钢铁企业烧结余热发电设备选型

钢铁企业烧结余热发电设备选型1.1选型原则设备选型应遵循以下原则[7]：（1）采用成熟稳定、实用可靠的中低温烟气余热回收发电技术及国产设备，技术装备水平达到国际先进水平；（2）选用国产成熟设备，降低生产成本和基建投入；（3）系统简洁可靠、方便检修维护，充分利用厂区现有设施，合理布置热力发电机组设备、系统。1.2部分主要设备的选型要求及选择1.2.1余热锅炉余热锅炉是余热发电系统的关键设备和核心，如何将富含能量的热介质回收汇集以及引出，进而通过余热锅炉进行能量转换是一个技术难点，余热锅炉本身的设计一定程度上决定了余热回收利用的比例和彻底性。余热锅炉取的排烟温度越低，锅炉的受热面布置越多，回收的烟气余热量越大。但锅炉等系统的投资会随受热面积增加而增加。余热锅炉的选取需要考虑以下几点[16]：（1）余热锅炉进气温度比较低，因此余热锅炉的传热温差比较小，其最小传热温差的选取不仅决定余热锅炉的成本，而且决定了主蒸汽的参数。（2）余热源中含有SO2等酸性气体和水蒸汽，从而存在酸露点温度，当温度低于酸露点温度时将严重腐蚀尾部烟道的受热面。（3）锅炉布置可分为立式、卧式两种。目前的国外余热锅炉多采用卧式布置，国内则存在两种布置。立式布置具有占地面积小、灰尘收集方便、烟气流动均匀、传热系数高的优点，但积灰以及积灰清除差于卧式，管束间易出现搭桥现象，耗钢量相对较大。锅炉布置在综合考虑安装条件的基础后选择立式。（4）由于热源含尘浓度大，为防止磨损的发生，采用合理的流速设计，合理组织烟气动力场，使烟气流动均匀，避免局部过速磨损。同时粉尘粒度小，极易在锅炉受热面上积灰，导致传热系数下降，因此在锅炉设计时需考虑除灰。炉前需设置高效旋风除尘器或电除尘器，除去大部分的粉尘。炉内受热面最好使用模式壁和光管结构，减少积灰的可能，并适当的增加受热面积，防止锅炉出力不足。在设计锅炉时还需设计清灰系统，目前多采用超声波吹灰、压缩气体吹灰和振打清灰。由于余热利用产生的蒸汽压力和流量不大的原因，蒸汽吹灰在余热发电中基本不使用。（5）余热锅炉烟气的流动由炉尾的引风机维持，因此在余热锅炉尾部形成很大的负压区，一般多在5~7kPa左右。漏风将严重影响蒸发量及主蒸汽温度，增加引风机等后续设备电耗。锅炉需整体采用钢板全焊接密封，并对管子穿墙处及炉门采用适当的密封。因此，余热锅炉采用适用于中低温烟气余热回收和利用的双压、立式、无补燃自然循环锅炉。这种锅炉采用双通道烟气进气系统，高温烟气经部分高压受热面换热，低温烟气经部分低压受热面换热，高温烟气烟温降至与低温烟气相当后，两股烟气混合再与其余的受热面换热，充分利用不同品质的烟气，实现烟气热能的梯级利用。锅炉带有自除氧装置，无需额外的除氧装置及其所需的加热蒸汽设备。特别是在余热锅炉冷态启动阶段，现场无法提供除氧加热蒸汽的情况下，可有效保障余热锅炉的正常运行。1.2.2汽轮机组余热蒸汽进汽参数不稳定、比容大、湿度大等特点，要求在汽轮机设计中考虑[17]。汽轮机组的选取需要考虑以下几点：（1）进汽参数不稳定要求汽轮机的进汽调节系统必须能适应进汽参数的波动，保证汽轮机稳定、安全运行。在主蒸汽前需设置压力调节器控制调节阀，当新蒸汽压力降低时，关小调节阀，防止由于余热锅炉的蒸发量不足，促使压力进一步降低，汽轮机通流末级产生鼓风；反之开大调节阀。（2）余热发电用汽轮机为了快速启动，而且能够在滑压方式下运行，喷嘴配汽在空载和低负荷时只有部分进汽度，这种情况对汽机暖机不利，特别在快速启动时尤为明显，因此余热发电汽轮机采用节流配汽，不设调节级。汽机启动时靠调节阀控制转速，使发电机并网；正常运行时，调节阀全开，汽轮机处于滑压运行状态。此种进汽方式使汽轮机进汽部分始终处于均匀受热状态，这样就能满足在整个启动过程，及低负荷时能够保证汽机进汽均匀，以利于汽机快速启动，提高通流效率。（3）主蒸汽参数低，蒸汽比容增大，要求汽轮机的进汽能力比常规机组大，因此要加大主汽阀口径或增加主汽阀数量。为增加余热发电单位利用率而采用的双压系统，汽轮机必须具有补汽能力。首先设计汽缸时需加大补汽进入的汽缸空间，补汽口采用蜗壳结构，并使补汽的流动方向与汽轮机旋转方向一致，从而使补汽进入汽缸后能够迅速扩散，减少对主流蒸汽的冲击。其次合理设计补汽口的位置，防止由于补汽与主汽之间的温度差使汽缸壁温度发生变化，造成上下缸温差增加，膨胀不均匀，甚至使机组振动增大，影响机组安全、稳定运行。