节能减排电炉低温烟气余热资源利用电厂工程项目技术方案(67页)-工程设计(编辑修改稿)

节能减排电炉低温烟气余热资源利用电厂工程项目技术方案(67页)-工程设计(编辑修改稿)内容摘要：

因素，提出可供业主决策的建议。 总体技术方案要求 ， 在本工程实施 和电站在正常发电 时不能影响 企业 的正常生产，在此前提下设计遵循“ 稳定可靠，技术先进，降低能耗，节约投资 ”的原则， 认真研究项目建设条件，通过多方案比较，提出供业主选择的技术方案，为业主选择适宜的技术 方案提供依据。 具体指导思想如下： （ 1） 严格执行国家有关法律法规和产业政策的要求。 做到建设项目的安全设施必须与主体工程同时设计，同时施工，同时投入生产与使用。 （ 2）在稳定可靠的前提下，提倡技术先进，要尽可能采用先进的工艺技术方案，以降低发电成本和基建投入。 （ 3）尽可能利用公司现有设备、设施并尽最大可能利用余热。 （ 4）生产设备原则上采用国产设备。 （ 5）余热电站的 电机 控制和过程控制采用计算机控制系统， 达到高效、节能、稳定生产、优化控制的目的，并最大程度地减少操作岗位定员，以降低成本。 热力系统及 装机方案 鄂尔多斯冶金 集团节能减排项目 —— 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 天津水泥工业设计研 究院有限公司 中材节能发展有限公 司 — 13 — 可利用的余热资源 鄂尔多斯冶金集团 有限责任公司 上述 26 台 冶炼电炉， 均 为矮烟罩半封闭式矿 冶 炉 ， 配干法布袋除尘装置。 半封闭式硅铁还原电炉排出的废气带走的热量相当于输入电能总量的 40%～ 50%。 烟气量的大小及温度的高低受冶炼炉况与操作炉门开闭的影响，与混入空气的多少有直接关系。 根据 中材节能发展有限公司 2020 年 8 月 3 日 ～ 5 日对 七分厂 2＃ 炉 、八分厂 2＃ 炉 （ 25000kVA 硅铁冶炼电炉 ） 和十分厂 1＃ 炉 （ 16500kVA 硅铁冶炼电炉 ） 的现场 测试结果 和业主提供的数据，其主要废气参数如下： 25000kVA 硅铁冶炼电炉烟气温度 250～ 420℃，平均温度约 320℃，烟气流量 92020～ 131000m3/h（标况） ， 平均烟气流量 113000m3/h（标况）， 含尘浓度为 5g/m3（标况） ； 16500KVA 硅铁 冶炼 电炉烟气温度 290～ 440℃，平均温度约 353℃，烟气流量 23000～ 79000m3/h（标况） ， 平均烟气流量 55167m3/h（标况） ,含尘浓度为 7g/m3（标况）。 以上数据与国内、外同规模炉型相比， 流量 、 温度偏低。 通过现场勘 查 和与业主 的充分交流、分析、研究，我们认为导致烟气 流量 、 温度偏低的 主要原 因 有以下 几 方面： ① 电炉 喂料口 炉 门 采用 空 气幕密封， 导 入 了 大量冷风 ； ② 由于现有空 冷 器 效果较差，不能满足布袋除尘的温度要求，所以在引风机入口处增设了混冷风阀门，标定时冷风阀开度为 30％。 ③ 系统密封不严 ，造成大量冷空气进入。 ④ 部分管道无保温措施，表面散热增加。 针对 上述存在的问题 首先要加强管理，采取相应措施： ① 电炉 喂料口 炉 门 的开度尽量减小， 空 气幕密封 风机采用变频调速装置 ， 减少不必要的 冷风 侵入； ② 由于余热锅炉的排烟温度保证在 160℃以下，满足布鄂尔多斯冶金 集团节能减排项目 —— 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 天津水泥工业设计研 究院有限公司 中材节能发展有限公 司 — 14 — 袋除尘的温度要求，可以取消引风机入口处混冷风阀门 ； ③ 加强 系统 密封 ； ④ 增加 保温措施， 减少 表面散热 损失。 采取以上各项措施后，进入余热锅炉的烟气温度将会明显提高， 据估算， 三期 8 台 25000kVA 硅铁冶炼电炉 （六～九分厂） 的烟气 参数 平均 可达 125000m3/h(标况 )－ 360℃， 四期 18 台 25000kVA 电炉（十～十三分厂）烟气参数平均为 90000 m3/h(标况 )－ 380℃。 