烧结余热发电技术工艺原理及控制系统浅析

烧结余热发电技术工艺原理及控制系统浅析

摘要：余热发电是利用强制循环余热锅炉回收废气余热，生产中压饱和蒸汽，

配套饱和蒸汽汽轮机组、发电机组抽汽供热，实现热、电联产的技术，它能最大

限度地提高余热蒸汽利用效率。其中，烧结机余热发电回收利用的是钢厂烧结机

所产生的冶炼烟气余热。

关键词：余热发电；冗余控制；锅炉

随着我国经济建设的不断发展和科学技术的不断进步，我国工业建设迅猛发展，钢铁、煤炭作为国民经济发展的基础产业，也迎来了黄金发展期，与此同时，各相关产业发展也突飞猛进。其中，烧结余热发电领域的发展尤为瞩目，而烧结

余热发电技术又以烧结余热技术为主要的发展方向。烧结余热发电技术是直接利

用烧结矿排放的中低温烟气进行余热回收发电，无需消耗燃料，发电过程不再产

生任何二次污染，是一种经济效益可观、清洁环保的绿色发电技术，具有广阔的

发展前景。

一、概述

在钢铁生产过程中，烧结工序的能耗约占总能耗的10%，仅次于炼铁工序，

位居整个工序的第二。在烧结工序总能耗中，有近50%的热能以烧结烟气和冷却

机废气的显热形式排入大气。由于烧结冷却机废气的温度不高，仅150℃-450℃，加上受以往余热回收技术的局限，余热回收项目往往被钢铁行业给忽略了。

烧结余热回收是降低烧结工序能耗、提高能源利用效率的重要途径。基本原

理为：烧结矿在带冷机或环冷机上是通过鼓风进行冷却，由底部鼓入的冷风在穿

过热烧结矿层时被加热，成为高温废气。将这些高温的废气通过引风机引入锅炉，加热锅炉内的水产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机转动带动发电机发电。

烧结余热发电工艺流程由三部分组成：烟气回收及循环系统、锅炉系统、汽

轮机及发电机系统。烟气回收系统主要由烟囱、烟气引出管、烟气流量控制阀和

烟筒的遮断阀构成，其主要功能是利用循环风机产生的负压将带冷机烟罩内温度

较高的烟气引到锅炉内，同时避免外界的冷风进入锅炉。锅炉系统是余热回收的

核心，在锅炉受热面上，高温烟气将热量逐级传递给受热面内的水生成蒸汽。汽

轮机及发电机系统将蒸汽携带的能量转化成电能，最终完成余热能向电能的转化。

二、烧结机余热发电工艺原理

1、烟气循环。烧结机所产生的烟气分为高低烟温段，它们共同进入余热锅炉

烟道口，并且通过高功率循环风机强制循环，其中低压汽包被加热，产生蒸汽。

当高低段烟道阀门打开时，烟气就进入锅炉烟道口，同时烟囱也随之关闭，旁路

烟道关闭，补冷风口根据烟气温度自行调节其开度。环冷机的出口电动阀打开，

循环风机的风流进入环冷机内，代替环冷风机风流，使得烧结工序能正常运行。

2、中压水循环。中压锅筒给水是指来自汽机房的凝结水经过低压除氧器处理后，由中压给水泵打入中压锅筒。中压给水调节中最为重要的是给水三冲量调节，三冲量包括汽包水位、给水流量、主蒸汽流量。给水三冲量调节中，给水流量的

准确度直接影响到调节的准确和稳定度。因此要进行三冲量的调节，给水流量和

蒸汽流量以及水位的校验非常重要。当主蒸汽温度达到一定值时，需要打开减温

水调节阀来冷却中压减温汽，降低蒸汽温度，使之符合进入汽机的蒸汽温度要求。

3、低压水循环。低压汽包给水是指来自汽机房的凝结水经过除氧器处理后进

入低压汽包。对于低压汽包给水，可以进行两冲量或单冲量调节，具体方式可根

据现场情况而定。低压汽包水位相对于中压汽包水位较为稳定，受干扰的程度较

小。

4、汽机油系统。油系统对于汽轮机是相当重要的，一旦油系统出问题将直接影响汽机正常的运作，严重时甚至会导致轴瓦烧毁，使系统整体瘫痪。汽机油系统主要由高压油泵、直流油泵、交流油泵来实现油路的循环。当主油泵出口油压低时，启动高压油泵。润滑油压低时，启动直流和交流油泵。

三、分散集中控制系统

控制方式主要采用炉、机、电集中控制，即锅炉、汽轮机组、发电机组、循环水系统、给水系统等分别能在中央控制室内集中控制。中央控制室能集中控制机组启动、运行、停机和事故处理。就地控制柜分别分布在各个锅炉的就地控制室内，就地控制室能对本锅炉系统进行操作控制。当锅炉机组进行大修或设备调试时，就地控制较为方便，这体现了分散集中的原理。分散集中控制系统的功能覆盖了数据采集和处理系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）和事件顺序记录（SOE）。

以下以某钢厂四炉一机工程为例，详细介绍集中分散控制系统。本工程余热锅炉主要系统参数为：额定蒸发量22t/9t，额定蒸汽温度340℃/226℃，额定蒸汽压力1.96MPa/0.6MPa，锅筒工作压力2.16MPa，给水温度40℃，排烟温度146℃。

1、系统网络构架

如图所示，该工程每台锅炉都有一个就地控制室，每个锅炉控制室内都有一套锅炉控制系统能控制本锅炉的运行；4台锅炉的控制都能经过光纤环网到达中央控制室内，由中央控制室的操作人员进行操作控制。锅炉每套控制系统的主站和从站都是通过冗余通讯来连接的。其中任何一路通讯有问题都不会影响锅炉系统的正常运行，这就保证了系统运行的安全可靠性。项目各主机设备、参数控制亦是如此。

1、锅炉

（1）给水泵。给水泵出口母管压力＜2.1MPa，启动备用给水泵；正在运行中的给水泵发生故障，启动备用给水泵。

（2）锅筒压力。低压锅筒压力＞0.85MPa时，报压力高报警并且开不凝汽排汽电动阀；低压集汽箱压力＞0.75MPa时，报压力高报警并且开低压集汽箱排汽电动阀；中压集汽箱压力＞2.4MPa时，报压力高报警并且开中压集汽箱排汽电动阀。

（3）当低压汽包水位＞300mm或＜-300mm时停炉，同时启动1#、2#环冷风机。打开环冷风机出口插板阀，打开1#、2#烟囱插板阀，关高、低温烟道进口挡板，打开旁通烟囱插板阀。延迟一段时间后停循环风机，循环风机停止后，关补冷风门；当低压汽包水位＞200mm时，开紧急放水电动阀；当低压汽包水位＜100mm时，延迟一段时间后关紧急放水电动阀。

（4）当中压汽包水位＞250mm或＜-250mm时停炉，同时启动1#、2#环冷风机。打开环冷风机出口插板阀，打开1#、2#烟囱插板阀，关高、低温烟道进口挡板，打开旁通烟囱插板阀。延迟一段时间后停循环风机，循环风机停止后，关补冷风门；当中压汽包水位＞200mm时，开紧急放水电动阀；当中压汽包水位＜100mm时，延迟一段时间后关紧急放水电动阀。

（5）锅炉给水流量。中压给水母管流量＜额定流量的30%时，开再循环电动阀；中压给水母管流量＞额定流量的50%时，关再循环电动阀。

（6）停循环风机。以下情况停循环风机：润滑油压＜0.03MPa，润滑油温＞