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飽和蒸汽余熱發電

來源:仟億達 發布日期:2015-09-30 10:02:00 瀏覽:-| 加入收藏

煉鋼工序余熱發電主要包括轉爐汽化冷卻器飽和蒸汽發電、電爐煙氣余熱發電、加熱爐汽化冷卻器飽和蒸汽發電、加熱爐煙氣余熱發電等四種,這四種余熱形式可分別單獨發電,也可以分組合并發電。對于分組合并發電,能夠在降低投資的同時提高發電效率。

1.定義及特征

(1)定義:在不影響煉鋼產品產量、質量,不降低工藝設備運轉率,不改變生產工藝流程、設備,不增加生產電耗和熱耗的前提下,將生產工藝過程中產生的飽和蒸汽、以及工藝設備排出的廢氣余熱轉化為電能的技術。

(2)特征:

煉鋼工序余熱發電發電技術除上述定義外也還同時具有如下的特征:

a.根據工藝設備的生產、裝備、現場條件等因素,每套工藝設備可以單獨配套發電機組,也可以相互組合,充分利用各自余熱的特點配套一臺發電機組;

b.由于轉爐周期性生產的特點,轉爐汽化冷卻余熱鍋爐產生的飽和蒸汽流量及壓力也隨著轉爐生產而產生周期性的變化,因此必須設置較大容量的蓄熱裝置,以保證蒸汽的連續穩定供給,保證汽輪發電機組的連續穩定運行;

c.電爐煙氣的特點是溫度高且波動頻繁、煙氣瞬時量大、粉塵濃度高,且具有周期性的特點,電爐產生的煙氣溫度、流量也具有周期性的變化,為適應這種周期性的生產模式,需要采用汽化冷卻煙道、燃燒沉降室、余熱鍋爐和蓄熱器相結合的方式,保證蒸汽的連續穩定供給。

d.轉爐汽化冷卻器和加熱爐汽化冷器產生的飽和蒸汽可經汽水分離后直接進入汽輪機;或裝置燃氣過熱器,利用少量的煤氣燃燒進行過熱、或利用加熱爐煙氣或燒結煙氣余熱過熱后再進入汽輪機,以提高發電效率及汽輪機使用壽命。

e.組合系統中余熱鍋爐給水系統采用各自獨立、互不影響的并聯系統;

2.系統構成

幾種工序過程的余熱發電系統主要區別在于蒸汽在進入汽輪機前的過程,而進入汽輪機后的系統是完全一致的,主要有汽輪機及發電機組系統;電站循環冷卻水系統;電站化學水處理系統;站用電系統;電氣接入系統;電站動控制系統;電站室外汽水管道系統;電站室外給水、排水、消防管網系統;以及為上述各系統配套土建、通訊、照明、環保、勞動安全與衛生、消防、供暖等輔助系統。其不同的系統部分如下:

(1)轉爐余熱發電系統:轉爐余熱回收系統(汽化冷卻器系統);蓄熱系統;飽和蒸汽過熱系統。

(2)電爐余熱發電系統:汽化冷卻燃燒沉降系統;汽化冷卻煙道系統;汽化冷卻器系統;蓄熱系統;飽和蒸汽過熱系統。

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(3)加熱爐余熱發電系統:

根據不同形式的加熱爐,加熱爐余熱發電系統一般分為兩種:一種是只利用加熱爐汽化冷卻器產生的飽和蒸汽進行發電;另一種是將汽化冷卻器產生的飽和蒸汽與加熱爐煙氣余熱回收組合在一起進行發電。系統構成:加熱爐余熱回收系統(汽化冷卻器);加熱爐煙氣余熱回收系統(余熱鍋爐);蒸汽過熱系統。

上述幾個系統可根據不同系統的蒸汽參數、設備運行情況相互組合,將可共用系統部分合并建設。

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3.余熱發電系統解決方案

3.1轉爐余熱發電系統

(1)技術要點

煉鋼轉爐在吹煉過程中,產生大量的高溫煙氣(1300℃以上),為降低煙氣溫度、回收高溫煙氣中的余熱,轉爐配套設置了煙道式汽化冷卻余熱鍋爐。余熱鍋爐由于受到轉爐吹煉時煙氣波動的影響,在整個冶煉周期(~30min)內,只有吹煉期(~15min)才有飽和蒸汽產生,同時由于吹煉期煙氣量的急劇變化,余熱鍋爐產生的蒸汽量也隨之急劇波動。因此為保證汽輪機進汽流量的連續性和穩定性,一般還設置蓄熱器系統。

轉爐在吹煉期內,轉爐產生的高溫煙氣進入汽化冷卻煙道,經換熱后產生1.0~1.6MPa的汽水混合物送入余熱鍋爐汽包,再經汽包汽水分離后送出飽和蒸汽,一部分蒸汽進入蓄熱器內,通過內部充熱裝置噴入過冷水中,蒸汽將蓄熱器內的過冷水加熱同時冷凝成水,形成飽和水,使蓄熱器內水的焓值升高,這樣就完成了蓄熱器的充熱過程;另一部分蒸汽經調壓閥后送入汽輪發電機房。轉爐在非吹煉期內,汽化冷卻余熱鍋爐不產生蒸汽,調壓閥前蒸汽壓力不斷下降,此時蓄熱器內低壓下降,飽和水成為過熱水后沸騰,產生飽和蒸汽,飽和蒸汽經調壓閥送入汽輪發電機房。

