东北地区烧结余热发电的冬季保温与防冻

摘要：极寒地区烧结余热发电由于其特殊的运行方式启停频繁，停运后的防冻问题是我国北方地区非常严峻的问题。五矿营口中板有限责任公司的烧结余热发电通过总结生产经验，积极在生产和改造上采取相关措施，在烧结余热发电防寒防冻工作中取得了一定的成果和经验，维护了设备的稳定运行。

关键词：极寒地区；烧结余热发电；放水管道；保温措施；防冻措施；钢铁生产 文献标识码：A

中图分类号：TH019 文章编号：1009-2374（2016）29-0091-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.040

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，位居第二。在烧结工序总能耗中，有近50%的热能以烧结机烟气和冷却机废热气的显热形式排入大气。

国内钢铁厂近年推广应用的低温余热发电供热技术是利用中低温的废气产生低品位蒸汽，用来供热或推动低参数的汽轮机组做功发电。其与火电发电相比，不需要消耗一次能源，不产生额外的废气、废渣、粉尘和其他有害气体，具有充分利用低温废气以达到变废为宝、净化环境的目的。

本着“节约能源，保护环境”的原则，五矿营口中板有限责任公司积极推进余热发电项目，回收利用四台烧结机的环冷机废热气中的余热，通过余热锅炉产生蒸汽，送往汽轮发电机组发电。

2012年11月份180m2烧结余热发电电站投产，三台余热锅炉和一台汽轮发电机组的总体规模。其中：2×180m2烧结机配置两台单进汽双压立式余热锅炉，型号为Q360-21.86/5.78-2.0（0.5）/340（200）；而另一台132m2的烧结机配置一台单进汽双压立式余热锅炉，型号为Q360-17.18/5.54-2.0（0.5）/340（200）。三台余热锅炉均自带除氧器。对应的12MW双压补汽凝汽式汽轮机，型号为NZ12-1.9/0.4，配15MW发电机，型号QFW-15-2A。

2014年9月600m?烧结余热发电投产，600m?烧结环冷机对应锅炉型号为1台Q500（500）/400（300）-75（17.5）-1.45（0.35）/340（200）、1台20MW双压补气凝汽式汽轮机（型号为BN20-1.25/0.25）、1台20MW发电机（型号QF-20-2型），利用烧结环冷机1#段、2#段高温部分的300℃～400℃的废气产生蒸汽，来推动汽轮机组做功发电。

我公司在东北地区，随着冬季的到来，极端天气下整个锅炉的汽水系统屡次出现问题，故障频繁。锅炉内取样器管、仪表系统经常上冻，造成液位计液位显示失灵、压力测点显示错误，不能及时、准确、真实地显示现场运行数据，对运行生产造成了极大的不便和安全隐患。另外，靠近烟道尾部的低温换热器部分出现冻管，就是停机就开始放水也放不净。停机后空冷器、冷油器、油站冷油器等冷卻器回水管道出现防冻层以上位置结冰，造成各冷却器无法使用等，给运行人员和检修人员造成极大的困扰。

1 故障及原因分析

针对上述问题，经过认真的现场调查和原因分析，发现我厂烧结余热发电在设计和安装方面存在以下缺陷：

第一，由于烧结余热发电特殊的工作方式，烧结余热锅炉和烧结机运行情况联系紧密，烧结侧缓料、换台车、处理设备缺陷停机等都对烧结余热发电锅炉影响巨大，造成锅炉启停炉特别频繁。我公司烧结余热发电站在设计时对极寒条件考虑不周，未完全考虑北方环境温度及生产现状，锅炉采取的彩钢板紧身封闭结构，保温效果差。汽水管路、仪表管路等都采用的普通岩棉保温措施，事实证明无法抵挡本地区-27.3℃左右的低温。

第二，引风机出口挡板为叶片式，环冷机动静部分密封差，停机后料温下降快，冷风顺着烟道倒灌回锅炉内，锅炉采取的换热方式是自上而下逐级换热。锅炉最下部为凝结水预热器，冷风倒灌第一级就是凝结水预热器，而且凝结水预热器进水温度为30℃～40℃，蛇形管排列。一方面是水的温度低，蓄热能力差；另一方面因为凝结水预热器内没有压力放水速度慢，蛇形管排又不容易将水完全放净，造成在放水过程中管排出现上冻的现象且放不出水。

第三，冬季外供蒸汽，蒸汽压力跟随烧结测环冷机烟温波动大，蒸汽管路上的疏水在安装疏水器的情况下压力波动大就容易上冻，造成疏水器动作失灵，从而冻住、冻坏。

第四，本地区最大冻土深度1.11m，部分冷却水回水管道、循环水回水管道、冷油器回水管道等在停机后出现地表部分结冰现象，造成无法回水。

第五，低负荷运行和停机后在循环水泵连续运行情况下，出现整个机力通风塔北侧结冰现象，北侧边缘位置将挡风板缝隙填满连成冰幕，内部局部形成巨大冰柱对填料造成重力下拉作用，当时处理及时否则将造成填料大面积损坏。

第六，超过24小时停产时化学水箱及管路出现上冻现象。

2 改造及预防措施

为了适应冬季寒冷天气下烧结余热锅炉的稳定运行需要，我公司采取了一系列的改造、防冻和预防措施取得了良好的效果，保证了烧结余热发电的稳定运行，主要措施如下：

第一，将室外的仪表管路尽量移至室内，将室内的仪表管路缠绕伴热带，并在伴热带外加装岩棉保温，停炉后到就地用变送器上的泄水阀将水放出，从而避免了仪表管路在停炉后冻结和失灵。将各类无防冻能力的变送器拆回，待机组启动前回装。