（4）余热发电的补汽多为饱和蒸汽，导致汽轮机末几级相对湿度较大。这不仅增加了机组甩负荷时由于汽机负荷变化导致部件表面水膜闪蒸而引起的超速危险，而且造成汽轮机通流部件的严重侵蚀，汽轮机的安全将受到严重威胁，大大缩短机组使用寿命，而且降低汽轮机的热效率。因此必须采取有效的去湿措施减小蒸汽湿度，并对汽轮机零部件采取防侵蚀的措施来抵抗湿蒸汽的侵蚀，从而减少湿度大给机组带来的各种危害。在补汽进口前增加了防水滴滤网或汽水分离器，减少了进入汽缸内的水滴。通流设计时过加大静叶和动叶的轴间间隙使水滴能充分的雾化，可以减少动叶的腐蚀。汽缸下半设置疏水口，尽可能保证汽缸内壁形状平滑，确保通过重力作用使积水连续流动，通过底部疏水口或排汽管排出。末几级动叶片后设置去湿槽和捕水腔室，收集由于离心力而向外飞出的沉积在动叶表面上的水分。在静止部套的中分面、连接突肩处镀不锈钢保护层防止湿蒸汽的缝隙侵蚀，末几级动叶片背弧顶部焊接整条的司太立合金片，动叶采用电火花强化处理以加强强度，达到防水蚀的目的。（5）余热锅炉排汽将在整个系统中循环利用，在汽轮机的启动和故障停机时，工业系统和余热锅炉还将继续运行。因此在系统中必须设有旁路系统，回收多余蒸汽。在汽机主汽阀前设置旁路系统，主蒸汽通过减温减压阀，流入凝汽器，补汽由于压力低可直接排入凝汽器，从而减少由于汽轮机原因导致的整个工业系统的停机。因此，本系统采用补汽凝汽式双压汽轮机组，该机组有利于提高发电效率。余热锅炉产生的中压蒸汽进入汽轮机中压段做功，低压蒸汽从低压段入口进入汽轮机做功。双压汽轮机虽然增加了汽轮机末级叶片的高度和制作强度要求，增加了汽轮机约15%的造价，但产生的经济效益更高。通过测算，双压汽轮机组比单压汽轮机组发电量约增加15%～20%，在3年内即可收回全部投资[7]。1.2.3除氧器该余热发电系统中，虽然采用了带自除氧装置的余热锅炉，但在此仍对除氧器的选择进行详细描述，以备选择。为了保证余热锅炉的给水水质要求，防止热力设备及其管道的腐蚀，必须除去在锅炉给水中的溶解氧和其他气体。目前除氧方法主要有化学除氧、热力除氧。化学除氧法只能除去水中的氧，但不能除去其他气体，且药品价格昂贵，后期运行费用上升，因此不为首选。热力除氧按工作压力分为真空除氧、大气式除氧以及高压除氧。在工程上对除氧压力的选择主要决定于技术经济比较，目前在余热发电中用的比较多的是真空除氧和大气式除氧。（1）大气式除氧器对进口水温要求较高，一般104℃，在余热发电系统中不设低压加热器，因此凝结泵出口水温度难以满足其工作要求，造成除氧效果不佳。如果在炉膛尾部再加设一级前置加热器来保证给水除氧效果，这便使锅炉受热面布置变得更加复杂化，且该加热器受到的低温腐蚀也会比较严重，造成设备检修更换周期短。但在双压系统中，用低压蒸汽给水除氧有利于汽轮机低压补汽参数的稳定，从而将因余热参数波动引起的低压蒸汽参数波动缓解于除氧过程，为解列热力系统创造了条件。（2）真空除氧器就是通过降低除氧器内压力，使气体在水中的溶解度降低，使水中的氧和其他气体析出。这种除氧方式可以使水在低温沸腾，在除氧的同时不提高给水温度，因而对进口水温适应范围较广，凝结泵出口水不需要加热抽汽。除氧器出水温度的高低，直接影响着锅炉的给水温度，从而影响锅炉的排气温度，因此真空除氧器的选择既利用了低温段烟气，又避免了大气式热力除氧的复杂系统，较低的工作温度更有利于锅炉给水泵的正常运行。但是，用来建立真空的射水抽气器需要消耗动力源。因此，若余热锅炉不带自除氧设备，可选择采用上述热力除氧原理为真空除氧的除氧器。1.2.4冷却机烧结机冷却系统余热发电的核心技术在于余热的充分回收。由于烧结烟气不稳定，温度和流量的波动均较大，同时冷却机密封难度高，极易造成热量损失，不能保证发电量，导致运行结果难以达到设计目标，这也是烧结余热发电技术推广率不高的根本原因。余热发电冷却系统可采用水密封鼓风环式冷却机，该冷却机总漏风率小于5%。通过加强对冷却机和回收装置的密封，保证收集到足温足量的烟气，提高余热锅炉的产汽量，进而提高发电量。1.2.5循环风机选用的风机具有双重作用，当余热锅炉停运时，循环风机冷风吸入阀开启，循环风机作为冷却鼓风机使用；当余热锅炉运行时，该风机将余热锅炉废气出口低温烟气抽引后冷却烧结矿。选择循环风机时，压头既要满足作为余热锅炉