蒸汽蓄能器在工業(yè)污水處理廠中的應(yīng)用

蒸汽蓄能器在工業(yè)污水處理廠中的應(yīng)用

1余熱利用水平不高我們集團(tuán)的鋼鐵公司是一家集切割、鐵匠、精煉、研磨于一體的現(xiàn)代鋼鐵公司，年生產(chǎn)能力為650萬噸。公司建設(shè)過程中已考慮諸多節(jié)能減排措施,如:球團(tuán)豎爐余熱回收、高爐BPRT鼓風(fēng)、高爐余壓發(fā)電、轉(zhuǎn)爐汽化冷卻、加熱爐汽化冷卻、全燃富余煤氣的汽輪發(fā)電站等。但也存在余熱利用水平不高,如飽和蒸汽大量放散,造成資源浪費(fèi)的情況。鋼鐵企業(yè)在正常生產(chǎn)過程中,會(huì)產(chǎn)生大量的低品質(zhì)的蒸汽,其中轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽壓力、流量波動(dòng)大,很難直接利用。以前一些企業(yè)都將其直接放散,這樣不但浪費(fèi)了回收回來的余熱資源,還造成了水資源的浪費(fèi)以及噪聲污染。利用蓄熱器將這部分富裕蒸汽收集起來用于發(fā)電,不僅改善了企業(yè)環(huán)境,同時(shí)產(chǎn)生電能,對(duì)企業(yè)的電力供應(yīng)進(jìn)行有益的補(bǔ)充。2發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)廠區(qū)富余蒸汽來源主要為轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)及加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)。根據(jù)廠區(qū)蒸汽平衡選擇一套12MW飽和蒸汽補(bǔ)汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。2.1主汽條件分析臺(tái)數(shù):1臺(tái)機(jī)組型式:飽和蒸汽補(bǔ)汽凝汽式額定進(jìn)汽量:60t/h最大主進(jìn)汽能力:76.5t/h主汽門前蒸汽壓力:0.8MPa(a)主汽門前蒸汽溫度:飽和溫度額定補(bǔ)汽量:16t/h最大補(bǔ)汽能力:20t/h補(bǔ)汽速關(guān)閥前壓力:0.3MPa(a)補(bǔ)汽溫度:飽和溫度額定排汽壓力:~0.007MPa(a)(2)空氣系統(tǒng)臺(tái)數(shù):1臺(tái)型號(hào):QFW-12-2額定功率:12MW額定電壓:10.5kV額定轉(zhuǎn)速:3000r/min功率因數(shù):0.8頻率:50Hz冷卻方式:密閉循環(huán)空氣系統(tǒng)勵(lì)磁方式:無刷勵(lì)磁2.2從汽化系統(tǒng)汽化推動(dòng)蒸汽發(fā)電根據(jù)煉鋼轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)作業(yè)的特點(diǎn),其汽化冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽流量及壓力波動(dòng)大,且為飽和蒸汽,品位較低,直接用于發(fā)電無論對(duì)于汽輪機(jī)組本體安全性還是生產(chǎn)組織連續(xù)運(yùn)行都產(chǎn)生重要影響。為保證汽輪機(jī)用汽的連續(xù)性,在進(jìn)入汽輪機(jī)前設(shè)有蓄熱器。根據(jù)蒸汽參數(shù),進(jìn)入蓄熱器的蒸汽壓力~1.6MPa,蓄熱器的出口蒸汽壓力~0.8MPa。轉(zhuǎn)爐汽化冷卻產(chǎn)生蒸汽經(jīng)蓄熱器后調(diào)節(jié)閥送出,經(jīng)過蒸汽濾潔器,作為主汽最后進(jìn)入12MW蒸汽汽輪機(jī)中發(fā)電做功。圖1為12MW飽和蒸汽發(fā)電系統(tǒng)流程圖,其主要的熱力系統(tǒng)包括:主蒸汽系統(tǒng)、補(bǔ)汽系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)抽真空系統(tǒng)、機(jī)組軸封系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)和工業(yè)水系統(tǒng)等。3飽和蒸汽發(fā)電系統(tǒng)的困難和解決方案3.1蒸汽對(duì)發(fā)電機(jī)的影響(1)鋼鐵廠富余蒸汽根據(jù)其來源的不同,蒸汽品質(zhì)相差較大。如煉鋼轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)只在吹煉期產(chǎn)生蒸汽,非吹煉期不產(chǎn)生蒸汽。其蒸汽的壓力、流量波動(dòng)非常大,且為飽和蒸汽,濕度大,直接用于發(fā)電將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)功率波動(dòng)大、汽輪機(jī)易發(fā)生水蝕現(xiàn)象,不利于發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行。(2)飽和蒸汽發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)在舊有廠區(qū)內(nèi),空間緊張,需要整個(gè)系統(tǒng)占地盡量小。