刘相伯 宋宇

【摘  要】近些年来，我国大力推进节能减排工作，政府大力推进绿色能源的使用，因此各种各样的节能减排技术如雨后春笋般出现，烧结主抽风机汽电双施技术就是其中一种。本文以烧结主抽风机汽电双施技术为分析对象，首先介绍了工程背景，接着详细阐述的设计方案，分别从机炉选型、装机方案、余热条件及主要参数进行了介绍，再接着详细分析的工艺系统和主机设备规范，分别分析了烟风系统、主蒸汽系统、给水系统、循环水系统、凝结水系统等各种不同的系统以及各种各样不同的规范，最后介绍了节能减排的效应，以便使该技术可以得到广泛推广，减少不必要的损耗。

【关键词】节能减排;烧结主抽风机汽电双拖技术;设备系统

前言

在烧结生产总能耗中，环冷机废气带走的热量约占总热量的20%～28%，故回收环冷机废气所带走的热量已经成为烧结工艺节能的一个重要环节，对企业节能增效，降低成本起重大的作用。烧结余热利用技术的应用可将烧结环冷机一、二段风箱排出的高温烟气作为余热锅炉的热源进行回收，从而提高钢铁企业能源利用率，节约了大量的能源，项目的经济效益十分可观。

汽电双拖技术是将烧结余热产生的废热通过余热锅炉产生蒸汽，再通过汽轮机转换为机械能，通过变速离合器与烧结主抽风机联接，与电动机同轴驱动烧结主抽风机，向烧结工序提供所需的风量和压力，使驱动烧结主抽风机的电动机降低电流而节能。

汽电双拖机组是烧结余热能量回收与电动机联合驱动烧结主抽风机的新型能量回收机组，具体由烧结余热汽轮机、变速离合器、烧结主抽风机、同步电动机组成。

汽电双拖技术是实现稳定拖动设备的一项新节能技术，它将钢铁企业烧结余热回收的能量直接作用的烧结主抽风机轴系上，通过降低电机动电流而达到节能的目的。与以往传统的烧结余热发电技术相比较，省去了先由热能转为电能，再转换为机械能之间能源重复损失，大大提高余热能量回收的效率;同时，汽轮拖动机组将原有的庞大系统简化合并，取消原发电机组厂房，减少了发电机及其配电系统，合并了自控系统、润滑油系统、动力油系统等，在实现系统功能的情况下，最大程度的节省了项目投资及运行成本。

1.工程背景及概况

为积极响应国家节能减排和“双碳”政策，高效利用余热资源，满足企业持续发展需要，提高自发电率，减少环境污染，东北特殊钢集团高炉易地大修项目原料烧结工程配套建设一台265 m2烧结环冷余热产蒸汽加发包方外补蒸汽配套蒸汽拖动主抽系统，并为该系统配套建设总图运输、管网、电力、自动化、仪表、给排水、计量、通信、土建、热力等公辅设施的设计、供货、施工、带负荷联动试车等全部工程建设。

2.设计方案

2.1机炉选型

本工程热力系统的设计遵守“温度对口、梯级利用”的原则，将环冷机一段和二段高温段的热烟气引入余热锅炉，在余热锅炉进行热交换后，生产的高参数过热蒸汽，作为主蒸汽进入汽轮拖动机主蒸汽入口，低参数过热蒸汽做为补汽送入汽轮拖动机补汽入口。为提高烧结环冷机的一段和二段热烟气温度，烟气采用再循环方式，即余热锅炉出口烟气再回到环冷机下部风箱。设置一台变频调速控制的再循环风机，余热锅炉运行时，再循环风机工作，环冷机1号送风机出口阀门闭合，余热系统漏风由环冷机2号风机补充。余热系统停止工作时，再循环风机停止，环冷机1号送风机出口阀门开启，烧结环冷系统正常工作。

根据环冷机高温一、二段热风量，通过计算确定高参数产汽为33/h，低参数产汽为7/h。锅炉采用双压自除氧系统，除氧系统不需要外来热源，锅炉系统给水温度设定在38℃。余热锅炉就近布置在环冷机旁，露天布置（带防雨棚、避雷、和防腐蚀的措施）。

烧结主抽风机功率由电动机及汽轮机输出功率共同组成，当锅炉启机时，电动机输出功率为主抽风机全部功率，当汽轮机转数达到3000r/min时，变速离合器自动投入工作，汽轮机输出功率拖动风机，当锅炉或汽机事故或需检修时，变速离合器自动断开，同步电机正常工作，不影响主抽风机工作。

综上，本工程拟定环冷机余热锅炉锅炉采用立式、双流程、双压自除氧系统的余热锅炉;汽轮机采用补汽凝汽式汽轮机组。

2.2装机方案

本工程1台33/7 t/h的烧结环冷机余热锅炉，所产蒸汽全部进入汽轮机进行拖动，机组采用补汽凝汽式汽轮机。考虑蒸汽网损后机组最大可带功率约7500kW。配置变速离合器，汽轮机转数3000r/min，主抽风机电动机转数1000r/min，变速离合器速比为3000/1000。全年运行时间按7920h計算。