第二，锅炉各部位人孔、检查孔、放灰门及省煤器和预热器检查门、循环风机出入口挡板严密关闭；各转机油站冷却水密封水水流畅通，长期停止运行后，要将管路内的水及时放尽；易冻处消防水管路积水也应放尽；在汽轮机打闸前，打开所有的疏放水门，利用外网余压蒸干各部疏水，各疏水主管和直排管在停机中一直保持开状态；锅炉汽包壁温200℃、压力0.5MPa打开所有底部放水、集中下降管放水、过热汽系统、给水系统、取样系统、减温水系统所有疏放水门，汽包压力到0.2MPa以下打开对空排汽；凝结水预热器部分，加大疏水管管径，在联箱出口位置加装氮气吹扫阀门，停炉后马上开启，将存水吹走并充氮防腐。给水泵停运后，打开所有水侧系统放水门、空气门，凝结水泵停运后打开所有凝结水系统水侧放水门、空气门，以上各门在停机中保持开启状态；冷却水塔在循环水泵停运前保持低水位运行，当达到停运循环水泵的条件时，将冷却塔塔池水全部放净；在锅炉底部，沿着灰仓侧面装设部分汽暖暖气，接近停炉阶段及时开启，散发热量保证底部换热器温度，争取时间将水放尽。

第三，外供蒸汽，锅炉至汽轮机中低压蒸汽母管疏水等重要疏水全部采用保温岩棉加伴热带再加保温岩棉的方式进行伴热，疏水设立带疏水器的主管路和直排管路。停炉后，立刻开启直排管排净疏水，管道中蒸汽凝结后存的低温疏水也顺着直排管慢慢排干净。这种伴热方式一方面防止伴热带被高温蒸汽烫坏；另一方面在没有蒸汽热量后可以持續保证疏水管温度，保证其不上冻。

第四，在循环水回水、各油站冷油器回水管道等位置设深1.8m的地下放水门，冷却水停止后开启常规放水和地下放水门将部分地表以下，防冻层以上水放尽，防止上冻。

第五，为应对机力通风塔结冰现象，在北侧加设帆布棚，天冷时将帆布安装上，天热后拆除，防止阻碍循环水冷却。冷却塔南侧巡检过程中发现冰柱及时清理。

3 启停炉过程中的具体防冻措施

3.1 锅炉启动操作

因烧结侧每次启动温度波动都非常大，因此冬季锅炉启炉前一定要与烧结侧确认，生产正常温度稳定后（一段300℃以上），方可准备启炉。启动前将相关的放水门、放空气门逐一关闭，压力变送器回装、疏水直排门适当关小、关闭一二段烟筒阀门、打开引风烟气切断阀，将少许热风引致锅炉内。锅炉顶部烟道过热器处烟温达到150℃以上，锅炉出口烟气温度30℃以上，可以开始上水（两个条件需要同时达到）。上水前检查循环风机吸冷风口在关闭位置，水位达到汽包最低水位（-200mm），检查循环风机未出现倒转后，启动循环风机。

上水前除中低参疏水、集箱疏水外将其余疏水及事故放水门关闭。

中参水位达到-200mm启动循环风机，其间禁止间断给水（可减少上水量）。

3.2 锅炉停炉操作

烧结侧有停机计划提前1小时通知发电侧，接到烧结侧停机、缓料等相关操作通知后，司炉勤观察环冷机温度，当环冷温度下降到240℃以下，马上停炉。如未接到任何通知烟温降至180℃以下马上停炉。

班长接通知后，与汽机、电气值班员做好沟通，并通知烧结主控和调度准备停炉。

第一，司炉关闭中压及低压蒸汽出口门，开启中、低压集汽集箱向空排气门，中、低压汽包水位保持在

-50℃～-100℃之间即可（烟温降至180℃和高温过热器位置烟温120℃以下可不保持液位立刻放水，放水过程中逐渐降低循环风机频率，水放尽后立刻关闭锅炉入口挡板和循环风机进出口挡板），吸冷风口整个冬季达到检修位置严禁操作。

第二，司炉开启烟筒排空阀，关闭循环风机进出口门，停循环风机。

第三，司炉观察锅炉内温度及汽包压力下降情况可中断锅炉给水，当中压汽包压力降至0.5MPa以下时司炉及班长到达现场进行相关疏水门开启。

第四，稍开除盐水补水箱补水门，稍开补水泵出口放水门，稍开锅炉主汽至蒸汽母管管道疏水，全开给水泵进口放水门，全开中、低压给水管道放水门，全开凝结水管道放水门。开启中、低压汽包水位计放水门。

第五，循环风机工业冷却水不得关闭，给水泵冷却水可视厂房内温度稍开或温度较低时全开。

第六，停炉后要保证门窗关闭，厂房采暖正常，相关管道保温完整及伴热正常。

4 结语

烧结余热发电由于受到烧结侧环冷机和烧结机的制约，启停炉相对频繁，从而给运行操作和冬季防冻带来一定的困难。我公司在生产实践中通过仔细查找原因，积极采取应对措施，维护了设备的安全稳定运行。最长一次冬季停机时间达1个月，在这种大面积采取防冻措施的条件下，系统恢复必须提前5天进行，最近一次极冷状态下（零下25℃）机组启动，整个系统恢复用了4天时间使锅炉具备了启动条件。五矿营钢烧结余热发电正在继续探索改进烧结余热发电机组冬季停运后的防冻措施方法，使机组在满足防冻条件下，实现机组快速恢复启动，以提高机组冬季备用状态的快速反应能力。

作者简介：谢志刚（1981-），男，辽宁营口人，供职于五矿营口中板有限责任公司，热动中级职称，研究方向：余热发电。

（责任编辑：王 波）