235-m2环冷机废气余热锅炉的研发

工业锅炉 2013年第6期(总第142期)文章编号：1004-8774(2013)06-0024-03235 m2环冷机废气余热锅炉的研发刘美丽(西安陕鼓动力股份有限公司工程设计院，陕西西安710075)摘要：主要阐述了烧结系统余热发电技术及其配套的余热锅炉。该型余热锅炉有效地解决了磨损、漏风、保温等难题，并能很好地适应烧结生产工艺的波动，具有一定的推广价值。关键词：余热锅炉；余热发电；研发中图分类号：TK22992+9 文献标识码：AResearch and Development of 235 m2 Sintering FlueGas Waste Heat Recovery Boiler of Ring CoolerU Mei1i第一作者：刘美丽，1986年毕业于西安交大热能工程专业，研究方向锅炉设备、余热发电以及ORC系统研究。(Xian Shaangu Power CoLtd，Xian 710075，China)Abstract：Mainly introduces the waste heat recovery boiler which can solve effectively with wear，air leakage，heat insulation and other pwblems，and can well adapt to fluctuations in sintering production line，and has a certain popularizationvalueKey words：waste heat recovery boiler；generate electridty by waste heat；research and development0前言我国是世界第一钢铁生产大国。2010年钢产量为62 700万吨，占世界总产量的50，钢铁生产能源消耗约占全国生产总能耗的15，成为国家节能减排的重点领域。钢铁企业烧结工序能耗仅次于炼铁工序，居第二位，烧结工序的能耗约占企业总能耗12，其排放的余热约占总能耗热量49。据统计我国烧结工序的废气余热回收利用率不到30，烧结工序能耗指标与先进国家相比差距较大，每吨烧结矿的平均能耗要高于20 kgce，节能潜力很大。从能源梯级利用的高效性和经济性的角度分析，余热发电是最为有效的途径之一。1烧结余热资源特性分析烧结工艺余热回收主要有两大部分，其一是烧结矿的显热占烧结过程总带人热量的约445，在冷却机高温段的废气温度为350420 oC；其二是烧结烟气显热占烧结过程总带入热量的约236，在烧结机尾部倒数四个风箱排出的废气温度为300380 oC。在烧结生产过程中，有近50的热能以烧结烟气和冷却机废气的显热形式排人大气，如图l。本文只讨论环冷机废气显热利用锅炉的设计。对235 m2环冷机废气进行气固换热计算，环冷机可用废气为14烟罩、24烟罩两部分，其中，1。烟罩废气对应于1。环冷鼓风机，2。烟罩废气对应于2。环冷鼓风机。当烧结机实际运行状况符合设计条件，100负荷运转，废气参数如表1。表1废气参数项目 单位 额定工况下1。烟罩废气 额定工况下2。烟罩低温废气废气流量 m3h(标态) 140 000 140 000废气温度 400 300废气成分 一 热空气 热空气含尘量 gm3(标态) 3 3收稿日期：2013-06-04万方数据研究与开发 235 m2环冷机废气余热锅炉的研发废气显热Sensible beat ofExhaust293图l典型的烧结J热、卜衡能流幽。环冷机废气余热利用系统(如图2)：从环冷机 成了130 oC左右的废气，从出口烟道进人循环风机，l 8烟罩、2。烟罩收集的热废气，进入锅炉顶部进El烟 再通过热风循环管路进入环冷机下部的风室，穿过道，流经高压段过热器、高压段蒸发器、高压段省煤 并冷却炽热的烧结矿料，再次变成热风，进人烟罩进器、低压段过热器、低压段蒸发器、低压段省煤器，变 行下一次循环，多余的烟气从烟囱排出。Q-140 000 m3m o标态j 400热器发器煤器热器发器煤器l一环冷机1。烟罩2一烟道阀3一I段进口阀4-环冷机2。烟罩5-II段进口阋6-膨胀节I 7-膨胀节II8余热锅炉9一落灰斗10-丰h冷风口 1l_2。环冷鼓风机12一循环风机13一烟囱14一l。环冷鼓风机图2环冷机余热发电系统图2 235 m2环冷机废气余热锅炉的设计 低压段额定蒸汽流量 53 th21余热锅炉主要参数 凝结水进口介质温度40高压段额定蒸汽压力 16 MPa(g) 排烟温度 c 。 ：佣 王i 厂 妙斗 之 千=三、 镰、p。?-，拟L j 心 卫7。、丝矿 V ) 1一高压段锅筒2一进口烟道3一除氧器4一低压段锅筒5一高压蒸发器6一高压过热器7一低压过热器8一高压省煤器9低压蒸发器10一低压省煤器 1 1一沉降室12一出口烟道13一钢架14一平台扶梯图3锅炉总图锅炉给水经省煤器加热到接近饱和温度后进人锅筒，再经下降管进入蒸发器，在蒸发器内吸热变成汽水混合物回到锅筒，在分离器中进行汽水分离。