2.3余热条件及主要参数

烧结余热发电所利用的环冷机热风资源原始设计参数如下：

3.工艺系统

3.1烟风系统

本余热锅炉为双压自然循环锅炉，适用于烧结环冷机排气烟气的余热回收。锅炉采用双烟道供风系统，烟气分高低温两个通道进入锅炉，高温烟气经部分高压受热面换热后，烟温降至与低温烟气相当，两股烟气混合再与其余的受热面换热，充分利用烟气的不同品质，实现烟气的梯级利用。并且提高过热蒸汽的温度;更能充分利用烟气各能级的热能，降低排烟温度，提高烟气余热的利用率。

烟道由以下部分组成：环冷机一、二段烟罩出口到余热锅炉的入口烟道。余热锅炉出口到循环风机入口烟道。循环风机出口烟道至环冷机下部风箱的回风管道。各烟道采用焊接钢管，根据烟道的所在的部位和工作条件，在外侧采用了不同的钢制加筋结构，以承受锅炉正常运行时烟气的内压和冲击。内侧采用了内撑杆形式，并在烟气流动方向采用防磨角钢保护内撑杆磨损，保证烟道不塌陷。

在环冷机上罩出口烟道和锅炉入口烟道上，为了减少管道热胀冷缩对设备的影响，接口处设有膨胀节。在管道固定支架之间设有膨胀节，用以吸收锅炉运行时管道产生的位移量。

3.2主蒸汽系统

余热锅炉出来的高参数过热蒸汽送至汽轮机主进汽口，低参数过热蒸汽送至汽轮机补汽口。主蒸汽管道采用20号钢材质的锅炉用无缝钢管。

3.3给水系统

来自凝结水泵38℃的凝结水作为锅炉的给水，锅炉给水经锅炉水预热器进入低参数锅筒上部的除氧头，低参数锅筒同时作为除氧器水箱使用，在低参数锅筒上部装有除氧头，除氧头与低参数锅筒直接相连，兼除氧作用。低参数锅筒内炉水在维持低参数蒸发器正常运行的同时，将低参数给水通过给水泵经高参数省煤器加热后送至高参数锅筒。锅筒内的水经下降管导入蒸发器。然后被加热为汽水混合物再进入锅筒，高参数锅筒上部的蒸汽经过汽水分离装置后成为干蒸汽，然后被管道导入过热器被加热为高参数过热蒸汽。给水泵采用变频控制，便于水位调节。

3.4循环水系统

凝汽器、油冷器的冷却水采用循环水，循环水由冷却塔冷却。循环水泵布置在循环水泵站内。循环水经循环水泵进入汽机凝汽器，再由凝汽器出口送至机力通风冷却塔冷却。

由于夏季循环水温过高，油冷器的冷却水需考虑用补充新水冷却，设切换阀门和管道。

3.5凝结水系统

汽轮机的排汽经凝汽器冷却成凝结水后自凝汽器热井排出，凝汽器热井引出的凝结水经凝结水泵升压进入汽封加热器，加热器出口分两路，一路经管网至环冷机余热锅炉凝结水加热器;另一路采用电动调节阀引入凝汽器上部，在启动、低负荷时用于冷却蒸汽和主汽门前来的疏水，并保证机组在启动和低负荷工况下水泵的安全运行。设2台凝结水泵，一用一备。凝汽器热井水位与凝结水管道旁路电动调节阀进行联锁，保证正常工况下热井水位。

3.6凝汽器抽真空系统

设置两台射水抽气器和一个射水箱，两台射水泵，一运一备。

3.7主抽风机汽电双拖油系统

三机同轴设备油系统采用组合油箱供油方式，即润滑油系统、调节油系统，包括各类油泵等均采用组合一体式，同时供风机、电机、变速离合器及汽轮机用油，根据规范要求，润滑油系统布置于位于厂房固定端的独立润滑油站内。

