鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電設(shè)備選型

鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電設(shè)備選型1.1選型原則設(shè)備選型應(yīng)遵循以下原則[7]：（1）采用成熟穩(wěn)定、實(shí)用可靠的中低溫?zé)煔庥酂峄厥瞻l(fā)電技術(shù)及國(guó)產(chǎn)設(shè)備，技術(shù)裝備水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；（2）選用國(guó)產(chǎn)成熟設(shè)備，降低生產(chǎn)成本和基建投入；（3）系統(tǒng)簡(jiǎn)潔可靠、方便檢修維護(hù)，充分利用廠(chǎng)區(qū)現(xiàn)有設(shè)施，合理布置熱力發(fā)電機(jī)組設(shè)備、系統(tǒng)。1.2部分主要設(shè)備的選型要求及選擇1.2.1余熱鍋爐余熱鍋爐是余熱發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備和核心，如何將富含能量的熱介質(zhì)回收匯集以及引出，進(jìn)而通過(guò)余熱鍋爐進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，余熱鍋爐本身的設(shè)計(jì)一定程度上決定了余熱回收利用的比例和徹底性。余熱鍋爐取的排煙溫度越低，鍋爐的受熱面布置越多，回收的煙氣余熱量越大。但鍋爐等系統(tǒng)的投資會(huì)隨受熱面積增加而增加。余熱鍋爐的選取需要考慮以下幾點(diǎn)[16]：（1）余熱鍋爐進(jìn)氣溫度比較低，因此余熱鍋爐的傳熱溫差比較小，其最小傳熱溫差的選取不僅決定余熱鍋爐的成本，而且決定了主蒸汽的參數(shù)。（2）余熱源中含有SO2等酸性氣體和水蒸汽，從而存在酸露點(diǎn)溫度，當(dāng)溫度低于酸露點(diǎn)溫度時(shí)將嚴(yán)重腐蝕尾部煙道的受熱面。（3）鍋爐布置可分為立式、臥式兩種。目前的國(guó)外余熱鍋爐多采用臥式布置，國(guó)內(nèi)則存在兩種布置。立式布置具有占地面積小、灰塵收集方便、煙氣流動(dòng)均勻、傳熱系數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)，但積灰以及積灰清除差于臥式，管束間易出現(xiàn)搭橋現(xiàn)象，耗鋼量相對(duì)較大。鍋爐布置在綜合考慮安裝條件的基礎(chǔ)后選擇立式。（4）由于熱源含塵濃度大，為防止磨損的發(fā)生，采用合理的流速設(shè)計(jì)，合理組織煙氣動(dòng)力場(chǎng)，使煙氣流動(dòng)均勻，避免局部過(guò)速磨損。同時(shí)粉塵粒度小，極易在鍋爐受熱面上積灰，導(dǎo)致傳熱系數(shù)下降，因此在鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)需考慮除灰。爐前需設(shè)置高效旋風(fēng)除塵器或電除塵器，除去大部分的粉塵。爐內(nèi)受熱面最好使用模式壁和光管結(jié)構(gòu)，減少積灰的可能，并適當(dāng)?shù)脑黾邮軣崦娣e，防止鍋爐出力不足。在設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)還需設(shè)計(jì)清灰系統(tǒng)，目前多采用超聲波吹灰、壓縮氣體吹灰和振打清灰。由于余熱利用產(chǎn)生的蒸汽壓力和流量不大的原因，蒸汽吹灰在余熱發(fā)電中基本不使用。（5）余熱鍋爐煙氣的流動(dòng)由爐尾的引風(fēng)機(jī)維持，因此在余熱鍋爐尾部形成很大的負(fù)壓區(qū)，一般多在5~7kPa左右。