蒸汽蓄热器在转炉余热发电工程中的应用

蒸汽蓄热器在转炉余热发电工程中的应用

吹炼期蒸汽发生钢圈的转炉生产周期。水泥生产周期通常为30.40分钟，干燥时间一般为10.16分钟。转炉仅在干燥期间产生蒸汽。这种间断、周期性的蒸汽无法满足汽轮发电机组的要求,为使间断供汽变为连续、稳定的汽源进入汽轮发电机组用于发电,在系统中设置蒸汽蓄热器来解决这一问题。1蒸汽蓄热器蒸汽蓄热器的工作原理:在压力容器中储存水,将蒸汽通入水中,使容器内水的温度和压力升高,形成压力一定的饱和水;在容器内压力下降的条件下,饱和水转化为过热水,并立即沸腾而蒸发产生蒸汽。蒸汽蓄热器形式有卧式、立式、球形三种。蒸汽蓄热器适用于以下情况:1)应用于蒸汽负荷波动较大、具有一定周期性的供热系统,其目的是稳定锅炉的供汽压力,提高供汽品质和锅炉热效率。2)应用于瞬时热耗极大的供热系统,可采用小的锅炉配置足够容量的蓄热器,目的是减少初期投资,保证供汽,提高锅炉热效率。3)应用于汽源间断供汽或流量波动的供热系统。装设蒸汽蓄热器后可以实现连续稳定供汽,转炉余热发电属于此种情况。4)应用于需要储存蒸汽供给随时应用的场合。蓄热器可以随时把富余蒸汽储存起来,也可以随时应对用户紧急用汽。2蒸汽蓄热器用于加热炉的剩余发电2.1集蒸发器压转炉余热发电蒸汽蓄热器系统如图1所示。多台转炉余热锅炉蒸汽分别接至集汽缸,为防止各锅炉之间相互影响,可在集汽缸前各蒸汽管上设止回阀。蓄热时,蒸汽由集汽缸集中供出,经自动调节阀V1、止回阀进入蓄热器蓄存。放热时,蒸汽由蓄热器汽水分离器经止回阀、自动调节阀V2供出接至汽轮机。管路中可根据需要在相应位置设置阀门。2.2自动关闭,稳定锅炉压力在转炉余热发电工程中,供汽参数稳定有利于汽轮机的运行,因此要对蓄热器的压力进行调节。蓄热器联接方式一般采用串联,自动调节装置一般采用压力自动调节。压力自动调节是以主汽管内的压力脉冲作为输入信号,通过自动调节阀来控制充热和放热,它是以阀前或阀后管道内汽压变化作信号的自动调节装置。自动调节阀V1为阀前压力信号控制的调节阀,当集汽缸供汽管内压力上升到给定值时,V1即自动开启,蒸汽进入蓄热器;当集汽缸供汽管内压力下降到低于给定值时,V1就自动关闭,以维持锅炉压力稳定。如果V1兼有阀后压力信号控制时,在蓄热器低压侧供汽管压力低于设定压力时,即使锅炉在设定压力之下,V1也受阀后压力信号的指令而开启,保持低压侧供汽压力。自动调节阀V2是减压阀,动作信号取自阀后。它的入口侧压力变化的幅度较大,随V1后的蒸汽母管压力和蓄热器内压力的变化而变化。它的出口侧蒸汽流量随汽轮机耗汽量的变化而变化,即使阀前阀后压差较大,V2也须保持阀后压力一定,所以V2的主要调节任务是保持供汽压力的稳定。在运行中当V1前集汽缸供汽管内压力升高到给定值时,V1自动开启,蒸汽通过止回阀,经蒸汽分配喷嘴进入蓄热器中进行热量释放,使水得到加热,阀的开度随集汽缸供汽管内压力的变化相应变动,维持锅炉压力稳定。当汽轮机开始用汽时,蓄热器低压侧供汽管内压力下降到给定值时,V2即开启,蓄热器中的饱和蒸汽顶开止回阀,进入低压侧供汽系统,阀的开度随低压侧供汽管内压力的变化相应变动,保持低压侧供汽管内压力稳定。V1阀是蓄热器高压侧的控制阀门,具有以下功能:1)溢流阀的作用。使锅炉在一定压力下产生定量蒸汽,起到蒸汽流量调节阀的作用。2)安全阀的作用。当蓄热器内的压力达到最高使用压力时,阀自动关闭,切断流进蓄热器的蒸汽,使蓄热器保持一定的压力,不至于超压使用。3)下限阀的作用。当蓄热器压力降低到接近低压侧供汽最低工作压力时,V1阀处于开启状态,防止低压侧供汽压力下降。V2阀是蓄热器蒸汽输出的一种高性能减压阀,不论蒸汽流量大小,均要保持阀后的蒸汽压力一定。2.3蒸热器的选择结合实例对蒸汽蓄热器的选型进行介绍。2.3.1参数：转炉参数11转炉重量80t;22式砖屑练习系统2座,2吹1或2吹2;31转炉仪式36min;4纯吊氧时间13min;51锅炉蒸汽压力2.45MPa;61建设期平均产气量70.2t/h;71平均每天蒸量25.35t/h。