配备1台移动式滤油机，室内设补充油箱。

3.8磷酸盐加药系统

锅炉设一套磷酸盐加药装置。配置1套一罐三泵式炉水加药装置，锅炉的中低压汽包具有独立加药泵。

3.9取样系统

余热锅炉设一套手动取样装置。

3.10排污系统

锅炉设置排污扩容器1台，锅炉的连续排污、定期排污、启动疏水均排入排污扩容器，扩容后的污水排入地沟。

3.11疏水系统

主抽风机室内的疏水排至地沟。

3.12压缩空气系统

本工程所需的压缩空气量由烧结厂统一考虑。压缩空气供锅炉等设备检修及循环水处理间用气。

3.13厂区管网

余热锅炉与主抽风机室的管道，都是通过厂区管网连接的。主要包括主凝结水管道、高、低参数过热蒸汽管道、压缩空气管道、化学水管道等。厂区管道架空敷设。

3.14化学水系统

本工程化学水处理补给水水源拟采用厂区合格除盐水，由厂区来的除盐水直接送入中间水箱，然后由除盐水泵送至锅炉低压省煤器入口。

3.2主机设备规范

3.2.1环冷机余热锅炉

环冷机一冷段烟气量：215000 Nm3/h 温度：400℃

环冷机二冷段烟气量：215000 Nm3/h 温度：300℃

锅炉总漏风：2%

锅炉出口烟气温度：140℃

锅炉高参数蒸汽量：33t/h

锅炉高参数蒸汽压力：1.5MPa

锅炉高参数蒸汽温度：340℃

锅炉低参数蒸汽蒸发量：7t/h

锅炉低参数蒸汽压力：0.45MPa

锅炉低参数蒸汽温度：200℃

给水温度：38℃

数量：1台

3.2.2循环风机

流量：730000 m3/h

风压：6500 Pa

温度：140℃

功率：2000kW  10kV  IP54

数量：1台

3.2.3汽轮机

型式：补汽凝汽式工业汽轮机

额定功率：7500 kW

主汽进汽量：33 t/h

主汽压力：1.3 MPa（a）

进汽温度：330℃

补汽进汽量：7 t/h

补汽压力：0.3 MPa（a）

补汽温度：190℃

排汽压力：0.007 MPa（a）

转数：3000 r/min

数量：1台

3.2.4变速离合器

额定功率：7500 kW

转数比：3000/1000

数量：1台

3.2.5电动机（同步）

额定功率：7700kW

转数比：1000r/min

数量：1台

3.2.6主抽风机

进气流量：21500 m3/min

进气温度：最高200℃，正常130℃，最低80℃

工作转速：1000r/min

3.3主厂房布置

汽电双拖设备布置于烧结主抽风机室，厂房大小为42米X18米，纵向为2个9米跨，横向为5跨，從左至右分别为1个8米跨，3个9米跨及1个7米跨，依次布置烧结主抽风机、双出轴电机、变速离合器、汽轮机，根据最新规范要求，在固定端设置封闭润滑油站，为汽电双拖系统及主抽风机及电机系统供回油，在一端设有检修场地，供厂房内设备检修使用，主抽风机室内设置一台32/5t吊钩桥式起重机。

汽电双拖机组及电机和主抽风机采用同轴布置，其中电机为双出轴，轴中心标高为5米，离合器中心偏心距为0.71米。主厂房运转层以上的隔墙应采用耐火极限不低于1.0h的材料砌筑，运转层以下的隔墙的耐火极限不应低于3h。并在主厂房的端部设大门，可满足厂房的防火疏散要求。本地区地震烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，所属的地震分组为第一组，根据发包方提供的初步勘察报告所显示建筑场地类别为II类，故本工程按抗震设防烈度为7度。

3.4电气系统

汽拖系统一路10kV电源引自烧结高配，余热循环风机高压变频器一路10kV电源引自烧结高配。

汽拖系统相关电气设备（高低压柜、变频起动系统、控制柜等）均安装在主电除尘变电所。该变电所距主抽风机室直线距离约20米。

余热锅炉系统的高压变频、低压柜安装在余热配电室。

主抽风机变频起动，余热再循环风机变频运行。

3.5热工控制

热工控制系统控制内容包括烧结环冷机余热锅炉、汽电双拖和水泵站系统等，根据汽拖项目的运行及管理特点，本项目采用DCS控制系统对整个系统进行监视和控制。在烧结主电除尘下方设置汽拖系统控制室和电子设备间，汽拖控制室内用于布置工程师站及操作员站等，所有控制内容通过控制室内操作站实现;电子设备间内布置DCS系统控制柜，汽机调速控制柜等。在余热锅炉配电室内设置DCS分站，锅炉部分检测信号送至DCS分站内，分站与主站之间采用光纤通讯方式进行连接。

水泵站控制系统与汽拖系统主站之间采用光纤通讯方式进行数据传输。

汽电双拖系统的控制系统与烧结主控制系统之间预留通讯接口，通过通讯方式进行数据传输。

4.节能减排效益

本项目建成后，机组年运行小时7920h，按设计工况，汽轮拖动系统年节约电当量可达5940万千瓦时，年节约标煤量约1.49万吨，每年减少二氧化碳排放3.91万吨。

5.结语

汽电双拖技术将传统余热发电改为汽电双拖拖动烧结主抽风机，通过主抽风机电动机降低电流而节能，简化了能源的转化过程，提高了余热利用效率;在技术上成熟可靠，在倡导可持续发展的今天，汽电双驱技术切实响应了国家节能降耗的政策，项目投资回收期短，节能效果非常显著，目前该项目已进入建设收尾阶段，该项目的投产运行必将为企业实现能量的综合利用，为企业发展带来丰厚的效益。

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