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        碳素余熱發(fā)電技術(shù)

        2018-10-21 09:32:10戚家迎黃國平
        名城繪 2018年9期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)與應(yīng)用

        戚家迎 黃國平

        摘要:罐式煅燒爐煙氣的余熱回收利用在國內(nèi)是比較成熟的技術(shù)。根據(jù)我公司現(xiàn)場標(biāo)定的數(shù)據(jù)以及南網(wǎng)電力、某有限公司提供的相關(guān)資料:總煙氣量約96670Nm3/h,煙氣溫度約850-950℃。根據(jù)熱平衡計(jì)算,以及熱電結(jié)合、以熱定電的原則,本設(shè)計(jì)采用凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。以煙溫900℃為設(shè)計(jì)基準(zhǔn),罐式爐余熱鍋爐可以產(chǎn)生3.82MPa、450℃過熱蒸汽39.13t/h,扣除汽水損失,進(jìn)入汽輪機(jī)過熱蒸汽參數(shù)為3.43MPa、435℃,37.96t/h,汽輪發(fā)電機(jī)組計(jì)算發(fā)電8068kW,考慮罐式煅燒爐產(chǎn)量、煙氣量及其溫度的波動(dòng)情況,汽輪發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量定為9000kW。

        關(guān)鍵詞:罐式煅燒爐;余熱發(fā)電;設(shè)計(jì)與應(yīng)用

        一、工程概況

        本工程為利用公司6個(gè)罐式煅燒爐車間余熱建設(shè)的一座9000kW中溫中壓余熱發(fā)電站,就工程本身而言,不消耗能源,是一個(gè)具有利廢(充分利用廢氣余熱)、環(huán)保(大量減排CO2)、節(jié)能(進(jìn)一步降低碳素廠生產(chǎn)電耗)三重效果的項(xiàng)目。

        二、工程設(shè)計(jì)原則

        (1)本工程為碳素罐式煅燒爐配套余熱發(fā)電工程,汽輪發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量定為9000kW;(2)鍋爐島布置五臺(tái)中溫中壓余熱鍋爐,汽輪發(fā)電機(jī)島按照一臺(tái)機(jī)組考慮;(3)配置1臺(tái)大氣式熱力除氧器,1臺(tái)低壓加熱器,1臺(tái)高壓加熱器;(4)鍋爐補(bǔ)給水采用除鹽水,采用反滲透+混床+加氨工藝;(5)設(shè)備冷卻水采用循環(huán)水,循環(huán)水采用機(jī)力冷卻塔進(jìn)行冷卻,鋼混結(jié)構(gòu),并配置循環(huán)水旁濾裝置;(6)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備冷卻水、循環(huán)水補(bǔ)水采用工業(yè)水,與廠區(qū)內(nèi)原有工業(yè)水系統(tǒng)連接;(7)熱工控制部分采用分散控制系統(tǒng);(8)繼電保護(hù)裝置采用微機(jī)型,本工程設(shè)立獨(dú)立的直流電源,容量只考慮本工程直流容量。

        三、余熱發(fā)電系統(tǒng)方案

        碳素罐式煅燒爐余熱發(fā)電的熱力系統(tǒng)主要由余熱鍋爐和汽輪機(jī)汽水系統(tǒng)組成,汽輪機(jī)、鍋爐本體的熱力系統(tǒng)隨設(shè)備整體采購。

        1余熱鍋爐。(1)鍋爐總體布置。鍋爐為立式、露天布置,整體結(jié)構(gòu)為“∏”型,由一個(gè)上部連接煙道把鍋爐前部膜式水冷包墻和尾部受熱面連成“∏”型結(jié)構(gòu)。(2)煙氣系統(tǒng)。煙氣→進(jìn)入鍋爐膜式壁→從上往下分別沖刷高溫過熱器→減溫器→低溫過熱器蒸發(fā)器→省煤器。(3)水系統(tǒng)。給水→省煤器→鍋筒→下降管→膜式壁下集箱、蒸發(fā)器進(jìn)口集箱→膜式壁、蒸發(fā)器→上集箱和引出管→鍋筒→分離出飽和蒸汽→低溫過熱器→噴水減溫器→高溫過熱器→集汽集箱。

        鍋爐蒸發(fā)系統(tǒng)為自然循環(huán)。

        2汽水循環(huán)系統(tǒng)

        汽水循環(huán)系統(tǒng)主要由余熱鍋爐(汽水系統(tǒng))和汽輪機(jī)以及輔助設(shè)備和管道組成。設(shè)置給水回?zé)嵯到y(tǒng),采用大氣式熱力除氧器。

        (1)主蒸汽系統(tǒng)。來自余熱鍋爐的新蒸汽送到主廠房分汽缸,經(jīng)隔離閥至主汽門,再經(jīng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入汽輪機(jī)作功,做完工后的乏汽進(jìn)入凝汽器凝結(jié)為水,經(jīng)凝結(jié)水泵、低壓加熱器、除氧器、給水泵以及高壓加熱器送回鍋爐。(2)軸封系統(tǒng)。為了減少汽輪機(jī)汽缸兩端軸封處的漏氣損失,在軸伸出氣缸的部位均裝有軸封,分別由前汽封、后汽封和隔板汽封,汽封均采用高低齒型迷宮式。 (3)疏水系統(tǒng)。在汽輪機(jī)啟動(dòng)、停機(jī)或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),要把主蒸汽管道及其分支管道、閥門等部件中集聚的凝結(jié)水迅速地排走,否則進(jìn)入汽輪機(jī)通流部分,將會(huì)引起水擊,另外會(huì)引起其它用汽設(shè)備和管道發(fā)生故障。(4)凝結(jié)水系統(tǒng)。凝汽器熱井中的凝結(jié)水,由凝結(jié)水泵經(jīng)抽氣器、軸封加熱器、低壓加熱器送至熱力除氧器。

