余热发电设计方案.doc

2台120t转炉+3台180m2烧结环冷余热发电工程 设计方案

余热发电项目

2台120t转炉、3台180m2烧结环冷
余热发电工程

设计方案

设计单位：四川华明新能源技术有限公司

二〇一三年一月目 录
1 项目介绍 1
1.1 项目名称及内容 1
2 方案选择 1
2.1 转炉余热发电系统介绍 1
2.2 烧结环冷机余热电机系统介绍 2
2.2.1 工艺流程 2
2.2.2工艺设计要求 2
2.2.3烟气收集系统 4
2.2.4 烟气循环系统 4
2.2.5余热锅炉 5
2.3 方案选择 5
3 发电量估算 6
3.1烧结余热发电量 6
3.2转炉余热发电量 7
4 主要设备表 7
5 附图 7

7

1 项目介绍
1.1 项目名称及内容
名称： 余热发电项目2台120t转炉+3台180m2烧结环冷余热发电工程。
内容： 一期已经建设好1台120t转炉和1台180m2烧结环冷机，二期新建1台120t转炉和2台180m2烧结环冷机。现需要利用2台转炉高温废气建设2台余热锅炉生产饱和蒸汽来发电与供汽，利用3台烧结环冷机废气建设3台余热锅炉生产过热蒸汽来发电与供汽。
2 方案选择
2.1 转炉余热发电系统介绍
转炉在吹炼过程中，产生大量的高温烟气（1200°C以上），设置烟道式余热锅炉来生产2.5MPa的饱和蒸汽。因在整个冶炼周期（38min）内，只有吹炼期（16min）才有高温烟气，余热锅炉生产的蒸汽量也随之剧烈波动。因此为保证汽轮机进汽流量的连续性和稳定性，设置一个变压式蓄热器。在吹炼期内，余热锅炉生产的蒸汽一部分经调压阀送往汽轮机做功，另外一部分则引入变压蓄热器内；在非吹炼期，余热锅炉不生产蒸汽，调压阀前压力不断下降，蓄热器内饱和水降压后发生闪蒸，饱和水成为过热水，立即沸腾而自蒸发，产生连续蒸汽，经过调压阀送往汽轮机，这样就完场了蓄热器蓄热放热的过程。
送往汽轮机的蒸汽经过调压阀降至0.6MPa，饱和蒸汽经过调压阀成为微过热蒸汽，进入汽轮机膨胀做功，驱动发电机发电。对于国产汽轮机，一般为多级叶片结构，为防止末级叶片发生水击现象，要求进入汽轮机的蒸汽干度大于0.995，因此在进入汽轮机前设置有一套汽水分离装置。
汽轮机排出的乏汽在凝汽器内被冷凝，通过凝结水泵将凝结水送入除氧器进行除氧，除氧后再经过给水泵送入余热锅炉汽包和蓄热器内。
2.2 烧结环冷机余热电机系统介绍
烧结环冷机余热发电系统相对较复杂，下面主要介绍烧结余热发电。
2.2.1 工艺流程
烧结机余热锅炉是利用环冷机鼓风机鼓风冷却高温烧结矿产生的废气。具体流程是，环冷机Ⅰ段（高温段）的高温废气送入余热锅炉高温入口；高温段烟气首先用来加热由高压汽包输送至高压加热器的蒸汽，使该部分蒸汽变为过热蒸汽，高温段烟气经过高压过热器换热后与环冷机Ⅱ段（低温段）的低温废气混合参与高压蒸发器、低压蒸发器、省煤器等区域的换热；锅炉除氧器的设置采用一体化除氧（充分考虑蒸汽的汽水分离、低压汽包的水位调节以及除氧蒸汽的稳定来源，保证达到除氧效果），外供除盐水和凝汽器产生的凝结水经过除氧器除氧后进入余热锅炉的低压段锅筒，一部分水经低压段蒸发器换热后在低压段锅筒内形成饱和蒸汽，经锅筒汽水分离装置分离后送至低压过热器加热，产生的过热蒸汽最终进入汽轮机补气口做功；一部分水由锅炉给水泵输送至余热锅炉的高压段锅筒内，经二段蒸汽蒸发器与高温废气换热后在高压段锅筒形成蒸汽，蒸汽再与进口的高温段废气换热后变成过热蒸汽，进入汽轮机发电。余热锅炉出口排气温度小于150℃，为进一步利用这部分废热，采用循环风机将废气送回环冷机鼓风机出口风箱内，进行循环利用，以提高废热利用的效率，循环烟气管道上设置排放装置，保证在循环风机故障无法进行循环利用时放散烟气。设计中，考虑主蒸汽温度调节问题，以使主蒸汽品质符合汽轮机的要求。
循环风机按全流量配置，风量根据工艺情况自行设计选择，正常运行时环冷机相应鼓风机可停运。循环风机流量按环冷机的运行需要，其流量在20%～100%范围可调。废气进入鼓风机风箱的压力约4.2～4.5kPa。
当锅炉事故或检修时，环冷机鼓风机开启运行，并通过烟囱将废气直接排入大气。
2.2.2工艺设计要求
余热发电装置包括所有系统和设备满足以下总的要求：
1) 余热锅炉主体采用全钢结构、双压系统。
2) 环冷机烟气收集罩、环冷机台车密封和管道设计应遵循尽量提高烟气利用率和不影响烧结正常生产的原则。
3) 在合适位置设置烟气除尘设施。
4) 环冷机烟气收集系统不参与烧结终点自动控制。
5) 为充分利用烧结矿冷却废气，提高废气利用效率，余热锅炉布置在环冷机旁，距离环冷机较近，减少热量损失。
