鋼鐵企業(yè)燒結余熱發(fā)電設備選型

鋼鐵企業(yè)燒結余熱發(fā)電設備選型1.1選型原則設備選型應遵循以下原則[7]：（1）采用成熟穩(wěn)定、實用可靠的中低溫煙氣余熱回收發(fā)電技術及國產設備，技術裝備水平達到國際先進水平；（2）選用國產成熟設備，降低生產成本和基建投入；（3）系統(tǒng)簡潔可靠、方便檢修維護，充分利用廠區(qū)現有設施，合理布置熱力發(fā)電機組設備、系統(tǒng)。1.2部分主要設備的選型要求及選擇1.2.1余熱鍋爐余熱鍋爐是余熱發(fā)電系統(tǒng)的關鍵設備和核心，如何將富含能量的熱介質回收匯集以及引出，進而通過余熱鍋爐進行能量轉換是一個技術難點，余熱鍋爐本身的設計一定程度上決定了余熱回收利用的比例和徹底性。余熱鍋爐取的排煙溫度越低，鍋爐的受熱面布置越多，回收的煙氣余熱量越大。但鍋爐等系統(tǒng)的投資會隨受熱面積增加而增加。余熱鍋爐的選取需要考慮以下幾點[16]：（1）余熱鍋爐進氣溫度比較低，因此余熱鍋爐的傳熱溫差比較小，其最小傳熱溫差的選取不僅決定余熱鍋爐的成本，而且決定了主蒸汽的參數。（2）余熱源中含有SO2等酸性氣體和水蒸汽，從而存在酸露點溫度，當溫度低于酸露點溫度時將嚴重腐蝕尾部煙道的受熱面。（3）鍋爐布置可分為立式、臥式兩種。目前的國外余熱鍋爐多采用臥式布置，國內則存在兩種布置。立式布置具有占地面積小、灰塵收集方便、煙氣流動均勻、傳熱系數高的優(yōu)點，但積灰以及積灰清除差于臥式，管束間易出現搭橋現象，耗鋼量相對較大。鍋爐布置在綜合考慮安裝條件的基礎后選擇立式。（4）由于熱源含塵濃度大，為防止磨損的發(fā)生，采用合理的流速設計，合理組織煙氣動力場，使煙氣流動均勻，避免局部過速磨損。同時粉塵粒度小，極易在鍋爐受熱面上積灰，導致傳熱系數下降，因此在鍋爐設計時需考慮除灰。爐前需設置高效旋風除塵器或電除塵器，除去大部分的粉塵。爐內受熱面最好使用模式壁和光管結構，減少積灰的可能，并適當的增加受熱面積，防止鍋爐出力不足。在設計鍋爐時還需設計清灰系統(tǒng)，目前多采用超聲波吹灰、壓縮氣體吹灰和振打清灰。由于余熱利用產生的蒸汽壓力和流量不大的原因，蒸汽吹灰在余熱發(fā)電中基本不使用。（5）余熱鍋爐煙氣的流動由爐尾的引風機維持，因此在余熱鍋爐尾部形成很大的負壓區(qū)，一般多在5~7kPa左右。漏風將嚴重影響蒸發(fā)量及主蒸汽溫度，增加引風機等后續(xù)設備電耗。鍋爐需整體采用鋼板全焊接密封，并對管子穿墻處及爐門采用適當的密封。因此，余熱鍋爐采用適用于中低溫煙氣余熱回收和利用的雙壓、立式、無補燃自然循環(huán)鍋爐。這種鍋爐采用雙通道煙氣進氣系統(tǒng)，高溫煙氣經部分高壓受熱面換熱，低溫煙氣經部分低壓受熱面換熱，高溫煙氣煙溫降至與低溫煙氣相當后，兩股煙氣混合再與其余的受熱面換熱，充分利用不同品質的煙氣，實現煙氣熱能的梯級利用。鍋爐帶有自除氧裝置，無需額外的除氧裝置及其所需的加熱蒸汽設備。特別是在余熱鍋爐冷態(tài)啟動階段，現場無法提供除氧加熱蒸汽的情況下，可有效保障余熱鍋爐的正常運行。1.2.2汽輪機組余熱蒸汽進汽參數不穩(wěn)定、比容大、濕度大等特點，要求在汽輪機設計中考慮[17]。