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饱和蒸汽余热发电

来源:注册送38元体验金 发布日期:2015-09-30 10:02:00 浏览:-| 加入收藏

炼钢工序余热发电主要包括转炉汽化冷却器饱和蒸汽发电、电炉烟气余热发电、加热炉汽化冷却器饱和蒸汽发电、加热炉烟气余热发电等四种,这四种余热形式可分别单独发电,也可以分组合并发电。对于分组合并发电,能够在降低投资的同时提高发电效率。

1.定义及特征

(1)定义:在不影响炼钢产品产量、质量,不降低工艺设备运转率,不改变生产工艺流程、设备,不增加生产电耗和热耗的前提下,将生产工艺过程中产生的饱和蒸汽、以及工艺设备排出的废气余热转化为电能的技术。

(2)特征:

炼钢工序余热发电发电技术除上述定义外也还同时具有如下的特征:

a.根据工艺设备的生产、装备、现场条件等因素,每套工艺设备可以单独配套发电机组,也可以相互组合,充分利用各自余热的特点配套一台发电机组;

b.由于转炉周期性生产的特点,转炉汽化冷却余热锅炉产生的饱和蒸汽流量及压力也随着转炉生产而产生周期性的变化,因此必须设置较大容量的蓄热装置,以保证蒸汽的连续稳定供给,保证汽轮发电机组的连续稳定运行;

c.电炉烟气的特点是温度高且波动频繁、烟气瞬时量大、粉尘浓度高,且具有周期性的特点,电炉产生的烟气温度、流量也具有周期性的变化,为适应这种周期性的生产模式,需要采用汽化冷却烟道、燃烧沉降室、余热锅炉和蓄热器相结合的方式,保证蒸汽的连续稳定供给。

d.转炉汽化冷却器和加热炉汽化冷器产生的饱和蒸汽可经汽水分离后直接进入汽轮机;或装置燃气过热器,利用少量的煤气燃烧进行过热、或利用加热炉烟气或烧结烟气余热过热后再进入汽轮机,以提高发电效率及汽轮机使用寿命。

e.组合系统中余热锅炉给水系统采用各自独立、互不影响的并联系统;

2.系统构成

几种工序过程的余热发电系统主要区别在于蒸汽在进入汽轮机前的过程,而进入汽轮机后的系统是完全一致的,主要有汽轮机及发电机组系统;电站循环冷却水系统;电站化学水处理系统;站用电系统;电气接入系统;电站动控制系统;电站室外汽水管道系统;电站室外给水、排水、消防管网系统;以及为上述各系统配套土建、通讯、照明、环保、劳动安全与卫生、消防、供暖等辅助系统。其不同的系统部分如下:

(1)转炉余热发电系统:转炉余热回收系统(汽化冷却器系统);蓄热系统;饱和蒸汽过热系统。

(2)电炉余热发电系统:汽化冷却燃烧沉降系统;汽化冷却烟道系统;汽化冷却器系统;蓄热系统;饱和蒸汽过热系统。

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(3)加热炉余热发电系统:

根据不同形式的加热炉,加热炉余热发电系统一般分为两种:一种是只利用加热炉汽化冷却器产生的饱和蒸汽进行发电;另一种是将汽化冷却器产生的饱和蒸汽与加热炉烟气余热回收组合在一起进行发电。系统构成:加热炉余热回收系统(汽化冷却器);加热炉烟气余热回收系统(余热锅炉);蒸汽过热系统。

上述几个系统可根据不同系统的蒸汽参数、设备运行情况相互组合,将可共用系统部分合并建设。

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3.余热发电系统解决方案

3.1转炉余热发电系统

(1)技术要点

炼钢转炉在吹炼过程中,产生大量的高温烟气(1300℃以上),为降低烟气温度、回收高温烟气中的余热,转炉配套设置了烟道式汽化冷却余热锅炉。余热锅炉由于受到转炉吹炼时烟气波动的影响,在整个冶炼周期(~30min)内,只有吹炼期(~15min)才有饱和蒸汽产生,同时由于吹炼期烟气量的急剧变化,余热锅炉产生的蒸汽量也随之急剧波动。因此为保证汽轮机进汽流量的连续性和稳定性,一般还设置蓄热器系统。

转炉在吹炼期内,转炉产生的高温烟气进入汽化冷却烟道,经换热后产生1.0~1.6MPa的汽水混合物送入余热锅炉汽包,再经汽包汽水分离后送出饱和蒸汽,一部分蒸汽进入蓄热器内,通过内部充热装置喷入过冷水中,蒸汽将蓄热器内的过冷水加热同时冷凝成水,形成饱和水,使蓄热器内水的焓值升高,这样就完成了蓄热器的充热过程;另一部分蒸汽经调压阀后送入汽轮发电机房。转炉在非吹炼期内,汽化冷却余热锅炉不产生蒸汽,调压阀前蒸汽压力不断下降,此时蓄热器内低压下降,饱和水成为过热水后沸腾,产生饱和蒸汽,饱和蒸汽经调压阀送入汽轮发电机房。