6) 余热锅炉采用落地立式露天布置的型式，废气管道由锅炉上部进入，充分换热后从锅炉下部引出，经循环风机后再进入环冷机。
7) 余热锅炉设两台锅炉给水泵，布置在余热锅炉底部一侧，余热锅炉底部同时布置锅炉磷酸盐加药装置及锅炉汽水取样装置。
8) 为充分利用余热资源，本套发电机组为补汽凝汽式汽轮发机组，汽轮机无回热系统。
9) 烟气回收系统应设计烟气温度调节机构。
10) 本机组为低温低压机组,其设计按《小型火力发电厂设计规范GB50049-94》执行。
11) 补汽凝汽式汽轮机的凝结水出凝汽器后，由凝结水泵打出后通过外线送入烧结余热锅炉房除氧器。
12) 凝汽器冷却水采用循环供水。凝汽器为分列二道制表面式，进出水管各两根。
13) 余热发电管道系统要安装合理，流速适中。
2.2.3烟气收集系统
根据余热发电烟气收集要求，在回收段与非回收段之间设置电动碟阀，为避免底部风箱因压力不均等而出现偏风现象。
烟气回收罩进行保温处理，使其表面温度不高于50℃。
烟气回收罩上部的四条烟气收集支管均设置电动隔离蝶阀，以控制回收罩汇集的烟气集中汇集到总管，分别进入锅炉。环冷机排放烟囱和支管道上均设有电动隔离蝶阀。正常工作时烟囱上的电动隔离蝶阀关闭，四条引出管上的电动隔离蝶阀打开，烟气通过收集管道分别进入锅炉，不再排入大气。余热回收系统因故不能正常运行时，收集管道上的电动隔离蝶阀关闭，烟囱上的电动隔离蝶阀打开，烟气排入大气，不再进入锅炉
烟道上设置有可靠的耐高温的非金属膨胀节，以满足烟道热膨胀时的伸缩量。
2.2.4 烟气循环系统
循环风烟道采用钢制烟道、外部保温。
循环风机为双吸双支撑结构，轴承采用滑动轴承；叶轮和机壳采用耐磨处理，叶轮使用寿命大于2年，机壳使用寿命大于5年。风机及其配套电机设有监控系统，风机采用稀油润滑，配套稀油站。
循环风机采用变频调速方式。
除此之外，循环风机出口设置紧急放散烟囱，在特殊情况下可以解除烟气系统的闭式循环，通过烟囱将锅炉排烟放散。
烟罩与台车上部的密封以及风箱顶部与环冷机台车之间的密封采用可靠的密封方式，减少漏风量，确保余热发电的烟气量。
上部密封部位由于回收罩与环冷机台车之间存在相对运动，要求密封效果好的情况下不能影响环冷机的正常运行。
2.2.5余热锅炉
余热锅炉采用双通道进气，露天布置方式。余热锅炉采用塔篷式结构、主副跨分立布置形式。
余热锅炉、余热锅炉循环风机集中布置在环冷机附近。
余热锅炉为双压、自带除氧器、立式烟道、螺旋翅片管受热面、自然循环型式。
余热锅炉受热面包括：高压过热器、高压蒸发器、高压省煤器、低压过热器、低压蒸发器、凝结水预热器以及除氧器。
余热锅炉主体受热面采用管箱式模块结构，受热面管子和锅炉的壳体出厂时加工成为一个整体。壳体用一体化护板结构，与烟气接触的内通道采用搭接的金属内衬、中间以硅酸铝纤维毡为绝热层、外侧为钢制密封壳体、壳体金属与支撑及加强结构件组焊为一个整体，各个管箱模块之间采用法兰和紧固件联接，并施以密封焊。
受热面管模块之间的连接采用180°弯头或弯管实现。连接弯管或弯头置于烟道之外，不受含尘气流的冲刷。管子的更换，无需进入烟气通道内部，仅需在管箱两端完成操作。
受热面前部设置了燃气脉冲吹灰装置。
受热面管子的支撑采用管板，受热面管子可自由膨胀；管板采用悬吊方式支撑，热态下，可以整体向下膨胀。
由于采用自然循环方式，为了保证循环可靠，将高压锅筒和低压锅筒实行高位布置。使附属设备布置紧凑。
2.3 方案选择
方案一：2台转炉和3台烧结环冷机分别设置1套发电机组；
方案二：2台转炉和3台烧结环冷机共设置1套发电机组；
因转炉余热锅炉生产的饱和蒸汽，环冷机余热锅炉生产的过热蒸汽，若仅设置1套机组则系统会很复杂；同时从业主蒸汽需求量产汽量来看，蒸汽需求量夏季6t/h，冬季63t/h，产汽量共计128t/h（扣除停运2x20t/h锅炉35/h），包括转炉余热产汽42t/h，环冷机余热产低压蒸汽21t/h，环冷机余热产中压蒸汽51t/h，棒材及线材厂产汽14t/h。夏季使用棒材及线材厂产汽供汽即可满足蒸汽需求；冬季则用转炉余热产蒸汽、棒材及线材厂产蒸汽、部分环冷机产低压蒸汽对厂内供汽；剩余环冷机余热低压蒸汽和中压蒸汽用于发电，同时停运转炉余热发电机组。若仅设置1套发电机组，在冬季对厂内供汽时，仅有1半的蒸汽量用于发电，整套机组内的大部分设备都处于低效率运行，浪费电能。
综上所述，应采用方案一，转炉余热锅炉和环冷机余热锅炉分别设置1套发电机组，共2套发电机组。
3 发电量估算
3.1烧结余热发电量

