碳素余熱發電技術

戚家迎 黃國平

摘要：罐式煅燒爐煙氣的余熱回收利用在國內是比較成熟的技術。根據我公司現場標定的數據以及南網電力、某有限公司提供的相關資料：總煙氣量約96670Nm3/h，煙氣溫度約850-950℃。根據熱平衡計算，以及熱電結合、以熱定電的原則，本設計采用凝汽式汽輪發電機組。以煙溫900℃為設計基準，罐式爐余熱鍋爐可以產生3.82MPa、450℃過熱蒸汽39.13t/h，扣除汽水損失，進入汽輪機過熱蒸汽參數為3.43MPa、435℃，37.96t/h，汽輪發電機組計算發電8068kW，考慮罐式煅燒爐產量、煙氣量及其溫度的波動情況，汽輪發電機組裝機容量定為9000kW。

關鍵詞：罐式煅燒爐；余熱發電；設計與應用

一、工程概況

本工程為利用公司6個罐式煅燒爐車間余熱建設的一座9000kW中溫中壓余熱發電站，就工程本身而言，不消耗能源，是一個具有利廢（充分利用廢氣余熱）、環保（大量減排CO2）、節能（進一步降低碳素廠生產電耗）三重效果的項目。

二、工程設計原則

（1）本工程為碳素罐式煅燒爐配套余熱發電工程，汽輪發電機組裝機容量定為9000kW；（2）鍋爐島布置五臺中溫中壓余熱鍋爐，汽輪發電機島按照一臺機組考慮；（3）配置1臺大氣式熱力除氧器，1臺低壓加熱器，1臺高壓加熱器；（4）鍋爐補給水采用除鹽水，采用反滲透+混床+加氨工藝；（5）設備冷卻水采用循環水，循環水采用機力冷卻塔進行冷卻，鋼混結構，并配置循環水旁濾裝置；（6）轉動設備冷卻水、循環水補水采用工業水，與廠區內原有工業水系統連接；（7）熱工控制部分采用分散控制系統；（8）繼電保護裝置采用微機型，本工程設立獨立的直流電源，容量只考慮本工程直流容量。

三、余熱發電系統方案

碳素罐式煅燒爐余熱發電的熱力系統主要由余熱鍋爐和汽輪機汽水系統組成，汽輪機、鍋爐本體的熱力系統隨設備整體采購。

1余熱鍋爐。（1）鍋爐總體布置。鍋爐為立式、露天布置，整體結構為“∏”型，由一個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“∏”型結構。（2）煙氣系統。煙氣→進入鍋爐膜式壁→從上往下分別沖刷高溫過熱器→減溫器→低溫過熱器蒸發器→省煤器。（3）水系統。給水→省煤器→鍋筒→下降管→膜式壁下集箱、蒸發器進口集箱→膜式壁、蒸發器→上集箱和引出管→鍋筒→分離出飽和蒸汽→低溫過熱器→噴水減溫器→高溫過熱器→集汽集箱。

鍋爐蒸發系統為自然循環。

2汽水循環系統

汽水循環系統主要由余熱鍋爐（汽水系統）和汽輪機以及輔助設備和管道組成。設置給水回熱系統，采用大氣式熱力除氧器。

（1）主蒸汽系統。來自余熱鍋爐的新蒸汽送到主廠房分汽缸，經隔離閥至主汽門，再經調節閥進入汽輪機作功，做完工后的乏汽進入凝汽器凝結為水，經凝結水泵、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。為了減少汽輪機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。在汽輪機啟動、停機或低負荷運行時，要把主蒸汽管道及其分支管道、閥門等部件中集聚的凝結水迅速地排走，否則進入汽輪機通流部分，將會引起水擊，另外會引起其它用汽設備和管道發生故障。（4）凝結水系統。凝汽器熱井中的凝結水，由凝結水泵經抽氣器、軸封加熱器、低壓加熱器送至熱力除氧器。

汽輪機啟動和低負荷運行時，為了保證有足夠的凝結水量通過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水管道上裝設了一根再循環管，使一部分凝結水可以在凝汽器及軸封加熱器之間循環，再循環水量的多少由再循環管道上的閥門來控制。（5）真空系統。汽輪機運行需要維持一定的真空，必須抽出凝汽器、凝結水泵等中的空氣，它們之間均用管道相互聯通，然后與射水抽氣器連在一起，組成一個真空抽氣系統。 （6）循環水系統。凝汽器、冷油器以及發電機的空氣冷卻器必須不斷地通過冷卻水，以保證機組的正常工作，冷卻水管道、循環水泵、補充用的工業水管道及冷卻循環水的冷卻設備總稱為循環水系統。①循環冷卻水系統。循環冷卻水系統為凝汽器、冷油器以及發電機的空氣冷卻器提供冷卻水，采用機力通風冷卻塔循環系統，其補充水來自廠區工業水。②工業水系統。工業水由總廠管道過來，做為循環冷卻系統補充水和工業設備冷卻水。（7）給水回熱系統。汽輪機有3級抽汽，分別供給高壓加熱器、熱力除氧器和低壓加熱器。1級抽汽作為高壓加熱器的加熱汽源，2級抽汽作為除氧器的加熱汽源，3級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℃，經高溫煙管送入余熱鍋爐，依次經過膜式壁、高溫過熱器、減溫器、低溫過熱器、蒸發器以及省煤器，余熱鍋爐產生主蒸汽，煙氣溫度降到180-200℃后，由引風機送入煙囪排入大氣。

4主要技術經濟指標

（1）裝機容量：9000kW；（2）計算平均發電功率：8068kW； （3）年運行時間（h）：8000；（4）年發電量（104kWh）：6454.4； （5）自用電率（%）：10；（6）年供電量（104kWh）：5808.96.

5系統流程

在碳素廠罐式煅燒爐的煙道出口處將廢氣經余熱鍋爐吸熱后降溫至201℃左右，由風機送至原生產線煙囪。

6車間布置

（1）汽機房

汽機房采用鋼筋混凝土結構。總長度24m，汽機房跨度為18m，電控樓跨度8m。

±0.000m層布置有凝結水泵、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）

各車間布置余熱鍋爐均就地布置于各車間附近空地上。

（3）化水間、循環水泵房和冷卻塔

化水間單獨布置，內有一級反滲透裝置、除鹽水泵等設備，清水箱、除鹽水箱等布置在室外；循環水泵房暫擬采用半地下式布置方式，內有循環水泵等設備，布置在汽機房附近。

四、能耗狀況和能耗指標分析

本項目配套建設9MW裝機容量的余熱發電系統，平均發電功率8068kW計算，年發電量達到6454.4×104kWh，扣除自用電后年供電量達到5808.96×104kWh，經濟效益方面分析，3～4年便可回收全部投資；環境效益方面分析，按2011年全國火電機組的平均供電煤耗為333g/kWh標準煤計算，年節約標準煤19343.8t，每年減少CO2排放量48359.5t。

參考文獻：

[1]《環境空氣質量標準》（GB3095—1996） .

[2]《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271—2001） .

[3]《工業企業廠界噪聲標準》（GB12348—1990） .

[4]《城市區域環境噪聲標準》（GB3096—1993） .

[5]《污水綜合排放標準》（GB8978—1996） .

[6]《地表水環境質量標準》（GB3838—2002） .

（作者單位：南京凱盛開能環保能源有限公司）