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：在不影響煉鋼產品產量、質量，不降低工藝設備運轉率，不改變生產工藝流程、設備，不增加生產電耗和熱耗的前提下，將生產工藝過程中產生的飽和蒸汽、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、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的點，轉爐汽化冷卻余熱鍋爐產生的飽和蒸汽流量及壓力也隨著轉爐生產而產生周期性的變化，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生的飽和蒸汽進行發(fā)電;另一種是將汽化冷卻器產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，只有吹煉期(～15min)才有飽和蒸汽產生，同時由于吹煉期煙氣量的急劇變化，余熱鍋爐產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，轉爐產生的溫煙氣進入汽化冷卻煙道，經(jīng)換熱產生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，通過內部充熱裝置噴入過冷水中，蒸汽將蓄熱器內的過冷水加熱同時冷凝成水，形成飽和水，使蓄熱器內水的焓值升，這樣就完成了蓄熱器的充熱過程;另一部分蒸汽經(jīng)調壓閥送入汽輪發(fā)電機房。轉爐在非吹煉期內，汽化冷卻余熱鍋爐不產生蒸汽，調壓閥前蒸汽壓力不斷下降，此時蓄熱器內壓下降，飽和水成為過熱水沸騰，產生飽和蒸汽，飽和蒸汽經(jīng)調壓閥送入汽輪發(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生出蒸汽，送至蓄熱器，通過蓄熱器產生連續(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)對工藝生產過程中產生的波動，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，也不影響鋼廠生產、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

由于各鋼鐵生產企業(yè)煉鋼工序汽化冷卻器產生的飽和蒸汽參數(shù)不同及生產、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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