碳素余熱發(fā)電技術(shù)

戚家迎 黃國(guó)平

摘要：罐式煅燒爐煙氣的余熱回收利用在國(guó)內(nèi)是比較成熟的技術(shù)。根據(jù)我公司現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定的數(shù)據(jù)以及南網(wǎng)電力、某有限公司提供的相關(guān)資料：總煙氣量約96670Nm3/h，煙氣溫度約850-950℃。根據(jù)熱平衡計(jì)算，以及熱電結(jié)合、以熱定電的原則，本設(shè)計(jì)采用凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。以煙溫900℃為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，罐式爐余熱鍋爐可以產(chǎn)生3.82MPa、450℃過(guò)熱蒸汽39.13t/h，扣除汽水損失，進(jìn)入汽輪機(jī)過(guò)熱蒸汽參數(shù)為3.43MPa、435℃，37.96t/h，汽輪發(fā)電機(jī)組計(jì)算發(fā)電8068kW，考慮罐式煅燒爐產(chǎn)量、煙氣量及其溫度的波動(dòng)情況，汽輪發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量定為9000kW。

關(guān)鍵詞：罐式煅燒爐；余熱發(fā)電；設(shè)計(jì)與應(yīng)用

一、工程概況

本工程為利用公司6個(gè)罐式煅燒爐車(chē)間余熱建設(shè)的一座9000kW中溫中壓余熱發(fā)電站，就工程本身而言，不消耗能源，是一個(gè)具有利廢（充分利用廢氣余熱）、環(huán)保（大量減排CO2）、節(jié)能（進(jìn)一步降低碳素廠(chǎng)生產(chǎn)電耗）三重效果的項(xiàng)目。

二、工程設(shè)計(jì)原則

（1）本工程為碳素罐式煅燒爐配套余熱發(fā)電工程，汽輪發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量定為9000kW；（2）鍋爐島布置五臺(tái)中溫中壓余熱鍋爐，汽輪發(fā)電機(jī)島按照一臺(tái)機(jī)組考慮；（3）配置1臺(tái)大氣式熱力除氧器，1臺(tái)低壓加熱器，1臺(tái)高壓加熱器；（4）鍋爐補(bǔ)給水采用除鹽水，采用反滲透+混床+加氨工藝；（5）設(shè)備冷卻水采用循環(huán)水，循環(huán)水采用機(jī)力冷卻塔進(jìn)行冷卻，鋼混結(jié)構(gòu)，并配置循環(huán)水旁濾裝置；（6）轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備冷卻水、循環(huán)水補(bǔ)水采用工業(yè)水，與廠(chǎng)區(qū)內(nèi)原有工業(yè)水系統(tǒng)連接；（7）熱工控制部分采用分散控制系統(tǒng)；（8）繼電保護(hù)裝置采用微機(jī)型，本工程設(shè)立獨(dú)立的直流電源，容量只考慮本工程直流容量。

三、余熱發(fā)電系統(tǒng)方案

碳素罐式煅燒爐余熱發(fā)電的熱力系統(tǒng)主要由余熱鍋爐和汽輪機(jī)汽水系統(tǒng)組成，汽輪機(jī)、鍋爐本體的熱力系統(tǒng)隨設(shè)備整體采購(gòu)。

1余熱鍋爐。（1）鍋爐總體布置。鍋爐為立式、露天布置，整體結(jié)構(gòu)為“∏”型，由一個(gè)上部連接煙道把鍋爐前部膜式水冷包墻和尾部受熱面連成“∏”型結(jié)構(gòu)。（2）煙氣系統(tǒng)。煙氣→進(jìn)入鍋爐膜式壁→從上往下分別沖刷高溫過(guò)熱器→減溫器→低溫過(guò)熱器蒸發(fā)器→省煤器。（3）水系統(tǒng)。給水→省煤器→鍋筒→下降管→膜式壁下集箱、蒸發(fā)器進(jìn)口集箱→膜式壁、蒸發(fā)器→上集箱和引出管→鍋筒→分離出飽和蒸汽→低溫過(guò)熱器→噴水減溫器→高溫過(guò)熱器→集汽集箱。

鍋爐蒸發(fā)系統(tǒng)為自然循環(huán)。

2汽水循環(huán)系統(tǒng)

汽水循環(huán)系統(tǒng)主要由余熱鍋爐（汽水系統(tǒng)）和汽輪機(jī)以及輔助設(shè)備和管道組成。設(shè)置給水回?zé)嵯到y(tǒng)，采用大氣式熱力除氧器。

（1）主蒸汽系統(tǒng)。來(lái)自余熱鍋爐的新蒸汽送到主廠(chǎng)房分汽缸，經(jīng)隔離閥至主汽門(mén)，再經(jīng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入汽輪機(jī)作功，做完工后的乏汽進(jìn)入凝汽器凝結(jié)為水，經(jīng)凝結(jié)水泵、低壓加熱器、除氧器、給水泵以及高壓加熱器送回鍋爐。（2）軸封系統(tǒng)。為了減少汽輪機(jī)汽缸兩端軸封處的漏氣損失，在軸伸出氣缸的部位均裝有軸封，分別由前汽封、后汽封和隔板汽封，汽封均采用高低齒型迷宮式。 （3）疏水系統(tǒng)。在汽輪機(jī)啟動(dòng)、停機(jī)或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，要把主蒸汽管道及其分支管道、閥門(mén)等部件中集聚的凝結(jié)水迅速地排走，否則進(jìn)入汽輪機(jī)通流部分，將會(huì)引起水擊，另外會(huì)引起其它用汽設(shè)備和管道發(fā)生故障。（4）凝結(jié)水系統(tǒng)。凝汽器熱井中的凝結(jié)水，由凝結(jié)水泵經(jīng)抽氣器、軸封加熱器、低壓加熱器送至熱力除氧器。

