利用罐式煅烧炉烟气进行余热发电的可行性研究VIP

36 应用能源技术 2010年第1期(总第145期) 利用罐式煅烧炉烟气进行余热发电的可行性研究 李秀莉 (湖南永清环保研究设计院，湖南长沙410005) 摘要：我国石油焦煅烧以罐式煅烧炉和回转窑为主。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生石油焦，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、连续生产的周期长等优点，因此广泛应用于大、中小炭 素厂和铝用炭素行业中。罐式炉煅烧过程产生大量烟气，风温很高，通常高迭950clC以上，供导 热油炉的部分用热后烟气也有600。烟气热焓高，可利用其来生产蒸汽进行发电，既能有效 提高企业自供电率，实现企业节能减排降耗增效，可取得良好的社会效益、经济效益和环境效 益。本文介绍了罐式煅烧炉烟气余热利用发电的可行性。 关键词：罐式煅烧炉烟气；余热发电；节能降耗；经济效益；社会效益 中图分类号：n 271 文献标识码：B 文章编号：10093230(2010)01003604 Feasibility Study of Using Waste Heat to Generate Electric Power which Comes from the Gas of Pottype Calciner U Xiuli (Hunan Yongqing Environmentprotection Study institute，Changsha 410005，Hunan) Abstract：The main burning methods ofpetroleum coke in our country are pottype ealciner and rotary kilnPot-type calciner is the earliest burning equipment used in our country which can bum raw petroleum coke with different volatile contentIts advantages include stable quality of burning material，low burning waste of carbon，high coke piling density after burning，easy operation，low maintenance and long period of continuous production，50 the pottype calciner is used widely in the carbon factory of middle and big sizes and aluminum carbon industryMuch gas is produced during the buming of pottype calciner，the gas temperature is usually over 95WC and it could be 600C even after using by heat conducting oil boilerThe hiSh enthay of gas carl be used to produce steam to generate electric power， which could increase the electricitysupply for the company itself to realize energy-saving and waste reduemg，better social，economic and environmental benefits could be gainedThis paper introduces the Feasibility of using Waste heat to generate electric powerwhich comes from the gas ofpottype calciner Key words：Pottype ealciner gas；Using Waste Heat to generate electric power；EnergysaV g and wastereducing；Economic benefits；Social benefits 1 罐式炉烟气余热计算 11罐式炉煅烧烟气量 以一个年产20万吨的罐式炉石油焦生产厂 收稿日期：20091210 修订稿日期：20091230 作者简介：李秀莉，女，1992年毕业于西南科技大学，从事余 热电工程设计。 (配8条生产线，每条线为24个煅烧罐，每罐产量 为120kgh)为例，通常用于阳极碳素生产的石油 焦成分如表1： 表1 石油焦元素含量 2010年第1期(总第145期) 应用能源技术 37 (注：石油焦成分在一定范围波动，本篇以上表数值为例以便 于分析说明)。 经计算每条罐式炉生产线产生烟气量约为 10179Nm3h。 烟气成分：由于原料成分不同，各生产线的烟 气成分有一定差异，结合实际生产状况，按上述原 料计算烟气成分表2： 表2 烟气成分表 12烟气酸露点计算 因工业炉使用的原料和燃料不同，以及工艺 过程的不同，烟气中二氧化硫转化成三氧化硫的 转化率也不同的。对于化工过程来说，转化率一 般为3287，对于重有色冶金来说，转化 率一般为6 10，为了考虑余热锅炉的安全， 采用10的转化率作计算。 =1165515+1606329lgVs+ 105377(1gV3) =1562C 烟气的酸露点温度，qC； 一烟气中S03体积百万分率。 硫含量较高的石油焦余热锅炉排烟相应提高。 13余热利用方案 由于罐式煅烧炉的废气温度高，故可设余热 锅炉进行烟气余热的回收。由于人炉烟温高，锅 炉换热效率较好，可选择单压余热锅炉即可。预 热导热油炉的热烟气和不预热导热油炉的热烟气 由于温度不同，可考虑选用不同的余热锅炉，生产 两种品质的过热蒸汽。 不向导热油炉供热4条生产线的烟气用于生 产中压蒸汽(锅炉给水由低压余热锅炉供给)，另 4台炉烟气由于先供导热油炉用热，出导热油炉 烟气温度降低至600C，可利用余热减少，且要考 虑对本身和中压余热锅炉的供水和除氧用热，故 可用此烟气生产低压蒸汽，在发电时将此部分蒸 汽引入汽轮机的补汽端作功发电。本例余热锅炉 按排烟170计算。 2余热锅炉配置及发电量 根据现场地形情况和实际生产情况的不同， 可做以下三种配置： 方案一：每条生产线配一台锅炉，共配4台中 压余热锅炉和4台低压余热锅炉。此配置方案调 节灵活，但一次性投资大，余热电站占地最大。 方案二：每2条生产线的烟气配1台余热锅 炉，共配2台中压余热锅炉和2台低压余热锅炉。 方案三：不预热导热油炉的4条罐式炉生产 线的热烟气全部引入中压锅炉，预热导热油炉的 4条生产线烟气全部引入低压锅炉，共配1台中 压余热锅炉和1台低压余热锅炉。此方案一次性 投资较省，但不利于系统调节，如果煅烧生产线的 同时率不高时不宜采用。 以下锅炉蒸发量的计算仅按方案一(烟气量 p=10179Nh)为例计算。 21烟气的焓计算 根据烟气中各组分的比例，计算得： (1)950C烟气(中压余热锅炉入口烟气)的焓 ，950=iAr2+iD 02+i以0H2 D+ ico CO2=146526kJNm_， (2)60o烟气(低压余热锅炉入口烟气)的焓 16oo=i N2+i0 02+i以DH2 O+ ico CO2=878607kJNm3 (3)170C烟气(出口烟气)的焓 ，l7o=i帆N2+i0102+i以0H2 0+ c0CO2=23567kJN 22中压余热锅炉蒸发量计算 (1)入锅炉烟气量V=10179Nm3h (2)入锅炉烟气温度 =950C(平均) (3)出锅炉烟气温度 =170C(根据酸露点 温度和余热最大利用化原则选定) (4)烟气入锅炉热量Q =VIs= 14914882kJh (5)锅炉漏风系数0=005(取用) (6)烟气带走的热量Q =(1+AO)V， = 2518829kJh (7)锅炉散热系数q =2(取用) (8)锅炉散热损失Q5=g5 =298297kJh (9)中压锅炉吸热量Q中= Q：一Q = 12097756 kJh (1O)蒸汽的焓 =33337kJkg(382MPa， 450C) (11)给水的焓ig,=43852kJkg(104e) (12)中压锅炉产汽量：Dee=Q中(i即一i )： 4178kgh 23低压余热锅炉蒸发量计算 (1)入锅炉烟气量V=10179Nm3h 38 应用能源技术 2010年第1期(总第145期) (2)入锅炉烟气温度t =600C(平均) (3)出锅炉烟气温度 =1702(根据酸露点 温度和余热最大利用化原则选定) (4)烟气入锅炉热量 =V，锄=8943N0kJh (5)锅炉漏风系数0=005(取用) (6)烟气带走的热量Q2=105V， = 2515860kJh (7)锅炉散热系数q =2(取用) (8)锅炉散热损失O5=q5Q =178867kJh (9)低压锅炉吸热量Q低=Q 一O 一Q = 6248613kJh (10)蒸汽的焓i 盯=31956kJkg(13MPa， 370C) (11)凝结水加热器进水的焓i。