高海宏

（山西國控環(huán)球工程有限公司，山西 太原 030006）

1 概述

長期以來，一般情況下，在襄陽的工廠中會產生剩余的煤氣，以及在排放過程中產生的廢氣和煙塵，對于空氣來說污染程度比較嚴重，特別是在一些濕潤的環(huán)境中產生的蒸汽，蒸汽中帶出大量的教程和一些硫化物，這些有害物質排放到空氣中，對人體的傷害是非常大的。而且對于環(huán)境來說，污染程度也是比較高的，也會造成巨大的能源浪費。根據(jù)國家有關產業(yè)政策、有關產業(yè)結構調整及節(jié)能環(huán)保等方面的內容，焦化行業(yè)中傳統(tǒng)的濕法熄焦越來越被干法熄焦所取代。而在干法熄焦工藝中會產生大量的熱能，充分利用這部分能量，利用鍋爐產汽、汽輪機發(fā)電，這無疑會降低企業(yè)成本，使企業(yè)有更強的競爭力。同時，干熄焦時大大降低了焦炭的水分，節(jié)約了用水，產生了明顯的環(huán)境效益和顯著的社會效益，達到了“合理利用資源，保護環(huán)境”的要求。下面我以我做過的一項目，即150t/h 干熄焦1×15MW 發(fā)電項目為例對干熄焦發(fā)電系統(tǒng)中的鍋爐、汽輪機主要熱力裝置的選型設計做一介紹，達到干法熄焦余熱發(fā)電技術推廣應用、實現(xiàn)清潔生產及能源的綜合利用的目的。

2 干法熄焦換熱系統(tǒng)的流程及熱源的產生

在生產過程中，焦爐中產生的一些紅焦炭裝入了干熄爐里，在這些干熄爐煉焦炭與本身存在的一些惰性氣體會直接進行一個氣體交換的現(xiàn)象，在焦炭被冷卻時，整個容器內產生的溫度為200℃循環(huán)的一些氣體，將這些焦炭進行冷卻后，里面含有的惰性氣體就會根據(jù)這個裝氣的裝置，直接鼓入干熄爐，其剛剛放入的一些紅熱焦炭進行一個換屆的操作，這些紅熱的焦炭平均的溫度為1000℃，經過第一次排放，整個裝置中的熱氣氣墊里面的溫度均衡，在900℃左右進入干熄爐內，這些干熄爐內的氣體與剛剛放入的紅熱焦炭進行轉換溫度就會降到200℃左右，油鍋爐中出現(xiàn)的一些冷氣體在進行裝置排放，并且經過第二次除塵后，有一些風機進行加壓，再經過冷卻至100℃左右，再進入干熄爐內一些紅色焦炭進行循環(huán)使用。

本例中赤熱焦炭產量150t/h，干熄焦鍋爐入口循環(huán)氣體參數(shù)：循環(huán)氣體流量193000～212000Nm3/h。

干熄焦鍋爐出口處循環(huán)氣體溫度：160～180℃(計算溫度165℃)。我們可以根據(jù)如上的參數(shù)來分別研究在裝置中，以下四種成分的所占比例，以及溫度的問題在循環(huán)的氣體中，由于我們計算溫度的改變情況，所以，這些氣體所包含的溫度是900℃左右。另外，在裝置中氣體的壓力也是比較大的，一般處于負1000 左右，在氣體中難免會混入一些雜質，我們?yōu)榱顺ミ@些雜質，還要計算氣體中含塵的一些濃度問題，一般持續(xù)在15 克每平方米左右，循環(huán)的氣體中包括一些氫氣和氧氣，還有一些水分，另外，氮氣也是最多的，它所占的比例大約在3/4 左右。

920℃時，循環(huán)氣體各種成分的比熱C（kJ/m3K）：H21.324,O21.459,CO 1.405,H2O 1.689,CO22.189,N21.384。

165℃時，循環(huán)氣體各種成分的比熱C（KJ/m3K）：H21.301,O21.329,CO 1.307,H2O 1.510,CO21.762,N21.302。