由于飽和蒸汽對汽輪機使用壽命影響很大,雖然系統中采用了很多防范措施,但實際運行中仍不可避免造成汽輪機入口的蒸汽干度達不到0.995以上,因此使汽輪機葉片的使用壽命大大縮短;并且飽和蒸汽的發電效率低,汽耗率大,造成發電收益較低,投資周期長。因此系統中還可以考慮增加了蒸汽過熱系統,既可以充分保證汽輪機使用壽命,也可以大幅度提高發電,降低投資回收期。

(2)熱力系統

根據工廠具體情況,轉爐余熱發電系統有如下兩種熱力系統,分別見:

圖3-1:轉爐飽和蒸汽發電熱力系統

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圖3-2:轉爐過熱蒸汽發電熱力系統

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3.2電爐余熱發電

(1)技術要點

根據電爐煙氣溫度的不同,煙氣余熱回收系統設置了不同的換熱面。在高溫煙氣區設置了以輻射換熱為主的汽化冷卻燃燒沉降室、汽化冷卻煙道,在低溫煙氣區設置了以對流換熱為主的余熱鍋爐。電爐煙氣從爐內第四孔抽出,經水冷彎頭、水冷滑套、汽化冷卻燃燒沉降室、汽化冷卻煙道后,溫度降至850℃左右;再經余熱鍋爐煙氣降到約200℃后,與二次煙氣混合降溫后,經煙氣凈化系統除塵達標后排人大氣。

由于電爐生產運行的特點,決定了其發電系統與轉爐發電系統類似,汽化冷卻裝置和余熱鍋爐產生蒸汽還需經過蓄熱器蓄能后,才能實現蒸汽穩定連續的供給。汽水系統流程:經鍋爐給水泵供入余熱鍋爐的水加熱器加熱后送入汽包;汽包下降管分為兩路:一路循環水由下降管經熱水循環泵加壓后進入燃燒沉降室和冷卻煙道,通過與高溫煙氣換熱,產生汽水混合物,再經上升管返回汽包,組成了強制循環系統;另一路下降管進入余熱鍋爐,經余熱鍋爐吸收煙氣中的熱量,產生汽水混合物經上升管返回汽包,組成了自然循環系統;汽水混合物在汽包汽水分離產生出蒸汽,送至蓄熱器,通過蓄熱器產生連續穩定的蒸汽進入發電系統。

(2)熱力系統

根據工廠具體情況,電爐余熱發電系統有如下兩種熱力系統,分別見:

圖3-3:電爐飽和蒸汽發電熱力系統

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圖3-4:電爐過熱蒸汽發電熱力系統

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3.3加熱爐余熱發電

(1)技術要點

加熱爐余熱資源分為兩部分:一部分是加熱爐采用汽化冷卻器進行冷卻,被加熱的汽水混合物進入汽包進行汽分離后產生低壓飽和蒸汽;另一部分是非蓄熱器加熱爐尾部煙道空氣預熱器出口的煙氣余熱。由于加熱爐的生產方式為連續運行,因此這兩部余熱資源也比較穩定。

由于加熱爐汽化冷卻器產生的飽和蒸汽一般流量比較少,很少單獨利用,所以基本上都是將蒸汽并網利用;對于加熱爐煙氣余熱可根據流量、溫度結合汽化冷卻器產生的飽和蒸汽建設一套小型汽輪發電機組。根據不同的參數情況,發電系統可采用單壓或雙壓系統。

(2)熱力系統

根據工廠具體情況,加熱爐余熱發電系統有如下兩種熱力系統,分別見:

圖3-5:加熱爐單壓余熱發電熱力系統

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圖3-6:加熱爐雙壓余熱發電熱力系統

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3.4組合式余熱發電系統

所謂組合式余熱發電系統就將上述三種工藝設備的余熱資源在一定范圍內組合在一起,進行綜合利用的發電系統。這種系統的特點如下:

(1)在現場條件允許的情況下,余熱電站總投資較低;

(2)可根據不同工藝的特點,合理的選取工藝參數和流程,提高綜合發電效率;

(3)對工藝生產過程中產生的波動,余熱電站適應范圍更大,保證發電系統的穩定運,并可保證主機設備的使用壽命,提高電站的平均發電功率。

多臺設備多種工藝的余熱發電系統舉例如下:

圖3-7:兩臺轉爐和兩臺加熱爐余熱發電熱力系統

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圖3-8:煉鋼區域余熱發電熱力系統

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4.技術特點

針對煉鋼工序余熱資源的特點,其發電技術主要特點:

(1)充分回收煉鋼工序中不同的余熱資源并將其轉化為電能;

(2)不影響煉鋼工序的正常生產,也不影響鋼廠生產、生活用蒸汽;

(3)如果裝置燃氣蒸汽過熱器,利用少量的煤氣燃燒對飽和蒸汽進行過熱(或利用加熱爐煙氣或燒結煙氣余熱過熱),除可以提高余熱發電能力外,為調整控制蒸汽參數(溫度、壓力)創造了條件,更可以保證汽輪機使用壽命;

5.典型技術指標

由于各鋼鐵生產企業煉鋼工序汽化冷卻器產生的飽和蒸汽參數不同及生產、生活用蒸汽量不同,使用于發電的蒸汽量及蒸汽參數也不相同,因此,對于煉鋼工序余熱發電不能確定典型技術指標,但可根據蒸汽參數確定每噸蒸汽的發電能力,見下表:

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