2.3.2蒸汽蓄热量gx在转炉余热发电工程中,蒸汽蓄热器用于把间断供汽的热源转变为连续供汽的热源,蓄热器的蓄热质量Gx主要取决于充热蒸汽的流量。Gx=Dc·tc/60=Dy·ty/60(1)式中:Gx—计算蓄热量,kg;Dc—吹炼期平均产汽量,kg/h;tc—充热时间(吹氧时间),min;Dy—冶炼期平均产汽量,kg/h;ty—转炉冶炼周期,min;计算得:Gx=(70.2-25.35)×13/60=9.7175t=9717.5kg。2.3.3压力损失计算确定蓄热器容积的基本方法有单位蓄热量法、热平衡法2种。锅筒设计压力为2.45MPa(表压),管网蒸汽压力为1.0MPa(表压),设蒸汽蓄热器前后管道及附件的压力损失各为0.05MPa,则蒸汽蓄热器的充热和放热压力为:蓄热器充热压力P1为锅筒设计压力与压力损失之差,计算得:P1=2.40MPa。蓄热器放热压力P2为管网蒸汽压力与压力损失之和,计算得:P2=1.05MPa。2.3.3.不同压力下蓄热器的充水系数,i21)单位蓄热量。q0=i1′−i2′12(i1′′+i2′′)−i2′γ1′(2)q0=i1′-i2′12(i1″+i2″)-i2′γ1′(2)式中:q0—单位蓄热量,kg/m3;i1′、i2′—压力为P1和P2时饱和水的焓,kJ/kg;i1″、i2″—压力为Pl和P2时饱和蒸汽的焓,kJ/kg;γ1′—压力为Pl时饱和水的密度,kg/m3。取:i1′=951.91kJ/kg,i2′=772.26kJ/kg,i1″=2801.67kJ/kg,i2″=2779.5kJ/kg,γ1′=838kg/m3。根据式(2)得:q0=74.6kg/m3。2)蓄热器容积。V=Gxq0ηφ(3)V=Gxq0ηφ(3)式中:V—蓄热器的容积,m3;η—蓄热器的热效率(0.95～0.99),取η=0.99;φ—蓄热器的充水系数(0.75～0.95),取φ=0.9。根据式(3)得:V=230m3。2.3.3.蓄热器蓄汽后水的总容积计算假设蒸汽蓄热器中蓄热后水的质量为G1,放热后(蓄热前)水的质量为G2,被积蓄的蒸汽质量Gx和G1、G2的关系:Gx=G1-G2。根据热平衡方程有:Qx=Q1-Q2(4)式中:Qx—蓄热蒸汽带入的热量,kJ;Q1—充汽后蓄热器中蓄存的热量,kJ。Q2—放热后(充汽前)蓄热器中蓄存的热量,kJ。则Gxi″=CG1t1-C(G1-Gx)t2。因此,蒸汽蓄热器蓄汽后液体的总质量为:G1=i1′′−Ct2C(t1−t2)⋅Gx(5)G1=i1″-Ct2C(t1-t2)⋅Gx(5)蒸汽蓄热器蓄汽后水的总容积为:V1=G1γ1′(6)V1=G1γ1′(6)蓄热器的容积为:V=V1φ=G1γ1′φ=i1′′−Ct2C(t1−t2)γ1′φGx(7)V=V1φ=G1γ1′φ=i1″-Ct2C(t1-t2)γ1′φGx(7)式中:tl—压力为Pl时饱和水温,℃;t2—压力为P2时饱和水温,℃;C—水的比热容,C=4.2kJ/(kg·℃)。其中:i1″=2801.67kJ/kg,tl=221.83℃,t2=182.05℃,γ1′=838kg/m3。计算得:V=246m3。以上两种方法均为近似计算,所得结果有所偏差,计算时可用两种方法对比取值。蓄热器选1台容积250m3或2台130m3均可。3按v阀的压力和流量调节1)利用转炉余热发电,必须设置蒸汽蓄热器,蓄热器的选型应合理。2)因为蓄热器的压力不断变化,V2阀前压力的变化幅度很大,阀后由于用汽负荷变化大,蒸汽流量变化也较大,所以要求该阀能正确进行一次减压,同时该阀的流量调节范围也要大。3)V1阀仅让高压侧蒸汽通过,V2阀使低压侧蒸汽保持一定的压力,两阀都需灵敏启闭。4减轻司炉的强度1)保持余热锅炉供汽压力稳定,改善锅炉运行状况,延长锅炉使用寿命,减轻司炉的劳动强度,提高锅炉运行热效率、供汽品质和供汽能