高压段的饱和蒸汽进人过热器过热后经主汽管送人汽轮机；低压段饱和蒸汽经过低压过热器加热成过热蒸汽，送入汽轮机的补汽口。高压段锅筒内径为西1 600 mm X26 mm，内设二级分离器，汽水混合物先经一级旋风分离器分离，再进入波形板和匀汽孔板分离后进人过热器，保证蒸汽品质；低压段锅筒内径为咖2 200 mm X24 mm，内设二级分离器，一级为圆弧挡板惯性分离器，二级为带钢丝网的分离器。在低压锅筒上部设计了除氧头，除氧水箱与低压锅筒合二为一，锅炉自带除氧，降低了设备的复杂性。整台锅炉的换热面由六个管箱组成，分别为高压段过热器、高压段蒸发器、高压段省煤器、低压段过热器、低压段蒸发器、低压段省煤器管箱，每个管箱由换热管、集箱、管板、侧板、密封箱组成模块结构；受热面管采用水平错列布置螺旋翅片管，大大增加了换热面积。24锅炉主要特点(1)采用防磨设计：在受热面选取较低烟气流速的同时烟气进口设有烟气均流装置，在高温过热器上部管束采用防磨翅片管，在管组四周设防磨导流板、隔板，减少烟气流动的不均匀性；管箱内集箱、管组弯头处设防磨装置；高温区域管箱材料选用耐高温材料。(2)采用新型密封设计：理论上烟气侧漏风率由1增加到2，锅炉蒸发量下降08左右。但实际上在锅炉投运后，由于各种因素的共同作用，锅炉蒸发量下降远远大于08，所以余热锅炉的运行工况对锅炉的密封设计提出更高要求，漏风量大会造成系统运行不稳定，余热利用效率下降，所以管箱采用内护板密封，并在厂内进行密封试验检查；采用内置集箱，受热面管子不穿墙，集箱穿墙有迷宫式焊接密封，有效地改善了锅炉的密封性能，确保锅炉漏风率低于1。(3)采用保温设计：为了充分利用余热，对锅炉的保温设计提出更高的要求。该锅炉采用160 mm厚的硅酸铝纤维毡做外保温，在环境温度25时，锅炉护板外表面温度低于40。(4)受热面换热管均采用小螺距高绕翅片管，从而组织起更为有效的废气流场，加强换热，并且能在较大程度上减轻磨损，延长检修周期，保证锅炉有较长的使用年限旧J。(5)用饱和蒸汽减温器调节过热蒸汽温度，保证进入汽轮机的蒸汽温度稳定，在烧结系统烟气温度波动较大时汽轮机能够稳定工作。3技术经济分析235 m2环冷机余热锅炉经两年的运行证明：锅炉蒸发量、蒸汽温度、蒸汽压力、热效率、漏风率等主要技术指标全面达到设计指标。余热锅炉高压段产生蒸汽进汽轮机主汽口参数为压力15 MPa，温度325，蒸汽流量为22 th，低压段产生蒸汽进汽轮机补汽口参数为压力05MPa，温度200，蒸汽流量为54 th。汽轮发电机组的发电功率为3 7 64 kW，按(下转第38页)万方数据38 工业锅炉 2013年第6期(总第142期)锅炉平均出力4 03019 kgh 锅炉效率 79483结论生物质燃料在环保、经济性等方面有许多优点，生物质工业锅炉的应用也越来越普及。然而我国生物质燃料的利用起步较晚，生物质颗粒的生产、生物质工业锅炉技术还不太成熟。目前市场常见的锅炉(上接第26页)7 500 h计算，年发电量为2 822万kWh，年外供电2 484万kWh，折合节约标煤0868万ta，CO：减排量231万ta。电价按058形kw计算，每年收益1 440万元，具有显著的经济和社会效益。4总结烧结余热发电技术符合国家能源政策、环保政策，也符合国家可持续发展战略，在钢铁行业应得到大力的推广。由于冷却废气温度波动较大和烧结生(上接第30页)大都是由燃煤锅炉改型而来，实践证明，保留燃煤特征的锅炉要烧好生物质是有难度的，但是可以相信，生物质燃料和生物质工业锅炉在不远的将来一定会有一个更大的发展。强产工艺决定烧结机短时间停机频繁，造成进入余热锅炉的废气的温度和流量不稳定，锅炉产生蒸汽的温度和压力变化大，可能使汽轮机解列，采用高炉煤气补燃或者采用多机一炉的方式，稳定废气温度和余热发电系统是个行之有效的措施。强参考文献1冶金工业部长沙黑色冶金矿山设计研究院烧结设计手册M北京：冶金工业出版社，20052车德福，刘艳华烟气热能梯级利用M北京：化工工、lk出版社，2006力襄l 乃案2 方案3 方案4图8炉膛旋风分离器横截面固体颗粒磨损率分布首台220 th节能环保型CFB锅炉用户为青岛 拟中的应用和比较J热能动力工程，2003，18(4)：337新源热电有限公司，预计2014年锅炉将投入运行， 一342届时将分析报道旋风分离器的实际运行效果。盟参考文献1包绍麟，等220 th循环流化床锅炉热力性能分析J锅炉技术，2006(5)：32342包绍麟，等220 th节能环保型CFB锅炉的设计J工业锅炉，2013(5)：15193王海刚，刘石不同湍流模型在旋风分离器三维数值模4Fluent IncFluent users guide，tutorial 19zLebanon，USA：Fluent lnc，20065陶文铨数值传热学第二版M西安：西安交通大学出版社，20016李战国，等旋风分离器的入口烟道布置对性能的影响J中国电机工程学报，2009，29(11)：17万方数据235 m2环冷机废气余热锅炉的研发作者：