此外，余热利用装置容易受到场地、原生产等现有条件的限制。因此，工业余热资源利用系统或设备运行环境相对恶劣，要求有宽且稳定的运行范围，能适应多变的生产工艺要求，设备部件可靠性高，初期投入成本高，从经济性出发，需要结合工艺生产进行系统整体的设计布置，综合利用能量，以提高余热利用系统设备的效率。
2 钢铁行业余热发电工艺
以烧结鼓风冷却机为例。目前钢铁行业烧结矿的冷却方式大多采用鼓风冷卻方式，根据占地方式不同，有带式冷却机和环式冷却机两种。烧结鼓风冷却机规模按冷却机面积有190m2、280m2、336m2、400m2、435m2、460m2等系列。烧结鼓风冷却机工作原理为：赤热的烧结矿石从烧结机进入冷却机时的温度高达650～750℃，在烧结机中反应完成的矿石经过破碎，移送至冷却机，并形成一定厚度的填充层。填充层一面向前移动，一面被从下部各段鼓风机送入的空气逐次冷却，当冷却至120～150℃时，排出冷却机向高炉输送。与烧结矿石进行热交换的空气，通过在冷却器上方各段设置的烟罩烟囱排出。排出的废气度在300～400℃左右，其中还含有一定数量的矿物粉尘。该部分废气温度相对较高，废气排量大，有较强的余热利用价值。这些高温废气在引风机的抽力下进入余热锅炉，余热锅炉带动汽轮机从而带动发电机进行发电。
余热发电系统设备主要由余热锅炉（简称AQC炉）、汽轮发电机、除氧器、凝汽器、冷却水塔、化学水处理设备、电气设备、生产监控设备及各种泵类和管道组成，除尘系统、风动系统等设备组成。
3 热力工艺系统方案
3.1 余热发电技术主要采用的三种热力系统
对于纯低温余热发电，目前已普遍采用的有以下几种热力循环系统：
（1）单压系统：采用单级进汽汽轮机及单压余热锅炉的单压不补汽系统。
（2）闪蒸系统：采用补汽式汽轮机的符合闪蒸单级补汽系统，余热锅炉生产主蒸汽同时生产高温热水，高温热水再降压蒸发出二次蒸汽后，二次蒸汽补入汽轮机。
（3）双压系统：采用补汽式汽轮机的双压单级补汽系统，余热锅炉生产两个不同压力的蒸汽，一为主蒸汽，另一个为低压补汽。
3.2 系统蒸汽参数的选取与发电能力比较
（1）对于单压系统，随着主蒸汽压力的升高，其对应的饱和温度也升高，由于节点温差的存在，锅炉排烟温度也升高，使其利用的热量减少，主蒸汽产量减少；相反，随着蒸汽压力的降低，其对应的饱和温度也降低，锅炉排烟温度降低，其利用的热量增多，主蒸汽产量会增加。但如果工质压力太低，因为等熵焓降显著减少，造成工质循环热效率下降，起单位发电能力减少，当压力降到一定值时，系统总的发电能力反而开始降低。由于废气余热不能得以充分利用，相应影响发电能力。
（2）在双压技术中，可以在主蒸汽压力较高的前提下，也就是在工质循环热效率较高的情况下，保证较低的排气温度。双压系统可使相对高温热源（230～350℃烟气）产生较高参数的蒸汽，使相对低温热源（100～230℃烟气）产生较低参数的蒸汽，使能量分布优化，系统充分吸收低参数热量，发出更多的电能。
（3）复合闪蒸单级补汽系统，发电能力处于中等，是由于废气经余热锅炉生产主蒸汽后，再经省煤器加热段生产高温热水，生产出的热水一部分作为余热锅炉蒸发段的给水，余下的高温热水经过闪蒸器生产出低压饱和蒸汽，低压饱和蒸汽补进汽轮机发电，闪蒸器的出水混合汽轮机的凝结水作为锅炉的给水，由于闪蒸汽的出水温度为闪蒸器所产蒸汽压力下对应的饱和温度，一般闪蒸器低压蒸汽压力：0.4MPa，但由于闪蒸器的出水焓未能转换为电能，降低了系统的发电能力，但由于有闪蒸出的蒸汽补进汽轮机，所以发电能力介于前两系统之间。因此，在相同的条件下，单压、双压、闪蒸三种系统中，双压系统发电能力是最高的。
4 总结
对于低温余热电站工程，综合来看双压系统、补进系统热能利用率高、发电量大，而且全部设备可实现国产化，每千瓦投资也较为经济。采取烟气再循环技术，不但能提高余热锅炉主蒸汽参数，且锅炉无废气排放大气，无大气污染，投资回报较好，社会效益显著。节能降耗已成为钢铁冶金企业提高竞争力的重要途径。烧结冷却机低温余热发电技术必将在我国钢铁工业的节能降耗方面做出突出的贡献，同时带动整个行业乃至相关行业的技术创新水平上一个新台阶。
参考文献
[1]徐树伟等.钢铁企业烧结余热发电技术发展探讨[J].工业锅炉，2010（05）.
[2]贾勇，胡攀.济钢烧结余热回收的现状与前景[J].南方金属，2011（01）.
[3]陆萍.烧结低温烟气余热发电技术应用分析[J].现代冶金，2009（01）.
[4]董胜明.工业余热ORC发电系统应用研究[D].天津大学，2014.
（作者单位：唐山钢铁国际工程技术股份有限公司）