漏風(fēng)將嚴(yán)重影響蒸發(fā)量及主蒸汽溫度，增加引風(fēng)機(jī)等后續(xù)設(shè)備電耗。鍋爐需整體采用鋼板全焊接密封，并對(duì)管子穿墻處及爐門(mén)采用適當(dāng)?shù)拿芊狻Ｒ虼?，余熱鍋爐采用適用于中低溫?zé)煔庥酂峄厥蘸屠玫碾p壓、立式、無(wú)補(bǔ)燃自然循環(huán)鍋爐。這種鍋爐采用雙通道煙氣進(jìn)氣系統(tǒng)，高溫?zé)煔饨?jīng)部分高壓受熱面換熱，低溫?zé)煔饨?jīng)部分低壓受熱面換熱，高溫?zé)煔鉄煖亟抵僚c低溫?zé)煔庀喈?dāng)后，兩股煙氣混合再與其余的受熱面換熱，充分利用不同品質(zhì)的煙氣，實(shí)現(xiàn)煙氣熱能的梯級(jí)利用。鍋爐帶有自除氧裝置，無(wú)需額外的除氧裝置及其所需的加熱蒸汽設(shè)備。特別是在余熱鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)階段，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法提供除氧加熱蒸汽的情況下，可有效保障余熱鍋爐的正常運(yùn)行。1.2.2汽輪機(jī)組余熱蒸汽進(jìn)汽參數(shù)不穩(wěn)定、比容大、濕度大等特點(diǎn)，要求在汽輪機(jī)設(shè)計(jì)中考慮[17]。汽輪機(jī)組的選取需要考慮以下幾點(diǎn)：（1）進(jìn)汽參數(shù)不穩(wěn)定要求汽輪機(jī)的進(jìn)汽調(diào)節(jié)系統(tǒng)必須能適應(yīng)進(jìn)汽參數(shù)的波動(dòng)，保證汽輪機(jī)穩(wěn)定、安全運(yùn)行。在主蒸汽前需設(shè)置壓力調(diào)節(jié)器控制調(diào)節(jié)閥，當(dāng)新蒸汽壓力降低時(shí)，關(guān)小調(diào)節(jié)閥，防止由于余熱鍋爐的蒸發(fā)量不足，促使壓力進(jìn)一步降低，汽輪機(jī)通流末級(jí)產(chǎn)生鼓風(fēng)；反之開(kāi)大調(diào)節(jié)閥。（2）余熱發(fā)電用汽輪機(jī)為了快速啟動(dòng)，而且能夠在滑壓方式下運(yùn)行，噴嘴配汽在空載和低負(fù)荷時(shí)只有部分進(jìn)汽度，這種情況對(duì)汽機(jī)暖機(jī)不利，特別在快速啟動(dòng)時(shí)尤為明顯，因此余熱發(fā)電汽輪機(jī)采用節(jié)流配汽，不設(shè)調(diào)節(jié)級(jí)。汽機(jī)啟動(dòng)時(shí)靠調(diào)節(jié)閥控制轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機(jī)并網(wǎng)；正常運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，汽輪機(jī)處于滑壓運(yùn)行狀態(tài)。此種進(jìn)汽方式使汽輪機(jī)進(jìn)汽部分始終處于均勻受熱狀態(tài)，這樣就能滿(mǎn)足在整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程，及低負(fù)荷時(shí)能夠保證汽機(jī)進(jìn)汽均勻，以利于汽機(jī)快速啟動(dòng)，提高通流效率。（3）主蒸汽參數(shù)低，蒸汽比容增大，要求汽輪機(jī)的進(jìn)汽能力比常規(guī)機(jī)組大，因此要加大主汽閥口徑或增加主汽閥數(shù)量。為增加余熱發(fā)電單位利用率而采用的雙壓系統(tǒng)，汽輪機(jī)必須具有補(bǔ)汽能力。