单宏伟：烧结余热发电补燃装置的设计与应用 |
| 2013-07-29 10:56 作者：单宏伟 张晓东 刘杰 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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介绍一种余热自适应动态补燃装置，基于某钢铁的环冷余热发电自适应动态补偿系统，分析该补燃装置的技术特点与应用价值。
0引言
余热发电技术是指利用生产过程中各种用能设备及产品排放或携带出的有回收价值的多余的热能转换为电能的技术。这些余热资源广泛存在于冶金、石油、水泥、化工等重工业，及食品、制药、建材等轻工业中。这些余热资源可分为固体、液体和气体余热资源。余热发电能很好地解决环境问题，并能提高能源利用率，有效地增加企业的经济效益和社会效益。例如，钢铁行业加热炉高温烟气回收发电可收回当年全部成本，热量利用率提高5～10%。
但是诸如低品位烟气、蒸汽和热水等这些数量大、热焓值低的余热资源基本
不能直接送往余热锅炉。其次，热源波动不稳定也是影响余热锅炉不能在额定负荷下运行的主要问题之一。在生产实际中，工况变化较大，设备运行常常出现不
稳定，甚至发生短期停机的情况，导致余热热源的连续性和稳定性难以得到保障。这样发电机组经常无法在满负荷下运行，偏离了最佳设计工况运行，甚至被迫停机，降低了发电机组运行效率，并使得发电机组安全运行无法得到保障，降低了发电机组及其他发电设备的使用寿命。
为了保证发电机组能在额定负载下工作，并且在事故工况例如停机情况下，保证余热热源温度及流量稳定在余热锅炉设计的额定值附近，提高发电系统技术经济性指标，很有必要在现有技术的基础之上研究设计一种余热锅炉自适应的动态补燃装置。
1主要技术特点
1.1原始条件
某钢铁公司利用环冷装置出口次高温及中温烟气分别配套20t/h及6t/h的余热锅炉，锅炉设计负荷要求次高温余热锅炉（20t/h）入口烟气温度约为380℃，出口烟气温度150℃。中温余热锅炉（6t/h）入口烟气温度约为280℃，出口烟气温度150℃。在实际运行中，环冷装置次高温烟道出口烟温只能达到300℃，中温烟道出口只有250℃。这样，余热锅炉不能在额定负荷下正常运行。另外，生产线经常短时维修，造成发电机组频繁启停。而公司有富裕高炉煤气8000Nm3/h一直处于放空状态。利用现有条件，增加补燃装置使余热锅炉入口处的烟气稳定在额定温度下，保证余热锅炉正常工作。
1.2技术特点
1）补燃装置选用南京博纳能源环保科技有限公司设计的燃烧设备，燃烧器的主燃气室与助燃风室采用多层交替布置，并且燃气室与助燃风室设有旋流片，有效的加强了空气与煤气的混合，并针对高炉煤气的特性设置了稳燃块，保证煤气压力在较大范围内波动时仍能够保持稳定燃烧，不脱火、不回火。
2）Lo-NOx排放设计。采用多层分级配风设计和气膜保护风结构，不但能够有效的降低NOx的生成，还能有效保持炉温，延长耐火浇注料的使用寿命。
3）选用西门子PLC和NBMS燃烧控制系统，实现补燃系统的自适应动态稳定。
4）充分利用现场现有设施，合理布置补燃系统设备，节约投资，系统简洁可靠、检修维护方便。
3余热补燃装置
3.1环冷机余热锅炉设计参数
根据本电站的设计原始参数，按照环冷机的余热利用量，余热锅炉设计参数如下表1：
表1余热锅炉设计参数
序号 名称 环冷余热发电
1 次高温进口烟气温度 380℃
2 次高温烟气容积流量 180000Nm3/h
3 中温进口烟气温度 280℃
4 中温烟气容积流量 180000Nm3/h
5 中压过热蒸汽压力 2.1MPa（g）
6 中压过热蒸汽温度 345℃
7 中压过热蒸汽产量 20t/h
8 低压过热蒸汽压力 0.47MPa（g）
9 低压过热蒸汽温度 240℃
10 低压过热蒸汽产量 6t/h
11 冷凝水温度 41.53℃
12 锅炉排烟温度 150℃
3.2烟气参数和高炉煤气参数
实际工况下，环冷机出口烟气参数如表2所示，可利用的高炉煤气参数如表3所示。
表2环冷机出口烟气温度
序号 名称 参数
1 次高温进口烟气温度 300℃
2 次高温烟气容积流量 180000Nm3/h
3 次高温进口烟气压力 -600
1 中温进口烟气温度 250℃
2 中温烟气容积流量 180000Nm3/h
3 中温进口烟气压力 -600
表3高炉煤气参数
高炉煤气 组成
体积分数 C0 N2 CO2 其他
0.24 0.57 0.18 0.01
体积Nm3/h ≤30000
热值kJ/m3 3265
3.3余热自适应动态补燃装置设计
余热自适应动态补燃装置包括焚烧炉系统和控制系统。焚烧炉系统包括高炉煤气燃烧器系统、焚烧炉、烟气混合区及管路系统。控制系统包括自动点火系统、烟温控制系统。装置结构示意图如1。
1-余热热源烟道主管；1-1第一流量计、1-2第一热电偶、1-3第二热电偶；2-烟气混合区；3-焚烧室；4第三热电偶；5火焰检测器；6-燃烧器；7-风管道；7-1第二流量计；7-2第一调节阀；7-3第一压力变送器；8-燃料管道；8-1第三流量计；8-2第一开关阀；8-3第二开关阀；8-4第二调节阀；8-5第二压力变送器；9-点火管道；9-1第三压力变送器；9-2第三开关阀；10-手动球阀；11-一氧化碳检测器；12-风机；13-控制柜。
图1补燃装置
4环境节能经济效益
通过回收利用烧结环冷机烟气余热发电，利用两套自适应动态补燃装置将余热发电机组发电量由原来平均3.5MW达到额定的4.5MW，并稳定运行在5.0MW，每年可节约标煤量约2.4万t（按380g/kWh计算，7000h），设备运行稳定，效益明显。每天可为业主获得超额的60000度电能，折合人民币3万余元，充分发挥发电机组的能力，同时确保烧结厂生产线检修时发电机组不停机。这样降低烧结工序能耗，促进资源节约，降低单位产值的能耗，增加企业的效益。并且，有利于其它可持续目标的实现，减少当地由火电厂带来的SO2、NOX、粉尘之类的大气污染物，有助于改善当地的能源结构，提高能源安全。
由于控制系统全自动化，只需定期检查维修，减少了现场工作人员工作量，保障了人员安全。
5结束语
本余热自适应动态补燃装置，结构设计合理，自动化程度高，环保性强，可安装在任何需补燃的余热烟道管道上，属于外挂式补燃装置，应用范围广，通过控制烟气管道出口处温度，控制系统将其控制在所要求的范围内，减少人力劳动，同时提高余热发电机组稳定性和安全性，减少环境污染，保证能量高利用率，节省运行成本，具有显著的经济效应和社会效应。
作者简介：
单宏伟（1967-），男，江苏无锡人，工程硕士，工程师，现从事余热发电开发和工程管理。 |
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