汽輪機(jī)啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，為了保證有足夠的凝結(jié)水量通過(guò)軸封加熱器中的冷卻器，并維持熱井水位，在軸封加熱器后的主凝結(jié)水管道上裝設(shè)了一根再循環(huán)管，使一部分凝結(jié)水可以在凝汽器及軸封加熱器之間循環(huán)，再循環(huán)水量的多少由再循環(huán)管道上的閥門(mén)來(lái)控制。（5）真空系統(tǒng)。汽輪機(jī)運(yùn)行需要維持一定的真空，必須抽出凝汽器、凝結(jié)水泵等中的空氣，它們之間均用管道相互聯(lián)通，然后與射水抽氣器連在一起，組成一個(gè)真空抽氣系統(tǒng)。 （6）循環(huán)水系統(tǒng)。凝汽器、冷油器以及發(fā)電機(jī)的空氣冷卻器必須不斷地通過(guò)冷卻水，以保證機(jī)組的正常工作，冷卻水管道、循環(huán)水泵、補(bǔ)充用的工業(yè)水管道及冷卻循環(huán)水的冷卻設(shè)備總稱(chēng)為循環(huán)水系統(tǒng)。①循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為凝汽器、冷油器以及發(fā)電機(jī)的空氣冷卻器提供冷卻水，采用機(jī)力通風(fēng)冷卻塔循環(huán)系統(tǒng)，其補(bǔ)充水來(lái)自廠(chǎng)區(qū)工業(yè)水。②工業(yè)水系統(tǒng)。工業(yè)水由總廠(chǎng)管道過(guò)來(lái)，做為循環(huán)冷卻系統(tǒng)補(bǔ)充水和工業(yè)設(shè)備冷卻水。（7）給水回?zé)嵯到y(tǒng)。汽輪機(jī)有3級(jí)抽汽，分別供給高壓加熱器、熱力除氧器和低壓加熱器。1級(jí)抽汽作為高壓加熱器的加熱汽源，2級(jí)抽汽作為除氧器的加熱汽源，3級(jí)抽汽作為低壓加熱器的加熱汽源。

3余熱鍋爐與碳素罐式煅燒爐的銜接

碳素罐式煅燒爐的煙氣溫度為850-950℃，經(jīng)高溫?zé)煿芩腿胗酂徨仩t，依次經(jīng)過(guò)膜式壁、高溫過(guò)熱器、減溫器、低溫過(guò)熱器、蒸發(fā)器以及省煤器，余熱鍋爐產(chǎn)生主蒸汽，煙氣溫度降到180-200℃后，由引風(fēng)機(jī)送入煙囪排入大氣。

4主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

（1）裝機(jī)容量：9000kW；（2）計(jì)算平均發(fā)電功率：8068kW； （3）年運(yùn)行時(shí)間（h）：8000；（4）年發(fā)電量（104kWh）：6454.4； （5）自用電率（%）：10；（6）年供電量（104kWh）：5808.96.

5系統(tǒng)流程

在碳素廠(chǎng)罐式煅燒爐的煙道出口處將廢氣經(jīng)余熱鍋爐吸熱后降溫至201℃左右，由風(fēng)機(jī)送至原生產(chǎn)線(xiàn)煙囪。

6車(chē)間布置

（1）汽機(jī)房

汽機(jī)房采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)?？傞L(zhǎng)度24m，汽機(jī)房跨度為18m，電控樓跨度8m。

±0.000m層布置有凝結(jié)水泵、冷油器、油泵、疏水箱、疏水泵、事故油箱、射水箱、射水泵、給水泵等。

7m層布置熱力除氧器。

（2）余熱鍋爐（5臺(tái)）

各車(chē)間布置余熱鍋爐均就地布置于各車(chē)間附近空地上。

（3）化水間、循環(huán)水泵房和冷卻塔

化水間單獨(dú)布置，內(nèi)有一級(jí)反滲透裝置、除鹽水泵等設(shè)備，清水箱、除鹽水箱等布置在室外；循環(huán)水泵房暫擬采用半地下式布置方式，內(nèi)有循環(huán)水泵等設(shè)備，布置在汽機(jī)房附近。

四、能耗狀況和能耗指標(biāo)分析

本項(xiàng)目配套建設(shè)9MW裝機(jī)容量的余熱發(fā)電系統(tǒng)，平均發(fā)電功率8068kW計(jì)算，年發(fā)電量達(dá)到6454.4×104kWh，扣除自用電后年供電量達(dá)到5808.96×104kWh，經(jīng)濟(jì)效益方面分析，3～4年便可回收全部投資；環(huán)境效益方面分析，按2011年全國(guó)火電機(jī)組的平均供電煤耗為333g/kWh標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤19343.8t，每年減少CO2排放量48359.5t。

參考文獻(xiàn)：

[1]《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095—1996） .

[2]《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13271—2001） .

[3]《工業(yè)企業(yè)廠(chǎng)界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》（GB12348—1990） .

[4]《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096—1993） .

[5]《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996） .

[6]《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002） .

（作者單位：南京凱盛開(kāi)能環(huán)保能源有限公司）