热力系统及装机方案设计 原则 1） 充分利用 公司现有 废 气 余热 资源 ； 2） 本余热 电站的建设及运行应不影响 原有 生产系统的 正常 运行 ； 3） 本余热 电站的系统及设备应 以 成熟可靠 、技术先进、节省投资、提高效益为原则， 并考虑目前国内余热发电设备实际技术水平。 4） 烟气通过余热锅炉沉降下来的 炉 灰应回收 利用 以达到节约资源及保护环境的目的。 装机方案及 热力系统 确定 装机方案 的确定 根据目前国内纯余热发电技术及装备现状，结合 硅铁 生产余热资 源情况，本工程装机方案采用纯低温余热发电技术。 由 总图布置及工艺流程 可知 ， 同一系统各 生产车间 之间 的 距离较远，给低压蒸汽的输送带来较大的困难， 根据上述余热条件以及目前的纯低温余热发电的技术水平， 本方案仅 对单压 和 闪蒸 两种 热力系统 进行比较。 1） 按实测数据 计算 单台 电炉 发电能力如下： 系统 类别 电炉 规格 锅炉 主 汽 压力（ MPa） 锅炉 主 汽温度（ ℃ ） 锅炉 主 蒸汽 流量（ t/h） 闪蒸 蒸 汽 压力（ MPa） 闪蒸 蒸 汽 流量（ t/h） 锅炉 排 烟温度（ ℃ ） 发电功率 （ kW） 单压系统 25000kVA 310 0 0 166 ～ 1451 16500kVA 310 0 0 156 ～ 906 鄂尔多斯冶金 集团节能减排项目 —— 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 天津水泥工业设计研 究院有限公司 中材节能发展有限公 司 — 15 — 闪蒸系统 25000kVA 310 125 ～ 1634 16500kVA 310 125 ～ 977 2） 按改造后数据 计算 单台电炉 发电能力如下： 系统 类别 电炉规格 锅炉 主 汽 压力（ MPa） 锅炉 主 汽温度（ ℃ ） 锅炉 主蒸汽 流量（ t/h） 闪蒸 蒸 汽 压力（ MPa） 闪蒸 蒸 汽 流量（ t/h） 锅炉 排 烟温度（ ℃ ） 发电功率 （ kW） 单压系统 25000kVA 310 0 0 154 ～ 2149 16500kVA 310 0 0 118 ～ 1743 闪蒸系统 25000kVA 310 118 ～ 2332 16500kVA 310 130 ～ 1813 通过上述计算， 闪蒸 系统具有较高的发电能力，因此建议采用 闪蒸热力系统。 按照以上单台电炉的 平均余热发电功率 推算， 一期电站 18 台16500kVA 硅铁冶炼电炉 和 二期 8 台 25000kVA 硅铁冶炼电炉 改造 前、 后电站计算平均 发电能力 及装机容量 如下： 电站编号 改造前、后 电炉台数 锅炉台数 蒸汽参数 平均发电 功率 （ kWh） 装机容量 （ MW） 一期 改造前 18 4 主汽： MPa－ 310℃ － 闪蒸 ： MPa－ 111℃ － t/h 17586 30 改造后 18 4 主汽： MPa－ 310℃ － 闪蒸 ： MPa－ 111℃ － t/h 32634 二期 改造前 8 4 主汽： MPa－ 310℃ － t/h 闪蒸 ： MPa－ 111℃ － t/h 13072 15MW 改造后 8 4 主汽： MPa－ 310℃ － 闪蒸 ： MPa－ 111℃ － t/h 18656 以上计算结果是基于汽轮机排汽压力均为 ，汽轮机效率鄂尔多斯冶金 集团节能减排项目 —— 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 天津水泥工业设计研 究院有限公司 中材节能发展有限公 司 — 16 — 均为 80％的条件得到的。 此 方案 中 ，由于采用 直接空气冷却系统 使 汽轮机的排汽 压力升高 ， 进、出口焓差显著下降，根据当地气象条件估算 ，直接空气冷却系统的排汽背压为 ~，与水冷系统相比，同样条件下减少发电量约为 10％～ 15％， 即一期改造后的平均发电能力为；二期改造后的平均发电能力为。 