汽輪機組的選取需要考慮以下幾點：（1）進汽參數不穩(wěn)定要求汽輪機的進汽調節(jié)系統(tǒng)必須能適應進汽參數的波動，保證汽輪機穩(wěn)定、安全運行。在主蒸汽前需設置壓力調節(jié)器控制調節(jié)閥，當新蒸汽壓力降低時，關小調節(jié)閥，防止由于余熱鍋爐的蒸發(fā)量不足，促使壓力進一步降低，汽輪機通流末級產生鼓風；反之開大調節(jié)閥。（2）余熱發(fā)電用汽輪機為了快速啟動，而且能夠在滑壓方式下運行，噴嘴配汽在空載和低負荷時只有部分進汽度，這種情況對汽機暖機不利，特別在快速啟動時尤為明顯，因此余熱發(fā)電汽輪機采用節(jié)流配汽，不設調節(jié)級。汽機啟動時靠調節(jié)閥控制轉速，使發(fā)電機并網；正常運行時，調節(jié)閥全開，汽輪機處于滑壓運行狀態(tài)。此種進汽方式使汽輪機進汽部分始終處于均勻受熱狀態(tài)，這樣就能滿足在整個啟動過程，及低負荷時能夠保證汽機進汽均勻，以利于汽機快速啟動，提高通流效率。（3）主蒸汽參數低，蒸汽比容增大，要求汽輪機的進汽能力比常規(guī)機組大，因此要加大主汽閥口徑或增加主汽閥數量。為增加余熱發(fā)電單位利用率而采用的雙壓系統(tǒng)，汽輪機必須具有補汽能力。首先設計汽缸時需加大補汽進入的汽缸空間，補汽口采用蝸殼結構，并使補汽的流動方向與汽輪機旋轉方向一致，從而使補汽進入汽缸后能夠迅速擴散，減少對主流蒸汽的沖擊。其次合理設計補汽口的位置，防止由于補汽與主汽之間的溫度差使汽缸壁溫度發(fā)生變化，造成上下缸溫差增加，膨脹不均勻，甚至使機組振動增大，影響機組安全、穩(wěn)定運行。（4）余熱發(fā)電的補汽多為飽和蒸汽，導致汽輪機末幾級相對濕度較大。這不僅增加了機組甩負荷時由于汽機負荷變化導致部件表面水膜閃蒸而引起的超速危險，而且造成汽輪機通流部件的嚴重侵蝕，汽輪機的安全將受到嚴重威脅，大大縮短機組使用壽命，而且降低汽輪機的熱效率。因此必須采取有效的去濕措施減小蒸汽濕度，并對汽輪機零部件采取防侵蝕的措施來抵抗?jié)裾羝那治g，從而減少濕度大給機組帶來的各種危害。在補汽進口前增加了防水滴濾網或汽水分離器，減少了進入汽缸內的水滴。通流設計時過加大靜葉和動葉的軸間間隙使水滴能充分的霧化，可以減少動葉的腐蝕。汽缸下半設置疏水口，盡可能保證汽缸內壁形狀平滑，確保通過重力作用使積水連續(xù)流動，通過底部疏水口或排汽管排出。末幾級動葉片后設置去濕槽和捕水腔室，收集由于離心力而向外飛出的沉積在動葉表面上的水分。在靜止部套的中分面、連接突肩處鍍不銹鋼保護層防止?jié)裾羝目p隙侵蝕，末幾級動葉片背弧頂部焊接整條的司太立合金片，動葉采用電火花強化處理以加強強度，達到防水蝕的目的。（5）余熱鍋爐排汽將在整個系統(tǒng)中循環(huán)利用，在汽輪機的啟動和故障停機時，工業(yè)系統(tǒng)和余熱鍋爐還將繼續(xù)運行。因此在系統(tǒng)中必須設有旁路系統(tǒng)，回收多余蒸汽。在汽機主汽閥前設置旁路系統(tǒng)，主蒸汽通過減溫減壓閥，流入凝汽器，補汽由于壓力低可直接排入凝汽器，從而減少由于汽輪機原因導致的整個工業(yè)系統(tǒng)的停機。