        汽輪機(jī)啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),為了保證有足夠的凝結(jié)水量通過軸封加熱器中的冷卻器,并維持熱井水位,在軸封加熱器后的主凝結(jié)水管道上裝設(shè)了一根再循環(huán)管,使一部分凝結(jié)水可以在凝汽器及軸封加熱器之間循環(huán),再循環(huán)水量的多少由再循環(huán)管道上的閥門來控制。(5)真空系統(tǒng)。汽輪機(jī)運(yùn)行需要維持一定的真空,必須抽出凝汽器、凝結(jié)水泵等中的空氣,它們之間均用管道相互聯(lián)通,然后與射水抽氣器連在一起,組成一個(gè)真空抽氣系統(tǒng)。 (6)循環(huán)水系統(tǒng)。凝汽器、冷油器以及發(fā)電機(jī)的空氣冷卻器必須不斷地通過冷卻水,以保證機(jī)組的正常工作,冷卻水管道、循環(huán)水泵、補(bǔ)充用的工業(yè)水管道及冷卻循環(huán)水的冷卻設(shè)備總稱為循環(huán)水系統(tǒng)。①循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為凝汽器、冷油器以及發(fā)電機(jī)的空氣冷卻器提供冷卻水,采用機(jī)力通風(fēng)冷卻塔循環(huán)系統(tǒng),其補(bǔ)充水來自廠區(qū)工業(yè)水。②工業(yè)水系統(tǒng)。工業(yè)水由總廠管道過來,做為循環(huán)冷卻系統(tǒng)補(bǔ)充水和工業(yè)設(shè)備冷卻水。(7)給水回?zé)嵯到y(tǒng)。汽輪機(jī)有3級(jí)抽汽,分別供給高壓加熱器、熱力除氧器和低壓加熱器。1級(jí)抽汽作為高壓加熱器的加熱汽源,2級(jí)抽汽作為除氧器的加熱汽源,3級(jí)抽汽作為低壓加熱器的加熱汽源。

        3余熱鍋爐與碳素罐式煅燒爐的銜接

        碳素罐式煅燒爐的煙氣溫度為850-950℃,經(jīng)高溫?zé)煿芩腿胗酂徨仩t,依次經(jīng)過膜式壁、高溫過熱器、減溫器、低溫過熱器、蒸發(fā)器以及省煤器,余熱鍋爐產(chǎn)生主蒸汽,煙氣溫度降到180-200℃后,由引風(fēng)機(jī)送入煙囪排入大氣。

        4主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

        (1)裝機(jī)容量:9000kW;(2)計(jì)算平均發(fā)電功率:8068kW; (3)年運(yùn)行時(shí)間(h):8000;(4)年發(fā)電量(104kWh):6454.4; (5)自用電率(%):10;(6)年供電量(104kWh):5808.96.

        5系統(tǒng)流程

        在碳素廠罐式煅燒爐的煙道出口處將廢氣經(jīng)余熱鍋爐吸熱后降溫至201℃左右,由風(fēng)機(jī)送至原生產(chǎn)線煙囪。

        6車間布置

        (1)汽機(jī)房

        汽機(jī)房采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。總長度24m,汽機(jī)房跨度為18m,電控樓跨度8m。

        ±0.000m層布置有凝結(jié)水泵、冷油器、油泵、疏水箱、疏水泵、事故油箱、射水箱、射水泵、給水泵等。

        7m層布置熱力除氧器。

        (2)余熱鍋爐(5臺(tái))

        各車間布置余熱鍋爐均就地布置于各車間附近空地上。

        (3)化水間、循環(huán)水泵房和冷卻塔

        化水間單獨(dú)布置,內(nèi)有一級(jí)反滲透裝置、除鹽水泵等設(shè)備,清水箱、除鹽水箱等布置在室外;循環(huán)水泵房暫擬采用半地下式布置方式,內(nèi)有循環(huán)水泵等設(shè)備,布置在汽機(jī)房附近。

        四、能耗狀況和能耗指標(biāo)分析

        本項(xiàng)目配套建設(shè)9MW裝機(jī)容量的余熱發(fā)電系統(tǒng),平均發(fā)電功率8068kW計(jì)算,年發(fā)電量達(dá)到6454.4×104kWh,扣除自用電后年供電量達(dá)到5808.96×104kWh,經(jīng)濟(jì)效益方面分析,3~4年便可回收全部投資;環(huán)境效益方面分析,按2011年全國火電機(jī)組的平均供電煤耗為333g/kWh標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算,年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤19343.8t,每年減少CO2排放量48359.5t。

        參考文獻(xiàn):

        [1]《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095—1996) .

        [2]《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13271—2001) .

        [3]《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》(GB12348—1990) .

        [4]《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096—1993) .

        [5]《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996) .

        [6]《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002) .

        (作者單位:南京凱盛開能環(huán)保能源有限公司)

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