传统的烧结余热利用方式是在环冷机高温段安装简易余热锅炉生产蒸汽,效率低,回收的废气余热仅占总热量的10%左右。近年来低温烟气余热锅炉技术和低参数补汽凝汽式汽轮发电机组技术不断发展,低温烟气余热回收成为可能。最大限度的利用烧结环冷机排放的低温烟气的热能,降低烧结工序能耗,从而降低生产成本,是烧结余热发电的主要目标。
淮钢烧结车间现有两座烧结机,容量分别为144m2和162m2,其可利用余热有两部分:一为占烧结过程总带入热量约45%的烧结矿显热,在冷却机高温段废气温度为350～420℃;二是占总带入热量约24%的烧结烟气显热,在烧机机尾风箱高温段排出的废气温度为300～400℃。目前,除少部分回收作为预热点火、保温炉助燃空气以降低燃料消耗利用外,大多数冷却烧结矿的废气直接排掉,废气中的热量全部浪费,同时造成粉尘污染和热污染。
1 发电方案简介
淮钢烧结机余热利用电站建设立足于环境保护,以烧结机烟气余热利用为宗旨,本着节约能源、以烟气余热锅炉蒸汽量定发电量、改善环境、减少对环境污染的原则进行设计。
项目计划利用淮钢现有两座烧结机(144m2和162m2),烧结车间的带冷机烟气余热由两台余热锅炉产生蒸汽送到一台7MW补汽凝汽式汽轮发电机组发电。这需对两台烧结冷却设备如冷却车罩子、落矿斗、冷却风机进行适当的改造,使低温热废气温度提高到360～380℃,从而可以使用余热锅炉产生2.1MPa、320℃的过热蒸汽带动蒸汽轮机驱动发电机发电。
本系统包括两台烧结余热锅炉,所产蒸汽供应一台双进汽纯凝蒸汽轮发电机组,和相关配套辅助设施。因为是烟气余热利用项目,蒸汽参数低,电站厂址选择应首先考虑靠近烧结机尾部烟道,汽轮发电房应就近布置。
2 机组选型
项目本着烟气量决定锅炉容量,锅炉容量和供热量决定汽轮机和发电机的原则确定三大主机。2.1 锅炉的选型烧结机出来的380℃烟气进余热锅炉换热制造蒸汽带动汽轮发电机组发电。
目前国内烟气余热锅炉有3种系统。
2.1.1 单压系统(见图1)
采用单级进汽汽轮机及单压烧结余热锅炉的单压不补汽系统。一般余热锅炉排气温度在170℃,排气用于烘干物料。由于废气余热得不到充分利用,相应影响了发电能力,发电能力低。
2.1.2 双压系统(见图2)
采用补汽式汽轮机的双压单级补汽系统,烧结余热锅炉生产两种不同的蒸汽,一为主蒸汽,一为低压补汽。由于设置了低压蒸发段,低压蒸汽压力0.6MPa,低压蒸汽饱和温度158.8℃,再加上设置了低压省煤器,排烟温度能降到148℃左右。发电能力高,但投资较大。
2.1.3 复合闪蒸单级补汽系统(见图3)
采用补汽式汽轮机的复合闪蒸单级补汽系统,烧结余热锅炉生产主蒸汽同时生产高温热水,高温热水再降压蒸发出二次蒸汽,二次蒸汽补入汽轮机。虽然冷却机废气余热被充分利用了,但由于闪蒸器的出水未能转换为电能,有闪蒸汽补进汽轮机,降低了系统的发电能力,所以发电能力和投资在前两种系统之间。
综合考虑了投资和投资回报及运行的经济性后,选用双压系统。
锅炉主要布置有过热器、蒸发管束、省煤器等。
2.2 汽轮机选型
经计算,两台余热蒸汽锅炉正常工作可产生2.1MPa、320℃蒸汽31.5t/h和0.6MPa、158.8℃蒸汽13.7t/h。因为锅炉为余热利用锅炉,汽机选择必须以锅炉产汽量及产汽方式为基础,结合锅炉运行的连续性和稳定性,蒸汽流量、蒸汽压力和温度的变化范围,机炉联合运行特性,系统运行的安全保证,设备投资的合理性等,本项目汽轮机组选择具有二次进汽功能的补汽凝汽式汽轮机。