因此，本系統(tǒng)采用補汽凝汽式雙壓汽輪機組，該機組有利于提高發(fā)電效率。余熱鍋爐產生的中壓蒸汽進入汽輪機中壓段做功，低壓蒸汽從低壓段入口進入汽輪機做功。雙壓汽輪機雖然增加了汽輪機末級葉片的高度和制作強度要求，增加了汽輪機約15%的造價，但產生的經濟效益更高。通過測算，雙壓汽輪機組比單壓汽輪機組發(fā)電量約增加15%～20%，在3年內即可收回全部投資[7]。1.2.3除氧器該余熱發(fā)電系統(tǒng)中，雖然采用了帶自除氧裝置的余熱鍋爐，但在此仍對除氧器的選擇進行詳細描述，以備選擇。為了保證余熱鍋爐的給水水質要求，防止熱力設備及其管道的腐蝕，必須除去在鍋爐給水中的溶解氧和其他氣體。目前除氧方法主要有化學除氧、熱力除氧?；瘜W除氧法只能除去水中的氧，但不能除去其他氣體，且藥品價格昂貴，后期運行費用上升，因此不為首選。熱力除氧按工作壓力分為真空除氧、大氣式除氧以及高壓除氧。在工程上對除氧壓力的選擇主要決定于技術經濟比較，目前在余熱發(fā)電中用的比較多的是真空除氧和大氣式除氧。（1）大氣式除氧器對進口水溫要求較高，一般104℃，在余熱發(fā)電系統(tǒng)中不設低壓加熱器，因此凝結泵出口水溫度難以滿足其工作要求，造成除氧效果不佳。如果在爐膛尾部再加設一級前置加熱器來保證給水除氧效果，這便使鍋爐受熱面布置變得更加復雜化，且該加熱器受到的低溫腐蝕也會比較嚴重，造成設備檢修更換周期短。但在雙壓系統(tǒng)中，用低壓蒸汽給水除氧有利于汽輪機低壓補汽參數的穩(wěn)定，從而將因余熱參數波動引起的低壓蒸汽參數波動緩解于除氧過程，為解列熱力系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。（2）真空除氧器就是通過降低除氧器內壓力，使氣體在水中的溶解度降低，使水中的氧和其他氣體析出。這種除氧方式可以使水在低溫沸騰，在除氧的同時不提高給水溫度，因而對進口水溫適應范圍較廣，凝結泵出口水不需要加熱抽汽。除氧器出水溫度的高低，直接影響著鍋爐的給水溫度，從而影響鍋爐的排氣溫度，因此真空除氧器的選擇既利用了低溫段煙氣，又避免了大氣式熱力除氧的復雜系統(tǒng)，較低的工作溫度更有利于鍋爐給水泵的正常運行。但是，用來建立真空的射水抽氣器需要消耗動力源。因此，若余熱鍋爐不帶自除氧設備，可選擇采用上述熱力除氧原理為真空除氧的除氧器。1.2.4冷卻機燒結機冷卻系統(tǒng)余熱發(fā)電的核心技術在于余熱的充分回收。由于燒結煙氣不穩(wěn)定，溫度和流量的波動均較大，同時冷卻機密封難度高，極易造成熱量損失，不能保證發(fā)電量，導致運行結果難以達到設計目標，這也是燒結余熱發(fā)電技術推廣率不高的根本原因。余熱發(fā)電冷卻系統(tǒng)可采用水密封鼓風環(huán)式冷卻機，該冷卻機總漏風率小于5%。通過加強對冷卻機和回收裝置的密封，保證收集到足溫足量的煙氣，提高余熱鍋爐的產汽量，進而提高發(fā)電量。1.2.5循環(huán)風機選用的風機具有雙重作用，當余熱鍋爐停運時，循環(huán)風機冷風吸入閥開啟，循環(huán)風機作為冷卻鼓風機使用；當余熱鍋爐運行時，該風機將余熱鍋爐廢氣出口低溫煙氣抽引后冷卻燒結礦。選擇循環(huán)風機時，壓頭既要滿足作為余熱鍋爐