3.2網(wǎng)絡(luò)蓄熱量較小根據(jù)轉(zhuǎn)爐汽化冷卻產(chǎn)生蒸汽的間斷性和波動(dòng)性,可以裝設(shè)蓄熱器來克服這些問題。在轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)中,廣泛采用的蓄熱器是臥式圓筒蓄熱器。受制作工藝、運(yùn)輸條件等的限制,臥式筒形蓄熱器直徑一般不超過3400mm,容積一般不超過200m3。為滿足大型企業(yè)生產(chǎn)需求,主要采取多臺(tái)并列使用的方式彌補(bǔ)單臺(tái)設(shè)備蓄熱量較小的缺陷。多臺(tái)并列的臥式筒形蓄熱器帶來的主要問題是:占地面積龐大、系統(tǒng)復(fù)雜、投資高昂、運(yùn)行檢修工作量巨大等。本工程采用北京京誠科林環(huán)?？萍加邢薰咀灾餮邪l(fā)的球形蒸汽蓄能器,該設(shè)備具有占地省、蓄熱量大、用鋼量省、系統(tǒng)簡單、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn),目前已應(yīng)用到聯(lián)峰鋼廠、南陽鋼廠等多個(gè)余熱回收和利用項(xiàng)目中。(1)轉(zhuǎn)爐非吹氧期/蒸發(fā)期e當(dāng)轉(zhuǎn)爐吹氧時(shí),汽化冷卻裝置產(chǎn)生的多余蒸汽被引入蓄能器內(nèi),容器里的壓力漸漸升高,蒸汽在蓄能器內(nèi)將水加熱并凝結(jié)成水,使蓄能器里水的熱焓值升高到與引入蒸汽壓力p1相對(duì)應(yīng)的飽和水焓值,此時(shí)蓄能器中的水位也由于蒸汽的凝結(jié)而升高。在轉(zhuǎn)爐非吹氧期或蒸發(fā)量較小的瞬間,當(dāng)發(fā)電機(jī)組繼續(xù)用汽時(shí),蓄能器中的壓力就下降,此時(shí)蓄能器中水的熱焓值比降壓后相對(duì)應(yīng)的飽和水焓值大,部份水被蒸發(fā)以彌補(bǔ)產(chǎn)汽的不足,進(jìn)而保證連續(xù)穩(wěn)定的向發(fā)電機(jī)組供汽,蓄能器所允許的最低壓力為p2。蓄能器容積按下式計(jì)算:式中:V---蓄能器的容積,m3;Gx---蓄能器的計(jì)算蓄熱能力,kg;g0---單位蓄熱能力,kg/m3;η---蓄能器的熱效率,一般η=0.99;φ---蓄能器沖水系數(shù)。其中g(shù)0由下式可得:式中:i1′、i2′---壓力p1和p2時(shí)飽和水的焓,kJ/kg;i1″、i2″---壓力p1和p2時(shí)飽和蒸汽的焓,kJ/kg;r2′---壓力p1時(shí)飽和水的密度,kg/m3。(2)球形蒸汽機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)球形蒸汽蓄能器設(shè)備由1)球形罐體和支柱、2)內(nèi)部裝置、3)安全排放裝置、4)儀表測量裝置、5)球形梯臺(tái)等組成,見圖2。1球形蒸汽蓄能器+球形罐體傳統(tǒng)蓄熱器外殼均采用圓筒體,蓄熱器容積受到限制,且臥式筒體占地大。球形蒸汽蓄能器用球形罐體作為外殼,克服了臥式筒體蓄熱量有限、占地大等缺點(diǎn)。另外應(yīng)工藝需要,球罐上開有人孔、蒸汽進(jìn)出口孔、安全閥孔、安全附件開孔、補(bǔ)水和排污孔等。2球罐和了充熱過程設(shè)計(jì)和布置內(nèi)部裝置主要包括充熱裝置、汽水分離裝置和補(bǔ)水放水裝置等。蒸汽通過進(jìn)汽母管進(jìn)入球形蒸汽蓄能器,與球罐內(nèi)存水充分混合并均勻加熱球罐內(nèi)存水,完成充熱過程?；旌掀髟O(shè)計(jì)和布置合理周到,不留充熱死區(qū)。汽水分離裝置布置在球罐頂部,靠近上人孔,位于汽空間內(nèi)。球形蒸汽蓄能器上方蒸汽空間高度比普通臥式圓筒蓄熱器要大很多,極大提高輸出蒸汽干度。補(bǔ)水、放水裝置用于控制球形蒸汽蓄能器內(nèi)水位位于一個(gè)合理高度,保障蓄熱效率。球罐底部的排污管可定期排出球罐內(nèi)沉積雜質(zhì)。3安全排放裝置球罐頂部設(shè)有安全閥接口和放散接口,用于防止球罐超壓,保護(hù)設(shè)備。41儀器儀表測量裝置設(shè)置壓力、溫度、液位等測點(diǎn),用于監(jiān)視球形蒸汽蓄能器運(yùn)行參數(shù)。5球形梯子球形梯臺(tái)按球罐常規(guī)要求設(shè)置。梯子沿球罐外沿螺旋上升至球罐頂部,在球罐頂部開孔四周設(shè)環(huán)形檢修平臺(tái)。(3)兩組進(jìn)行對(duì)比比較根據(jù)計(jì)算,12MW發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)中需設(shè)650m3蓄能器,如選用臥式圓筒蓄熱器需選用4臺(tái)150m3蓄熱器,將兩種方案進(jìn)行比較,結(jié)果如表1。通過表1對(duì)比可以看出,1臺(tái)650m3球形蒸汽蓄能器的容量可以超過4臺(tái)150m3臥式圓筒形蓄熱器,在達(dá)到相同蓄熱目的的前提下,球形蒸汽蓄能器明顯具有占地面積小、結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)簡化、材料用量少、散熱損失少等諸多優(yōu)點(diǎn),而且球形蒸汽蓄能器的汽空間大大高出臥式圓筒形蓄熱器,有利于降低飽