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利用罐式煅烧炉烟气余热进行发电的分析 A n a l y s i s o nU s i n gW a s t eH e a tF r o m P o t t y p eC a l c i n e rF u m e t oG e n e r a t eE l e c t r i c i t yP o w e r 公用工程设计l ，l 6 ku 讪舭5D “增n I 耿丽 ( 东北大学设计研究院，沈阳 11 0 0 1 3 ) G E N GL i ( N o r t h e a s t e r n U n i v e r s i t y E n g i n e e r i n g & R e s e a r c h I m t i t u m 。S h e n y a n g1 1 0 0 1 3 ，C h i n a ) 【摘要】罐式煅烧炉被广泛应用于炭素厂、铝用炭素厂和焦炭行业中。论文时利用煅烧炉烟气余热进行发电的系统进行了介 绍。以某年产5 0 0 k t 煅后焦的焦炭企业为例，对其利用罐式煅烧炉烟气余燕发电进行了分析，包括排烟温度的确定。余热锅炉和汽 轮发电机组的选择及效益分析。结果表明，利用烟气余热年发电量可迭8 1 X l O T k W h ，经济效益显著实现企业节能减排，又符合 国家发展循环经济和环境保护的要求。 【A b s t r a c t T h e p o t - t y p e c a l c i n e r i s w i d e l y u s e d i n t h e c a r b o n p l a n t ，a l u m i n i u m c a r b o n p l a n t a n d c o k e i n d u s t r y T h es y s t e m o f u s i n g w a s t e h e a t f r o m p o t - t y p e f u m e t o g e n e r a t e e l e c t r i c i t y i s i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r A c o k e p l a n t w h o s e c a p a c i t y i s 5 0 0 k t a i s t a k e n a s a n e x a m p l e ，i t s s y s t e m o f u s i n g w a s t e h e a t t o g e n e r a t e e l e c t r i c i t y i s a n a l y s e d ，t h e a n a l y s i s i n c l u d e s t h e c o n f i r m a t i o n o f f u m e d i s c h a r g e d t e m p e r a t u r e ，t h e c h o i c e o f w a s t e h e a t b o i l e r a n d s t e a m t u r b i n e g e n e r a t e r u n i t a n d e f f i c i e n c y a n a l y s i s T h e r e s u l t d e m o n s t r a t e dt h a tt h ee l e c t r i c i t yg e n e r a t i n gv o l u m ei s8 1x l O ? k W h 。t h u si f se c o n o m i ce 仃e c ti ss u b s t a n t i a l ，i tC a np u tt h e c o n c e p to fe n e r g ys a v i n ga n dd i s c h a r g er e d u c t i o ni n t op r a c t i c e A n dt h i sm e e t st h en a t i o n a lr e q u i r e m e n to fe x t e n s i v e d e v e l o p m e n t o f c i r c u l a r e c o n o m y a n d e n v i r o n m e n t p r o t e c t i o n 【关键词】罐式煅烧炉；烟气余热；发电；分析 【K e yw o r d s p o t - t y p e c a l c i n e r ；f u m e w a s t e h e a t ；e l e c t r i c i t y g e n e r a t i o n ；a n a l y s i s 【中图分类号I T M 6 1 7【文献标志码I B【文章编号 1 0 0 7 9 4 6 7 ( 2 0 1 1 ) 1 0 0 0 9 5 - 0 3 罐式煅烧炉是我国最早采用的一种煅烧设备，能够煅 烧不同挥发份含量的石油焦，具有锻烧料质量稳定、炭质烧 损率低、煅后焦的堆积密度高、操作简单、维护工作量小、 连续生产周期长等优点，因此，广泛应用于炭素厂、铝用炭 素厂和焦炭行业中【”。 在采用罐式煅烧炉对原料进行煅烧时，石油焦挥发分 燃烧产生的热量除可供煅烧石油焦所需之外，还有大量的 富余热量随烟气排出。根据热平衡计算结果显示，原料煅 【作者简介l 耿丽( 1 9 7 5 。) 。女，辽宁铁岭人，工程师，从事热力工程设计与 研究( 电子信箱) g e n g l i 7 5 1 l 1 6 3 c ：O I l a o 烧吸热只占罐式炉热支出的3 3 5 ，而被煅烧烟气所带走 的热量占整个罐式煅烧炉热支出的4 7 9 t 2 1 。