【技术】营口600平方米烧结余热发电项目热控部分设计探讨

0 引言

营口京华钢铁有限公司600m² 烧结余热发电工程，建设规模为一台95.87 t /h 的环冷机余热锅炉，配一台20MW凝汽补汽式汽轮发电机组。该工程为利用烧结余热进行发电的能源综合利用项目，通过回收利用烧结环冷机及烧结大烟道废气中的余热，将废气通过余热锅炉产生的蒸汽用于汽轮机发电。烧结余热发电的基本流程是利用烧结环冷机的一段和二段高温段的热烟气，余热锅炉在充分吸收一二段烟气热量后产出中低压两股蒸汽送至汽机发电，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全部回到环冷机一二段。余热发电项目由中冶北方工程技术有限公司总包，并于2014年9月8日正式并网发电。

1 控制方式

该项目采用机炉电统一控制的方式，在汽机主厂房内设置集中控制室，采用一套DCS系统对整个烧结余热发电系统进行监视控制。由于余热锅炉布置在主厂房外，并且距离主厂房有一定距离，从优化设计的角度，在锅炉就地配电室内配置一个DCS分站，分站和主站之间通过光纤进行信号传输。这样的设计，可减少电缆敷设的工作量，大为节约电缆的使用量，也减弱了信号受到干扰和信号衰减的程度。

2 运行调试过程中出现的问题

———环冷机出口烟气的测量。此次工程由于采用了水密封的环冷模式，加上业主方为了高炉的需要，在烧结配料的配比上进行了更改，使得烧结矿的整体温度提高，造成环冷机处的烧结料温达到了500～600 ℃，超出了原设计温度100℃以上，造成现场环冷机烟气出口处温度计大量烧坏。同时，由于锅炉本体的振动强烈，附近的相关温度计也出现了频繁损坏的现象，严重影响了工程调试及运行。

———汽包水位的监控。锅炉汽包水位监控，是锅炉保护很重要的一个指标。现场用于液位检测的双色水位计，由于安装位置的限制，在调试过程中出现极难调整清楚的问题。

———给水调节阀的选型问题。此次工程使用的锅炉给水调节阀，在使用中出现调节不灵敏甚至无法调节的问题，反馈到DCS系统中发现，流量忽大忽小，无法做到精确调节。

———DCS备用点数的考虑。由于现场后增加了不少电动门，导致DCS系统的备用点数明显不足。

———设备损坏。此次现场出现大量变送器(包括压力变送器和流量变送器)损坏的现象。这在以往其他工程是没有的，损失非常严重。

3 对于现场出现问题的分析和处理

———对于温度计频繁损坏的情况，经过现场多次试验和分析，最后发现原测点位置太靠近热源，后将环冷机烟气出口处的温度测点位置从环冷机本体机盖处上移至环冷机烟道出口尽量靠近环冷机机盖的位置，就不会出现温度计烧坏的情况。另外，在有可能出现振动或其他干扰大的情况的检测点位置，选择铠装热电阻或铠装热电偶更加适合，可以将干扰造成的影响降到最低。

———水位监测经反复调试和分析后发现，由于检测位置及检测原理所限，液位检测设备受锅炉蒸汽及光照变化的影响非常大。余热锅炉布置在室外，白天自然光照下调整清楚后，到晚上照明光下就无法看清，参照晚上的照明光进行调整，白天自然光下又无法看清。同时，在现场通过实践发现，观测双色水位计的摄像头很多价格十分昂贵但是观测效果却并不好，通过查阅资料及跟相关厂家沟通，发现通常市面上的摄像头都是针对民用的，相关的性能优劣也是针对民用摄像来说的，并不适合这种工况下水位的监测。

为获得稳定清晰的水位图像，必须保证摄像头有恒定光源(在有条件的情况下可设置专门的暗箱)，并选用室外汽包水位监测的专用摄像头。

———对于调节阀出现无法调节的问题，在现场把阀门拆开后，发现是由于阀芯设计不合理造成的。该阀门结构为类似洗手池堵漏形式，调节幅度小，尤其开度大的时候无法满足微调的要求。阀芯需选用锥形结构，才能满足要求。

———从现场DCS模块的使用情况看，后期增补的点数多为DI和DO点，多为锅炉部分新增补的电动阀门控制点数。因此，DCS设计中，应考虑在DCS分站中增加备用量的比重，开关量的备用量应适当提高。

———对于大量变送器的损坏情况，经过现场检查及分析，压力变送器是由于施工单位施工错误，致使强电窜入检测回路造成的，完全是施工方的责任。由此可见，规范施工秩序，调试前后进行线路检查是非常必要的。

流量变送器为霍尼韦尔的多参量变送器，按照样本选型来看，是完全符合工况要求的，而且所有流量变送器都是国外原装进口的。经过分析，造成大量流量变送器损坏的原因有可能有:1) 现场人员野蛮操作。正常情况下的水箱都是按照工况的需要，通过调节阀门来控制水的流量，保证水量和水位的稳定。而现场为了图省事，将调节阀门当做开关阀门来使用，直接采取全开全关操作，水箱没水就全开，水箱满了就阀门全关，造成管道内的水流量极度不稳定，流量的检测也完全是在满管和空管的极限状态下切换，对检测的精准度和设备的使用寿命都有很大的影响。2)该设备为原装进口设备，进口设备的优势是检测的精度高，设备使用寿命时间长，较少出现质量问题，减少维护。可是进口设备通常对现场检测和使用的工况的要求很高，而国内的项目，由于场地和投资成本的因素，通常无法满足设备检测和使用的硬性要求，造成检测设备的检测精度无法满足要求，检测设备的使用寿命也有可能受到影响。

4 整改后的运行情况

———环冷机处的温度检测元件改成了铠装式热电偶(热电阻)，并将测点位置从环冷机本体机盖处上移至环冷机烟道出口尽量靠近环冷机机盖的位置，温度计信号稳定没有再出现损毁的情况。

———水位监控更换了了专用的水位摄像头，并对现场光照条件进行了处理，控制室内已经可以接收到清晰的水位图像，运行人员在控制室内就能清楚的了解锅炉汽包的水位情况。

———调节阀的问题，在跟设备厂家沟通后，更换了锥形阀芯，更换后已经能够实现对流量的精确调节，达到了设计预期。

———DCS系统预留点数满足设计需要和系统运行要求，整个控制系统运行正常。

———损毁的变送器都进行了更换，并且规范了现场人员的操作流程，目前设备运行正常，参数稳定。

5 结语

经过一系列有针对性的整改后，目前营口烧结余热发电项目整体运行情况良好，发电量已达到了设计预期。通过对该工程现场问题的分析和处理，对今后遇到同类型问题的如何处理积累了经验，对在类似工程设计中应注意和规避的问题都将起到很好的指导作用。

原标题：营口600m2烧结余热发电项目热控部分设计探讨