由于饱和蒸汽对汽轮机使用寿命影响很大,虽然系统中采用了很多防范措施,但实际运行中仍不可避免造成汽轮机入口的蒸汽干度达不到0.995以上,因此使汽轮机叶片的使用寿命大大缩短;并且饱和蒸汽的发电效率低,汽耗率大,造成发电收益较低,投资周期长。因此系统中还可以考虑增加了蒸汽过热系统,既可以充分保证汽轮机使用寿命,也可以大幅度提高发电,降低投资回收期。

(2)热力系统

根据工厂具体情况,转炉余热发电系统有如下两种热力系统,分别见:

图3-1:转炉饱和蒸汽发电热力系统

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图3-2:转炉过热蒸汽发电热力系统

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3.2电炉余热发电

(1)技术要点

根据电炉烟气温度的不同,烟气余热回收系统设置了不同的换热面。在高温烟气区设置了以辐射换热为主的汽化冷却燃烧沉降室、汽化冷却烟道,在低温烟气区设置了以对流换热为主的余热锅炉。电炉烟气从炉内第四孔抽出,经水冷弯头、水冷滑套、汽化冷却燃烧沉降室、汽化冷却烟道后,温度降至850℃左右;再经余热锅炉烟气降到约200℃后,与二次烟气混合降温后,经烟气净化系统除尘达标后排人大气。

由于电炉生产运行的特点,决定了其发电系统与转炉发电系统类似,汽化冷却装置和余热锅炉产生蒸汽还需经过蓄热器蓄能后,才能实现蒸汽稳定连续的供给。汽水系统流程:经锅炉给水泵供入余热锅炉的水加热器加热后送入汽包;汽包下降管分为两路:一路循环水由下降管经热水循环泵加压后进入燃烧沉降室和冷却烟道,通过与高温烟气换热,产生汽水混合物,再经上升管返回汽包,组成了强制循环系统;另一路下降管进入余热锅炉,经余热锅炉吸收烟气中的热量,产生汽水混合物经上升管返回汽包,组成了自然循环系统;汽水混合物在汽包汽水分离产生出蒸汽,送至蓄热器,通过蓄热器产生连续稳定的蒸汽进入发电系统。

(2)热力系统

根据工厂具体情况,电炉余热发电系统有如下两种热力系统,分别见:

图3-3:电炉饱和蒸汽发电热力系统

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图3-4:电炉过热蒸汽发电热力系统

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3.3加热炉余热发电

(1)技术要点

加热炉余热资源分为两部分:一部分是加热炉采用汽化冷却器进行冷却,被加热的汽水混合物进入汽包进行汽分离后产生低压饱和蒸汽;另一部分是非蓄热器加热炉尾部烟道空气预热器出口的烟气余热。由于加热炉的生产方式为连续运行,因此这两部余热资源也比较稳定。

由于加热炉汽化冷却器产生的饱和蒸汽一般流量比较少,很少单独利用,所以基本上都是将蒸汽并网利用;对于加热炉烟气余热可根据流量、温度结合汽化冷却器产生的饱和蒸汽建设一套小型汽轮发电机组。根据不同的参数情况,发电系统可采用单压或双压系统。

(2)热力系统

根据工厂具体情况,加热炉余热发电系统有如下两种热力系统,分别见:

图3-5:加热炉单压余热发电热力系统

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图3-6:加热炉双压余热发电热力系统

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3.4组合式余热发电系统

所谓组合式余热发电系统就将上述三种工艺设备的余热资源在一定范围内组合在一起,进行综合利用的发电系统。这种系统的特点如下:

(1)在现场条件允许的情况下,余热电站总投资较低;

(2)可根据不同工艺的特点,合理的选取工艺参数和流程,提高综合发电效率;

(3)对工艺生产过程中产生的波动,余热电站适应范围更大,保证发电系统的稳定运,并可保证主机设备的使用寿命,提高电站的平均发电功率。

多台设备多种工艺的余热发电系统举例如下:

图3-7:两台转炉和两台加热炉余热发电热力系统

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图3-8:炼钢区域余热发电热力系统

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4.技术特点

针对炼钢工序余热资源的特点,其发电技术主要特点:

(1)充分回收炼钢工序中不同的余热资源并将其转化为电能;

(2)不影响炼钢工序的正常生产,也不影响钢厂生产、生活用蒸汽;

(3)如果装置燃气蒸汽过热器,利用少量的煤气燃烧对饱和蒸汽进行过热(或利用加热炉烟气或烧结烟气余热过热),除可以提高余热发电能力外,为调整控制蒸汽参数(温度、压力)创造了条件,更可以保证汽轮机使用寿命;

5.典型技术指标

由于各钢铁生产企业炼钢工序汽化冷却器产生的饱和蒸汽参数不同及生产、生活用蒸汽量不同,使用于发电的蒸汽量及蒸汽参数也不相同,因此,对于炼钢工序余热发电不能确定典型技术指标,但可根据蒸汽参数确定每吨蒸汽的发电能力,见下表:

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