锅炉出口参数
汽轮机入口参素
汽轮机出口参数
压力(MPa)
温度
°C
比焓(kJ/kg)
压力(MPa)
温度
°C
比焓(kJ/kg)
压力kPa(a)
理论排汽焓(kJ/kg)
理论焓降(kJ/kg)
实际焓降(kJ/kg)
实际排汽焓(kJ/kg)
主汽
2.3
355
3140
2.0
342
3118
7
2144
974
769
2349
补汽
0.5
200
2851
0.35
180
2816
7
2181
670
529
2322
发电量约P=(769x51/3600+529x21/3600)x0.95x0.95x0.95=12.1MW
3.2转炉余热发电量

锅炉出口参数
压力调节阀后
汽轮机入口参素
汽轮机出口参数
压力(MPa)
温度
°C
比焓(kJ/kg)
压力(MPa)
温度
°C
比焓(kJ/kg)
压力(MPa)
温度
°C
比焓(kJ/kg)
压力kPa(a)
理论排汽焓(kJ/kg)
理论焓降(kJ/kg)
实际焓降(kJ/kg)
实际排汽焓(kJ/kg)
主汽
2.5
227
2806
0.6
183
2806
0.5
171
2785
8
2135
650
494
2291
发电量约P=5.0MW
4 主要设备表
主要设备见热力系统图
5 附图