3 鍋爐主機的選型計算

整個裝置使干熄焦能連續(xù)可靠地運行，同時吸收其熱量產生蒸汽并加以有效利用。干熄焦鍋爐安全可靠、連續(xù)穩(wěn)定運行是干熄焦裝置正常生產的關鍵。

本工程干熄焦熱力系統(tǒng)組成有干熄焦鍋爐、除氧給水泵站。整個工程中一些焦熱力系統(tǒng)是由兩個部分所組成的。一個部分就是干熄焦鍋爐，第二個部分就是除氧緊張水泵站，我們根據(jù)這兩個裝置研究它們所對應的作用，以及在工程中所發(fā)揮的作用。干熄焦鍋爐，它的作用主要是降低干熄焦系統(tǒng)中所包含的循環(huán)氣體溫度以及這些氣體吸收的熱量，并且在這些氣體吸收的過程中，還有一些蒸汽的作用，來供給整個裝置的供熱和發(fā)電，這樣就會達到紅熱的裝置里面循環(huán)氣體可以達到熄焦時，吸收的熱量能夠得到回收的作用，所以，只要我國的技術在干熄焦鍋爐的應用中不斷地發(fā)展，這些干熄焦鍋爐的壓力等級可以分為兩個層次，一個是中級的，一個是高級的。蒸汽用于純凝機組電發(fā)電時，這些高中專業(yè)的中介比較多，給鍋爐業(yè)的水泵壓力增大的也很多，在同等規(guī)模的條件下，一次性投資比較大。另外一些壓力鍋，一次性的投資比較少，那么在維護上也是有一定的危險性的，所以根據(jù)本工程的實際情況，我們選擇一些比較高的裝置，這樣能夠增加在施工過程中的安全性。

干熄焦鍋爐汽水系統(tǒng)工藝流程：

第二個研究的部分是干熄焦鍋爐汽水系統(tǒng)整個的工藝流程，我們通過大約140°的鍋爐給水進行升溫，首先，要放在煤氣中，氫煤氣換熱后再將所有的氣體裝若干學校鍋爐，那鹵水內的一部分下降進入蒸汽的裝置中，飽和的水在這些蒸發(fā)器內會進行汽化，這些已經形成了汽化的混合物，在壓力的作用下，能夠進入氣泡中的水，另一部分會進入模式的水冷壁中，在這些水冷壁內會進行吸熱的現(xiàn)象，在這壓力的作用下也會進行成為一個氣泡。第二個口供熱氣主要是根據(jù)斷閥之間的管道中設置一些自動調節(jié)的設置，來確保干熄焦鍋爐內的蒸汽滿足我們裝置運行的要求，從而能夠達到汽輪發(fā)電中使用的條件。

干熄焦鍋爐容量的確定：

循環(huán)氣體入口焓Hmin=19.3×104×920×(0.01×1.324+0.005×1.459+0.04×1.405+0.06×1.689+0.15×2.189+0.735×1.384)=270.5×106KJ/h

Hmax=21.2×104×920×(0.01×1.324+0.005×1.459+0.04×1.405+0.06×1.689+0.15×2.189+0.735×1.384)=297.2×106KJ/h

循環(huán)氣體出口焓Hmin=19.3×104×165×(0.01×1.301+0.005×1.329+0.04×1.307+0.06×1.510+0.15×1.762+0.735×1.302)=44.07×106KJ/h

Hmax=21.2×104×165×(0.01×1.301+0.005×1.329+0.04×1.307+0.06×1.510+0.15×1.762+0.735×1.302)=48.41×106KJ/H

鍋爐給水焓440kj/kg(104 ℃)，過熱蒸汽焓3475.06kJ/kg(10MPa，540 ℃)，鍋爐效率為η=96%，則產生的蒸汽量為Qmin=(270.5×106-44.07×106)×0.96/(3475.06-440)=71.62t/h

