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1、引言

鋼鐵工業(yè)是國民經濟重要基礎產業(yè)，能源消耗量約占全國工業(yè)總能耗的16%，廢水和固體廢棄物排放量分別占工業(yè)排放總量的15%和18%，是節(jié)能減排的重點行業(yè)。在鋼鐵企業(yè)中，燒結工序能耗僅次于煉鐵工序，占總能耗的10%~12%，節(jié)能潛力很大。在燒結工序總能耗中，有近50％的熱能以燒結機煙氣和冷卻機廢氣的形式排入大氣。由于燒結冷卻機廢氣為中低溫廢氣，溫度在150℃～450℃之間，且波動范圍較大，加上此前余熱回收技術的局限，燒結余熱利用往往是投資高，效率低，投資回收周期長，長期以來得不到有效利用。隨著國內燒結機面積不斷的擴大，燒結礦生產效率越來越高，其在冷卻過程中產生的廢氣所攜帶的熱量已經引起了人們的高度關注。國內自主設計、制造的燒結機余熱發(fā)電機組也發(fā)展起來。

2、燒結余熱循環(huán)利用介紹

燒結余熱回收主要有兩部分：一是燒結機尾部廢氣余熱，二是熱燒結礦在冷卻前空冷時產生的廢氣余熱。這兩部分廢氣所含熱量約占燒結總耗能的50%，充分利用這部分熱量是提高燒結能源利用效率，顯著降低燒結工序能耗的途徑之一。

目前，國內燒結廢氣余熱回收利用主要有三種方式：一是直接將廢煙氣經過凈化后作為點火爐的助燃空氣或用于預熱混合料，以降低燃料消耗，這種方式較為簡單，但余熱利用量有限，一般不超過煙氣量的10%；二是將廢煙氣通過熱管裝置或余熱鍋爐產生蒸汽，并入全廠蒸汽管網，替代部分燃煤鍋爐；三是將余熱鍋爐產生蒸汽用于驅動汽輪機組發(fā)電。

3、青島鋼鐵集團2*240㎡燒結余熱發(fā)電工藝介紹

此次改造燒結余熱發(fā)電工程設計發(fā)電能力14000kW。由一臺30噸蒸汽量的雙壓余熱鍋爐和一臺15兆瓦補汽凝汽式汽輪發(fā)電機組成。具體工藝流程見圖1。

圖1青島鋼鐵集團煉鐵廠燒結余熱發(fā)電工藝流程圖

圖2青島鋼鐵集團煉鐵廠燒結余熱余熱回收現場圖

通過引風機將帶冷機1號、2號煙囪的煙氣引出，混合后進入高效余熱鍋爐，加熱鍋爐內的水產生過熱蒸汽和低壓飽和蒸汽，供給汽輪機發(fā)電。但是在這個過程中引風機排出煙氣溫度仍在150℃以上，這部分煙氣熱量也是可以再次循環(huán)利用的。此次燒結余熱發(fā)電配備循環(huán)風機一臺，配套西安西瑪YPTKK630-6(10kV /1800kW)變頻調速三相異步電動機一臺，啟動方式采用變頻啟動。引風機排出的煙氣經過三通擋板閥一部分排向大氣，一部分經循環(huán)風機增壓后返回環(huán)冷機風池。既作為冷卻介質冷卻燒結礦，同時提高環(huán)冷機排煙溫度。

燒結余熱發(fā)電是一項將燒結廢氣余熱資源轉變?yōu)殡娏Φ墓?jié)能技術。該技術不產生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其他有害氣體，能夠有效提高燒結工序的能源利用效率，平均每噸燒結礦產生的煙氣余熱回收可發(fā)電20kW·h，折合噸鋼綜合能耗可降低約8千克標準煤，從而促進鋼鐵企業(yè)實現節(jié)能降耗目標。

4、風機負載節(jié)能分析

一般異步電動機的同步轉速為：n1＝60f/p

而異步電動機轉速n與同步轉速n1存在一個滑差關系： n= n1（1-s）=60f/p（1-s）

由上式可以得到，改變異步電動機的轉速可以通過改變f、p、s可以達到。

針對某一電動機而言p是一定的，而通過改變s進行調速空間非常小，所以變頻調速通過改變定子供電頻率f來改變同步轉速是異步電動機的最為合理的調速方法。

若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動機的同步轉速。異步電動機變頻調速具有調速范圍寬、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點，目前變頻調速已成為異步電動機最主要的調速方式，在很多領域都獲得了廣泛的應用。

根據流體力學相似定律： Q1/Q2＝n1/n2 輸出風量Q與轉速n成正比；

H1/H2＝(n1/n2)2輸出壓力H與轉速n2正比；

P1/P2＝(n1/n2)3輸出軸功率P與轉速n3正比。

當風機風量（水泵流量）需要改變時，如調節(jié)風門（閥門）的開度，則會使大量電能白白消耗在閥門及管路系統(tǒng)阻力上。如采用變頻調速調節(jié)風量（流量），可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調速時，當風機（水泵）低于額定轉速時，理論節(jié)電為：

E=〔1-( n′/n) 3〕×P×T (kW·h)

式中： n——額定轉速

n′—— 實際轉速

P——額定轉速時電機功率

T——工作時間

可見，通過變頻對風機（水泵）進行控制，不但節(jié)能而且大大提高了設備運行性能。以上公式為變頻節(jié)能提供了充分的理論依據。

5、高壓變頻器選型及變頻調速方案

5.1變頻器選型

經過大量的技術論證，并且對目前高壓變頻器市場充分考查后，選用了希望森蘭科技股份有限公司生產的SBH-100-1800高壓變頻器對循環(huán)風機進行變頻控制，不但節(jié)約能源而且大大提高了設備運行性能。

  表1   循環(huán)風機電機參數：

型號

YPTKK630-6

額定電壓

10000V

額定電流

126.5A

額定功率

1800kW

額定頻率

50Hz

額定轉速

990r/min

功率因數

0.86

生產廠家

泰豪沈陽電機有限公司