首先設(shè)計(jì)汽缸時(shí)需加大補(bǔ)汽進(jìn)入的汽缸空間，補(bǔ)汽口采用蝸殼結(jié)構(gòu)，并使補(bǔ)汽的流動(dòng)方向與汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)方向一致，從而使補(bǔ)汽進(jìn)入汽缸后能夠迅速擴(kuò)散，減少對(duì)主流蒸汽的沖擊。其次合理設(shè)計(jì)補(bǔ)汽口的位置，防止由于補(bǔ)汽與主汽之間的溫度差使汽缸壁溫度發(fā)生變化，造成上下缸溫差增加，膨脹不均勻，甚至使機(jī)組振動(dòng)增大，影響機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行。（4）余熱發(fā)電的補(bǔ)汽多為飽和蒸汽，導(dǎo)致汽輪機(jī)末幾級(jí)相對(duì)濕度較大。這不僅增加了機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)由于汽機(jī)負(fù)荷變化導(dǎo)致部件表面水膜閃蒸而引起的超速危險(xiǎn)，而且造成汽輪機(jī)通流部件的嚴(yán)重侵蝕，汽輪機(jī)的安全將受到嚴(yán)重威脅，大大縮短機(jī)組使用壽命，而且降低汽輪機(jī)的熱效率。因此必須采取有效的去濕措施減小蒸汽濕度，并對(duì)汽輪機(jī)零部件采取防侵蝕的措施來(lái)抵抗?jié)裾羝那治g，從而減少濕度大給機(jī)組帶來(lái)的各種危害。在補(bǔ)汽進(jìn)口前增加了防水滴濾網(wǎng)或汽水分離器，減少了進(jìn)入汽缸內(nèi)的水滴。通流設(shè)計(jì)時(shí)過(guò)加大靜葉和動(dòng)葉的軸間間隙使水滴能充分的霧化，可以減少動(dòng)葉的腐蝕。汽缸下半設(shè)置疏水口，盡可能保證汽缸內(nèi)壁形狀平滑，確保通過(guò)重力作用使積水連續(xù)流動(dòng)，通過(guò)底部疏水口或排汽管排出。末幾級(jí)動(dòng)葉片后設(shè)置去濕槽和捕水腔室，收集由于離心力而向外飛出的沉積在動(dòng)葉表面上的水分。在靜止部套的中分面、連接突肩處鍍不銹鋼保護(hù)層防止?jié)裾羝目p隙侵蝕，末幾級(jí)動(dòng)葉片背弧頂部焊接整條的司太立合金片，動(dòng)葉采用電火花強(qiáng)化處理以加強(qiáng)強(qiáng)度，達(dá)到防水蝕的目的。（5）余熱鍋爐排汽將在整個(gè)系統(tǒng)中循環(huán)利用，在汽輪機(jī)的啟動(dòng)和故障停機(jī)時(shí)，工業(yè)系統(tǒng)和余熱鍋爐還將繼續(xù)運(yùn)行。因此在系統(tǒng)中必須設(shè)有旁路系統(tǒng)，回收多余蒸汽。在汽機(jī)主汽閥前設(shè)置旁路系統(tǒng)，主蒸汽通過(guò)減溫減壓閥，流入凝汽器，補(bǔ)汽由于壓力低可直接排入凝汽器，從而減少由于汽輪機(jī)原因?qū)е碌恼麄€(gè)工業(yè)系統(tǒng)的停機(jī)。因此，本系統(tǒng)采用補(bǔ)汽凝汽式雙壓汽輪機(jī)組，該機(jī)組有利于提高發(fā)電效率。余熱鍋爐產(chǎn)生的中壓蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)中壓段做功，低壓蒸汽從低壓段入口進(jìn)入汽輪機(jī)做功。雙壓汽輪機(jī)雖然增加了汽輪機(jī)末級(jí)葉片的高度和制作強(qiáng)度要求，增加了汽輪機(jī)約15%的造價(jià)，但產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益更高。通過(guò)測(cè)算，雙壓汽輪機(jī)組比單壓汽輪機(jī)組發(fā)電量約增加15%～20%，在3年內(nèi)即可收回全部投資[7]。1.2.3除氧器該余熱發(fā)電系統(tǒng)中，雖然采用了帶自除氧裝置的余熱鍋爐，但在此仍對(duì)除氧器的選擇進(jìn)行詳細(xì)描述，以備選擇。