Qmax=(297.2×106-48.41×106)×0.96/(3475.06-440)=78.70t/h

如果循環(huán)氣體的溫度按950℃計算，則鍋爐的容量為Qmin=74t/h，Qmax=81.3t/h

目前在干熄焦鍋爐的使用過程中均采用吊掛式結構，在干熄焦鍋爐的第二次過熱的過程中會采用不銹鋼的材質來進行施工，吊掛是主要是為了保護試管和水冷壁耐磨時為了防止損壞而構成的，這樣有效的解決辦法，能提高鍋爐的防腐破損等問題，也提高了那些小鍋爐的工作效率，還延長了整個系統(tǒng)的使用壽命。這個工程的干熄焦鍋爐主要也是采用一些先進的高溫高壓自然循環(huán)使用材料的鍋爐進行的。

為保證干熄焦鍋爐安全可靠、穩(wěn)定連續(xù)的運行，本工程建除氧給水泵站1 座。以實現(xiàn)干熄焦鍋爐正常運行的給水、給水除氧、爐內加藥、給水加藥和汽水取樣。主要設備組成有除氧器1 臺、鍋爐給水泵2 臺、除氧給水泵2 臺、磷酸鹽加藥裝置1 套、除氧劑加藥裝置1 套、加氨裝置1 套等設備。

除鹽水管網對整個系統(tǒng)來說的作用就是要先進入除氧給水泵站附近的一些充電箱站，水泵站加壓，再送至還有切熱的換熱器中，經過換熱升溫至大約70℃的換氧器中，脫鹽除氧水經鍋爐給水泵加壓送至干熄焦鍋爐。

表1 干熄焦鍋爐系統(tǒng)主要設備

4 汽輪機主機的選型

汽輪機的選型與常規(guī)發(fā)電沒有區(qū)別，只是由于干熄焦鍋爐為適應焦碳的產量而配置，屬于余熱鍋爐，是非標產品，同時可能還要滿足生產工藝的抽汽要求，因而干熄焦配套的汽輪機一般為非標產品。本工程設置一臺汽輪發(fā)電機組，根據(jù)業(yè)主要求，站內配置1 臺C15-8.83/1.25 抽汽凝汽式汽輪機組，其額定功率N=15000kW，并相應地配置1 臺QFW-18-2型發(fā)電機，其額定功率N=18000kW，額定電壓U=10500V。

工藝流程：干熄焦鍋爐所產的蒸汽通過區(qū)域管廊的主蒸汽管道進入汽輪發(fā)電站內，經主汽門進入汽輪機。汽輪機的進汽參數(shù)P=8.83MPa（絕），t=535℃。蒸汽在汽輪機內完全做功后由冷凝裝置冷卻成凝結水，一部分蒸汽經過汽輪機的抽汽系統(tǒng)并入廠區(qū)相同壓力級別的蒸汽管網，汽輪機的抽汽壓力為P=1.25MPa（絕），抽汽溫度t=334℃，抽汽量為35t/h。

汽輪機排汽經凝汽系統(tǒng)冷卻后排入熱井，經凝結水泵加壓送至軸封冷卻器換熱后，通過區(qū)域熱力管廊進入除氧給水泵站的除氧水箱。

汽輪發(fā)電機組每年考慮20 天的檢修（與干熄焦鍋爐同步），其主要技術經濟指標如下：

進汽量為74t/h，抽汽35t/h。小時發(fā)電量：～14350kW 年發(fā)電量：～118.818×106kW.h

除鹽水站：為滿足本工程干熄焦鍋爐正常補水量：33 t/h，開工階段最大用水量：80t/h 的需要，建一座除鹽水站。除鹽水站水處理能力按內設2×40t/h（反滲透裝置）考慮。

5 結語

通過上面系統(tǒng)的介紹，大家對干熄焦余熱發(fā)電系統(tǒng)的設計有了比較全面的了解，與傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)主要區(qū)別就是燃料熱源的不同。充分利用了干法熄焦的余熱，更主要的節(jié)約了能源，保護了環(huán)境，造福后代，獲得了可觀的社會效益。干法熄焦余熱發(fā)電系統(tǒng)的設計,在焦化行業(yè)，對于一個熱能動力工程師來說也是必不可少掌握的內容之一。

通過多年的干法熄焦余熱發(fā)電項目的設計運行及理論計算，總結出每噸紅焦可以產生10MPa,540℃的高溫高壓蒸汽0.5～0.54t，需循環(huán)氣體流量～1300Nm3/h。