=14426kJkg (35cc) (12)凝结水加热器出水的焓i 。=39712kJ kg(95C) (13)锅炉排污：01=002(取用) (14)11热中压锅炉给水至95C需用热量： AQ,e=(i 0一i0)D中(1一AO1)= 1078009kJh (15)低压余热锅炉产汽量：D低=(Q低一 Q中给)(i 棚一i0)=1695kgh 24发电量计算 241低压蒸汽供除氧器用量计算 (1)中压余热锅炉进水量：g中=D中(1一AO。) =4263 kgh (2)低压余热锅炉进水量：g低=D低(1一AO ) =1730 keh (3)104C和95C水的焓差 =i 一i 0= 414kJ (4)D除氧=(g中+g低) =14476 kgh 242单位发电量 蒸汽输送损失均按在1公里内考虑，压力损 失01MPa，温度损失10C，汽水损失按3，发电 效率按94计算。 进入汽轮机的蒸汽参数如下： (1)主蒸汽的量D 主=D中(13)= 405266kgh (2)主蒸汽的焓 主=33123kJkg(372MPa， 440C) (3)补汽的量D 补=D补X(13)一D除氧= 1499kgh (4)补汽的焓 补=3176kJkg(12MPa，360C) (5)汽机排汽焓i排=2422kJkg (6)发电量=D 主( 主一i排)+D 补X ( 补一 排)0943600=1237kW 3 余热发电系统配置 31余热发电主机配置方案 311锅炉 表3 单台余热锅炉设计参数表 中压余热锅炉 低压余热锅炉 项 目 单位 方案一 方案二 方案三 方案一 方案二 方案三 台数 4 2 1 4 2 1 入口烟气量 Nn h 10179 2O358 4(“l6 10179 20358 4JD7l6 人口烟气温度 95O 95O 5o 6 600 6o0 过热蒸汽流量 th 4178 8356 16712 1695 339 678 用于除氧器加热蒸汽量 th O145 029 058 过热蒸汽压力 加Pa 382 13 过热蒸汽温度 45O 370 给水压力 MPa 46 2O 给水温度 104 1O4 凝结水加热器进水温度 35 凝结水加热器出水温度 95 排烟温度 170 170 2010年第1期(总第145期) 应用能源技术 39 312汽轮发电机组 表4 项目 单位 方案一 方案二 备注 台数 2 1 按现场实际情况配置 额定功率 kW 3O0o 500o 实际发电功率 kW 2474 4948 主蒸汽流量 th 81 162 主蒸汽压力 胁 372 主蒸汽温度 440 补汽流量 th 3O 60 补汽压力 胁 12 补汽温度 36o 排汽压力 MPa(8) 00()8 铭牌工况 冷却水温 20 说明 锅炉按方案一、方案二配置时可选用 锅炉按方案一、二、三配置时均可选用 表5 发电机 项 目 单位 方案一 方案二 备注 台数 2 1 根据汽轮机台数配置 额定功率 MW 3 5 额定电压 kV 105 额定功率因数 COS中 O8O 滞后 额定转速 rifmin 3O0o 额定频率 Hz 50 励磁方式 自并激可控硅静态微机励磁系统 余热发电辅助设备构成 表6 锅炉系统设备 项目 单位 方案一 方案二 方案三 备注 引风机 4+4 2+2 1+1 除氧器 4 2 1 口 给水泵 8+8 4+4 2+2 单台按锅炉最大给水量110选取 口 表7 其他设备 汽轮机台数 项 目 单位 设备选型原则 2 1 补水泵 1，2 1 凝结水泵 4 2 单台按汽机最大凝结水量1 10选取 口 循环水泵 4 2 两台按最大循环水量110选取 口 冷却塔 台 按冷却水量及占地面积设计可考虑每台汽机配1台或多台冷却塔 4 结语 由上述计算可知，罐式煅烧炉排放的高温烟 气，即使部分用于加热导热油炉后仍有较高热焓， 完全可将余热利用起来，用余热锅炉产生蒸汽用 于发电。一个年产20万