在炭素企业 中，广泛采用有机热载体余热回收技术回收煅烧炉的烟气 余热【引。在焦炭企业中，煅烧炉的建设规模较大，又没有有 机热载体用户，自用蒸汽量又较少，为利用烟气余热发电 提供了可能。本文以年产5 0 xl 叶煅后焦的焦炭企业为例， 对利用煅烧炉的烟气余热生产蒸汽用以发电进行了分析。 1热发电系统简介 余热发电系统可大致分为烟气系统和汽水系统两部 分。 1 1烟气系统 9 5 万方数据 I 工程建设与设计 c w 妇I i D I I 壶伽，枷鼬丹咖e I 煅烧炉排出的高温烟气温度可达9 5 0 C ，通过主烟道 引入余热锅炉中，与炉内的汽水系统进行热交换，烟气温 度由9 5 0 C 降低至1 7 0 C ，经过脱硫后，经引凤机由烟囱排 出。当余热锅炉检修时，煅烧炉烟气量可由副烟道排出( 见 图1 ) 。 图1烟气系统示意图 1 2 汽水系统 来自化学水处理站的除盐水经过除氧后，由锅炉给水 泵进入锅炉，在锅炉内吸收高温烟气的热量后转化为蒸 汽，蒸汽进入汽轮机膨胀做功，将热能转换为机械功，拖动 发电机发电。同时，汽轮机排汽经凝汽器冷却成为凝结水， 再经凝结水泵送回除氧器循环利用( 】( 见图2 ) 。 图2汽水系统示意图 2工程实例 2 1 工程概况 某焦化厂拟建设2 4 罐罐式煅烧炉2 4 台，烟气量在标 准状态下为1 10 0 0 n , 1 3 h 台，排烟温度9 5 0 C ，其中每6 台煅 烧炉为一组，每组煅烧炉后设置一台余热锅炉进行烟气余 热回收，生产次中压蒸汽用来发电；自用蒸汽和生产生活 用低压蒸汽由此中压蒸汽经减温减压后供应。 2 2 烟气的计算 2 2 1 烟气成分 由于原料成分不同，烟气成分有一定差异，结合生产实 际情况，烟气主要成分见表l 。 表1罐式煅烧炉烟气主要成分 成分032 S 0 2 0 2 H 2 0N 2 2 2 2 烟气酸露点计算 9 6 因工业炉使用的原料和燃料不同，工艺过程的不同，烟 气中二氧化硫转化成三氧化硫的转化率也不同。对于化工 过程来说，转化率一般为3 2 8 7 ，对于重有色冶金来 说，转化率一般为6 1 0 I l 】。考虑余热锅炉的安全，采用 1 0 的转化率计算。 r = l1 6 5 5 l5 + 1 6 1 3 92 1 9 V s 0 3 + 1 0 5 37 ( 1 9 V s 0 3 ) 2 = - 1 5 6 2 式中，t 为烟气的酸露点温度；V s 0 3 为烟气中S O ，体积百分 率。 硫含量较高的石油焦余热锅炉排烟相应提高。 根据烟气酸露点和余热利用最大化原则，本工程中选 择排烟温度为1 7 0 。 2 2 3 烟气焓的计算 烟气中各组分的比例，根据烟气焓的计算式为，I _ k N 2 斗而2 x 0 2 + m o x H 2 0 + 2 x C 0 2 ( k J m 3 ) 得到各温度下烟气焓见图3 。 害 袋 錾 图3烟气焓温图 由上图查得，烟气在9 5 0 ( 2 、1 7 0 C 的焓分别为 I 蛄o = 1 4 6 5 2 6 k J m 3 、1 1 御- - 2 3 5 6 7 k J m 3 。 2 3 余热锅炉计算 2 3 1余热锅炉参数的确定 余热锅炉所产生蒸汽除全厂( 包括锅炉房自用汽) 用汽 外，全部用以发电。结合工程实际及次中压参数的发电机 组的特点，本工程余热锅炉参数确定为： 余热锅炉蒸汽压力：p - 2 4 5 M P a 余热锅炉蒸汽温度：t = 3 9 0 ( 2 ( 过热蒸汽) 余热锅炉给水温度：t = 1 0 4 余热锅炉排烟温度：t = 1 7 0 2 3 2 余热锅炉蒸发量计算 1 ) 进入余热锅炉的烟气量为6 60 0 0 N m V h ，烟气温度 9 5 0 ，出炉烟气温度1 7 0 ；锅炉给水的焓( 1 0 4 ) ，1 - 4 3 8 5 2 k J k g ，蒸汽的焓( 2 4 5 M P a ，3 9 0 C ) 舒3 2 1 9 1 7 k J k g ； 万方数据 2 ) 烟气带人余热锅炉的热量：口严y j 孵一6 7 0 7 2 1 0 4 k J h ； 3 ) 烟气带走的热量( 取漏风系数铲5 ) ： Q 2 = ( 1 + a ) x V x ，l 炉1 6 3 3 1 9 x l O k J 恤； 4 ) 烟道及炉体散热( 取散热系数g 丑) ：口s 勺s Q r = 1 9 3 4 1 x 1 0 4 k J h ； 5 ) 余热锅炉吸热量：Q 暧= Q y Q 2 一Q 5 = _ 78 8 4 1 2 x 1 0 4 k J h ； 6 ) 余热锅炉产汽量：D = - D 吸( i - i , ) = 2 83 5 3 5 k g h 。 2 4 余热发电系统配置 2 4 1余热锅炉 根据余热锅炉的计算蒸发量，并考虑一定富裕量 ( 1 0 ) ，并参照国内余热锅炉参数，选用额定蒸发量 口= 3 2 t h ，锅炉蒸汽压力2 4 5 M P a ，蒸汽温度3 9 0 C 的余热锅 炉共4 台，同时运行。 2 4 2汽轮发电机组 1 ) 发电蒸汽负荷 4 台余热锅炉实际总产汽量为4 x 2 8 = 11 2 t h ，扣除全厂 生产、生活用汽3 0 t h 一3 5 t h 及锅炉房除氧用汽8 t h 一1 2 t h 后，其用于发电的总蒸汽负荷为6 5 t h 一7 4 t h 。 2 ) 汽轮发电机组的选择 为了方便中小企业余热发电系统的运行管理，减小建 设投资，便于安装，本工程选择小型快装发电机组。根据发 电蒸汽总负荷，及蒸汽输送压力损失( o I M P a ) ，本工程选 择N 3 2 3 5 型单层布置、快装凝汽式发电机组5 台，四用 一备。 该型机组的主要技术参数如下： 额定进汽量：1 6 1 t h 额定进汽压力，温度：2 3 5 瑚P 豹9 0 额定排气压力：O 0 1 3 M P a 发电机额定功率：30 0 0 k W 2 。5效益分析 目前，国内煅烧回转窑余热发电运行的小型