余热锅炉 的 结构 形式 及清灰方案 根据 工艺 流程和废气参数及粉尘的特性， 余 热锅炉采用单锅筒 、光管受热面、 自然循环方式、露天立式布置，结构紧凑、占地 面积 小。 烟气从上向下 依次 横向冲刷过热器、蒸发器、省煤器，气流方向与粉尘沉降方向一致， 有利于受热面的清灰。 锅炉 受热面 采用光管错排方式布置，使气流在管壁形成扰动，阻止烟尘沉降。 锅炉分两段设置，其中 I 段为蒸汽段， II 段为热水段。 为便于运行和检修，设有多层平台。 试验证明： 烟尘的 主要成份为： SIO C、 CaO、 Fe2O AI2O3等，各种成份所占比例分别为： %、 %、 %、 %、 %，其它成份 占 %， 堆积比重只有 ， 烟尘粒度 ≤ 1μ m 的占 80％以上，平均粒径为 ~ m。 当 烟气 温度 ≥ 160℃ 、 通流截面风速 ≥ 8m/s 时 ，烟气粉尘很难在 光管 受热面堆积成型。 但是， 硅微粉表面张力很小，具有较强的亲水性。 针对废气粉尘粒度很小，比重较轻的特点，余热锅炉在正常运行时积灰几率较小，但在事故 状态 下，仍然存在积灰 的可能 ， 如电炉电极冷却水套漏水、锅炉爆管等。 因此 在锅炉的各受热面之间布置了激波脉冲清灰装置。 以减轻余热锅炉的 积灰，提高锅炉的换热效率。 锅筒材料 为 20g，安装在钢架顶部。 锅筒内部装置的一次分离采用缝隙挡板 结构，二次分离元件为特殊的钢丝网分离器。 为了保证好的蒸汽品质和合格的锅水，还装有加药管和表面排污管。 为保证安全和便于操作，锅筒上部装有压力表、安全阀和备用管座。 鄂尔多斯冶金 集团节能减排项目 —— 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 天津水泥工业设计研 究院有限公司 中材节能发展有限公 司 — 17 — 锅筒前方设有两组石英玻璃管水位表，其中一只为双色水位表，便于用户单位设置工业摄像头以监视水位；一组电接点液位计管座，可作水位显示和接水位报警器用；两组水位平衡容器，作水位记录与控制用。 锅炉四周布置有内护板，与热烟道组成烟气通道，内护板、热烟道外敷设轻型保温层。 锅炉整个外表面 采用 彩色钢板 作保护层 ，使得整个锅炉的漏风率小于 3％。 通过上述计算， 1 12 三个 硅铁分厂 12 台 16500kVA 硅铁冶炼电炉 每 分厂 冶炼电炉 可生产 － 310℃ 的 过热 蒸汽 ；同时可通过闪蒸器产生 MPa－ 111℃ 的饱和蒸汽 t/h。 13 硅铁分厂 6台 16500kVA硅铁冶炼电炉 可生产 － 310℃ 的 过热 蒸汽 ；同时可通过闪蒸器产生 MPa－ 111℃ 的饱和蒸汽 t/h。 9 四个 硅铁分厂 8 台 25000kVA 硅铁冶炼电炉 每分厂 冶炼电炉 可生产 － 310℃ 的 过热 蒸汽 ；同 时可通过闪蒸器产生 MPa－ 111℃ 的饱和蒸汽 t/h。 低温余热发电汽轮机的 特点 本 项目 采用的汽轮机是针对低温余热发电而 特殊 设计的低参数 补汽凝汽式汽轮机。 考虑管线的压力、温度等损失，混合至主汽母管的 主蒸汽参数为 — 300℃过热蒸汽 ； 补汽 汽参数为 — 111℃ 饱和 蒸汽。 汽轮机的通流部分由一个复速级和七个压力级组成，不设回热抽汽口。 汽轮机前汽缸选用耐热铬钼合金铸钢材料，后汽缸则采用优质铸铁材料。 前后汽缸用垂直中分面法兰螺栓联接，上下半汽缸，由水平中分面螺栓联接，前汽缸用猫爪结构搭在前轴承座上，前轴承座通过前座架固定在汽机基础平台上，后轴承座用螺栓及半圆垫圈固定在后汽缸上，后汽缸通过后座架直接固定在基础上。 来自 余热 锅炉的主蒸汽经隔离阀 、 速关阀进入汽轮机高压部分蒸汽鄂尔多斯冶金 集团节能减排项目 —— 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 天津水泥工业设计研 究院有限公司 中材节能发展有限公 司 — 18 — 室，然后由调节汽阀控制进入汽轮机通流。