為了保證余熱鍋爐的給水水質(zhì)要求，防止熱力設(shè)備及其管道的腐蝕，必須除去在鍋爐給水中的溶解氧和其他氣體。目前除氧方法主要有化學(xué)除氧、熱力除氧?；瘜W(xué)除氧法只能除去水中的氧，但不能除去其他氣體，且藥品價(jià)格昂貴，后期運(yùn)行費(fèi)用上升，因此不為首選。熱力除氧按工作壓力分為真空除氧、大氣式除氧以及高壓除氧。在工程上對(duì)除氧壓力的選擇主要決定于技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，目前在余熱發(fā)電中用的比較多的是真空除氧和大氣式除氧。（1）大氣式除氧器對(duì)進(jìn)口水溫要求較高，一般104℃，在余熱發(fā)電系統(tǒng)中不設(shè)低壓加熱器，因此凝結(jié)泵出口水溫度難以滿(mǎn)足其工作要求，造成除氧效果不佳。如果在爐膛尾部再加設(shè)一級(jí)前置加熱器來(lái)保證給水除氧效果，這便使鍋爐受熱面布置變得更加復(fù)雜化，且該加熱器受到的低溫腐蝕也會(huì)比較嚴(yán)重，造成設(shè)備檢修更換周期短。但在雙壓系統(tǒng)中，用低壓蒸汽給水除氧有利于汽輪機(jī)低壓補(bǔ)汽參數(shù)的穩(wěn)定，從而將因余熱參數(shù)波動(dòng)引起的低壓蒸汽參數(shù)波動(dòng)緩解于除氧過(guò)程，為解列熱力系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。（2）真空除氧器就是通過(guò)降低除氧器內(nèi)壓力，使氣體在水中的溶解度降低，使水中的氧和其他氣體析出。這種除氧方式可以使水在低溫沸騰，在除氧的同時(shí)不提高給水溫度，因而對(duì)進(jìn)口水溫適應(yīng)范圍較廣，凝結(jié)泵出口水不需要加熱抽汽。除氧器出水溫度的高低，直接影響著鍋爐的給水溫度，從而影響鍋爐的排氣溫度，因此真空除氧器的選擇既利用了低溫段煙氣，又避免了大氣式熱力除氧的復(fù)雜系統(tǒng)，較低的工作溫度更有利于鍋爐給水泵的正常運(yùn)行。但是，用來(lái)建立真空的射水抽氣器需要消耗動(dòng)力源。因此，若余熱鍋爐不帶自除氧設(shè)備，可選擇采用上述熱力除氧原理為真空除氧的除氧器。1.2.4冷卻機(jī)燒結(jié)機(jī)冷卻系統(tǒng)余熱發(fā)電的核心技術(shù)在于余熱的充分回收。由于燒結(jié)煙氣不穩(wěn)定，溫度和流量的波動(dòng)均較大，同時(shí)冷卻機(jī)密封難度高，極易造成熱量損失，不能保證發(fā)電量，導(dǎo)致運(yùn)行結(jié)果難以達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，這也是燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)推廣率不高的根本原因。余熱發(fā)電冷卻系統(tǒng)可采用水密封鼓風(fēng)環(huán)式冷卻機(jī)，該冷卻機(jī)總漏風(fēng)率小于5%。通過(guò)加強(qiáng)對(duì)冷卻機(jī)和回收裝置的密封，保證收集到足溫足量的煙氣，提高余熱鍋爐的產(chǎn)汽量，進(jìn)而提高發(fā)電量。1.2.5循環(huán)風(fēng)機(jī)選用的風(fēng)機(jī)具有雙重作用，當(dāng)余熱鍋爐停運(yùn)時(shí)，循環(huán)風(fēng)機(jī)冷風(fēng)吸入閥開(kāi)啟，循環(huán)風(fēng)機(jī)作為冷卻鼓風(fēng)機(jī)使用；當(dāng)余熱鍋爐運(yùn)行時(shí)，該風(fēng)機(jī)將余熱鍋爐廢氣出口低溫?zé)煔獬橐罄鋮s燒結(jié)礦。選擇循環(huán)風(fēng)機(jī)時(shí)，壓頭既要滿(mǎn)足作為余熱鍋爐