2.3 发电机的选型
目前,发电机的冷却方式有3种,即空冷式、水冷式和氢冷式。小型发电机(30MW以下)一般采用冷却介质为空气的发电机,系统简单,附属设备较少,运行简便,检修量极少,技术上成熟,安全性高,在小型发电机中得到广泛的应用。本项目采用空冷式发电机。
3 技术分析
3.1 工艺流程特点
工艺流程为:给水经给水泵进入余热锅炉,经废气加热后,一部分变为过热蒸汽,进入汽轮机作功发电。另一部分经余热锅炉低温段加热后,产生低压饱和蒸汽,这部分蒸汽进入汽轮机相应低压进汽口作功发电。蒸汽做工后的冷凝水加压后进入锅炉低压省煤器加热到约110℃,进入大气式除氧器蒸发除氧后由给水泵供给锅炉,实现一个完整的热力循环。
在这一工艺流程中由于引入双压系统,使烧结机排烟温度大大降低,且循环利用,大大提高了余热利用率,发电能力最高。同时由于增加了双压系统,可通过调节系统循环烟气量,确保烧结锅炉蒸汽产量、质量稳定,对回收烟气的温度、烟气流量等进行多因素动态控制,消除烧结生产不稳定带来的烧结锅炉产汽的影响及波动,较大范围地适应烧结机废气参数的大幅波动,提高系统运行的可靠性及稳定性。
3.2 主要设备技术规范3.2.1 余热锅炉参数
1#余热锅炉型号:Q140(97)/380(250)/-15.2(6.6)-2.1(0.6)/320(158.8)
2#余热锅炉型号:Q150(106)/380(250)/-16.3(7.1)-2.1(0.6)/320(158.8)
型式:半露天布置,自然循环,自除氧;环境温度:15℃
一冷却区烟气锅炉进口烟温:380℃,一冷却区烟气锅炉进口烟气量:14万Nm3/h(1#),15万Nm3/h(2#);
二冷却区烟气锅炉进口烟温:250℃,二冷却区烟气锅炉进口烟气量:9.7万Nm3/h(1#),10.6万Nm3/h(2#)。
中压过热蒸汽压力:2.1MPa;中压过热蒸汽温度:320℃;中压过热蒸汽流量:15.2t/h(1#),16.3t/h(2#);
外供低压蒸汽压力:0.6MPa;外供低压蒸汽温度:158.8℃;外供低压蒸汽流量:6.6t/h(1#),7.1t/h(2#)。
锅炉排烟温度:148℃
3.2.2 汽轮发电机参数
型号:BN7.5-1.9/0.4;数量:1台套。
额定发电量:7.5MW;实际发电量:6.97MW。中压进汽压力:1.8MPa;中压进汽温度:310℃,中压进汽量:31.5t/h。
补汽压力:0.3MPa;补汽温度:133℃;补汽流量:13.7t/h。
3.3.3 发电机容量
型号:QF-7.5-2/10.5kV;数量:1台套;定子重量:17.6t。
3.3 经济效益分析
本项目建成后,年外供电5740万kWh,电价按0.55元/kWh,经测算供电利润0.383元/kWh,每年供电利润总额3157万元。采用《节能技术改造项目节能量确定原则和方法》中推荐的折标系数,根据全国电力工业统计年报,2006年全国平均供电标煤耗为385g/kWh。
节能量=年供电量×全国平均供电标煤耗,节能量为:Bj=5740×104×385=2.2万t(即综合利用后年可节约标煤量约2.2万t),节能效益明显。
4 结束语
烧结低温烟气余热进行回收发电,可以节约能源,减少粉尘污染和热污染。
原标题：烧结低温烟气余热发电技术应用分析
