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        球團余熱發(fā)電模型的建立和優(yōu)化

        2012-05-04 10:44:46謝天寶
        中國設(shè)備工程 2012年10期
        關(guān)鍵詞:豎爐球團汽包

        謝天寶

        (濟鋼集團有限公司煉鐵廠,山東 濟南 250101)

        一、前言

        濟鋼集團有限公司煉鐵廠現(xiàn)有球團豎爐3臺,導(dǎo)風墻水梁采用氣化冷卻結(jié)構(gòu),與水梁聯(lián)通的汽包產(chǎn)生蒸汽量大約為13t/h,除少量蒸汽用于冬季采暖外,大部分蒸汽直接排放到大氣,極大地浪費了能源,并產(chǎn)生較大的噪聲和熱污染。為此濟鋼采用螺桿膨脹動力技術(shù),建立球團余熱發(fā)電機組(圖1),有效利用了這部分低溫余熱資源。工藝參數(shù)見表1。

        表1 球團螺桿膨脹動力發(fā)電機工藝參數(shù)

        二、球團余熱發(fā)電機組運行存在的問題

        在球團螺桿膨脹發(fā)電投運初期,由于球團余熱發(fā)電工藝參數(shù)和工藝操作匹配不當,機組運行效率較低,系統(tǒng)蒸汽壓力在0.25~0.5MPa之間頻繁變化,機組發(fā)電量約為110kW·h,月發(fā)電量僅為8萬kW·h,不能達到設(shè)計要求。其原因分析如下。

        (1)球團余熱產(chǎn)生的蒸汽熱源比較分散,蒸汽在輸送過程中損耗較大;

        (2)蒸汽溫度和壓力較低,屬于低品質(zhì)蒸汽;

        (3)蒸汽速度波動較大。

        在汽包補水過程中汽包產(chǎn)生蒸汽的速度迅速下降,造成發(fā)電機組發(fā)電效率低下;在汽包補水完成后,蒸汽速度迅速上升,極有可能造成發(fā)電機組跳閘。

        三、球團余熱發(fā)電模型的建立和優(yōu)化

        1.模型的假設(shè)

        (1)豎爐爐況穩(wěn)定,熱工參數(shù)保持不變,蒸汽產(chǎn)生速度近似不變。

        (2)發(fā)電機組設(shè)備運行穩(wěn)定,油壓、水壓保持穩(wěn)定,進口調(diào)節(jié)閥門可靠運行。

        (3)汽包設(shè)備運行穩(wěn)定,液位計、壓力表顯示準確,安全閥、放散閥可靠運行。

        (4)環(huán)境溫度基本穩(wěn)定,環(huán)境溫度對蒸汽管路的影響可以忽略。

        (5)試驗過程中,汽包蒸汽放散閥門開度關(guān)閉。

        2.符號說明

        M——產(chǎn)生蒸汽的質(zhì)量;

        h——汽包液位;

        i——豎爐汽包號碼。

        3.模型建立

        (1)汽包上水量。

        如圖2所示,汽包軟水吸收水梁熱量變成蒸汽返回汽包。汽包產(chǎn)生蒸汽的速度等于汽包水消耗的速度(即汽包上水速度),液位低于200mm,汽包上水,液位高于400mm停止上水。表2為各豎爐汽包單次上水和消耗時間。

        表2 汽包運行參數(shù)

        (2)曲線擬合。

        以3#汽包為例(見表3),計算汽包產(chǎn)生蒸汽的速度。利用Matlab軟件,對蒸汽產(chǎn)生曲線進行擬合(圖3)。

        表3 3#汽包液位變化表

        (3)汽包蒸汽產(chǎn)生的速度。

        根據(jù)曲線模型可以大致推測出蒸汽產(chǎn)生速度大致符合冪函數(shù),利用冪函數(shù)對3#汽包蒸汽產(chǎn)生速度進行擬合。

        擬合模型函數(shù)(3#汽包蒸汽在x時刻產(chǎn)生的瞬時速度)(見圖4):

        同理,2#汽包蒸汽產(chǎn)生速度方程:

        4#汽包蒸汽產(chǎn)生速度方程:

        模型驗證:根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗,汽包在液位低于200mm時給汽包補水,大量冷水補充入水梁,蒸汽產(chǎn)生速度迅速下降,在汽包補水完成正常運行后,蒸汽產(chǎn)生速度逐漸上升。

        模型與實際生產(chǎn)相吻合,模型基本有效。由于3臺豎爐大小存在差異,熱參數(shù)不一樣,3臺汽包產(chǎn)生蒸汽速度略有差異。

        (4)系統(tǒng)模型的組合狀態(tài)。

        各汽包上水時間和運行時間存在差異,根據(jù)各汽包產(chǎn)生蒸汽的函數(shù)方程,對汽包上水和運行時間蒸汽產(chǎn)生速度取中運算(表4)。

        表4 t/h

        根據(jù)發(fā)電機參數(shù)進汽流量9t/h,最大10t/h(如表5所示),序號1、4、8組合,不能滿足發(fā)電機進汽要求,需調(diào)整汽包放散閥。

        ①組合1狀態(tài),也就是3臺豎爐同時上水時,蒸汽產(chǎn)生速度小于9t/h。

        ②組合4、8狀態(tài),也就是3#、4#汽包正常運行狀態(tài),3臺汽包蒸汽產(chǎn)生速度大于10t/h,根據(jù)發(fā)電機組運行參數(shù),適當打開2#汽包放散閥門。

        ③組合2、3、5、6、7狀態(tài),蒸汽產(chǎn)生速度滿足發(fā)電機要求。

        四、球團余熱發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化

        根據(jù)得到的系統(tǒng)模型的組合狀態(tài)進行分析,對球團余熱發(fā)電工藝參數(shù)和工藝操作進行匹配。

        表5 3臺汽包運行蒸汽產(chǎn)生速度匯總 t/h

        (1)3臺豎爐同時上水時,蒸汽產(chǎn)生速度小于9/h,系統(tǒng)蒸汽壓力大幅度下降。關(guān)閉2#汽包放散閥門,把3臺汽包產(chǎn)生蒸汽全部用于發(fā)電。

        (2)3#、4#汽包正常運行狀態(tài),2#汽包上水或運行狀態(tài),3臺汽包蒸汽產(chǎn)生速度大于10t/h,系統(tǒng)蒸汽壓力在安全閥上限運行。打開2#汽包放散閥門至50%。

        (3)3臺豎爐正常生產(chǎn)情況下,確保3#、4#汽包放散閥門關(guān)閉狀態(tài),使3#、4#汽包回汽閥門處于打開狀態(tài)。

        (4)單臺豎爐停產(chǎn)或檢修狀態(tài)下,關(guān)閉該爐座汽包放散閥和回汽閥門,避免系統(tǒng)蒸汽回灌。

        五、結(jié)論

        自2008年6月正式投產(chǎn)以來,該系統(tǒng)運轉(zhuǎn)正常。通過球團余熱發(fā)電系統(tǒng)的建立,球團余熱蒸汽污染得到解決,并得到8萬kW·h的月發(fā)電收益;通過球團余熱發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化,發(fā)電工藝參數(shù)和工藝操作得到匹配,系統(tǒng)蒸汽壓力穩(wěn)定在3.5~4MPa,小時發(fā)電量從原來110kW·h上升到170kW·h左右,月發(fā)電量從8萬kW·h上升到平均12萬kW·h,大大提高了球團余熱發(fā)電機組的運行效率,降低了能耗,減少了噪聲和熱污染。

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