劉相伯 宋宇
【摘 ?要】近些年來(lái),我國(guó)大力推進(jìn)節(jié)能減排工作,政府大力推進(jìn)綠色能源的使用,因此各種各樣的節(jié)能減排技術(shù)如雨后春筍般出現(xiàn),燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)汽電雙施技術(shù)就是其中一種。本文以燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)汽電雙施技術(shù)為分析對(duì)象,首先介紹了工程背景,接著詳細(xì)闡述的設(shè)計(jì)方案,分別從機(jī)爐選型、裝機(jī)方案、余熱條件及主要參數(shù)進(jìn)行了介紹,再接著詳細(xì)分析的工藝系統(tǒng)和主機(jī)設(shè)備規(guī)范,分別分析了煙風(fēng)系統(tǒng)、主蒸汽系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)等各種不同的系統(tǒng)以及各種各樣不同的規(guī)范,最后介紹了節(jié)能減排的效應(yīng),以便使該技術(shù)可以得到廣泛推廣,減少不必要的損耗。
【關(guān)鍵詞】節(jié)能減排;燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)汽電雙拖技術(shù);設(shè)備系統(tǒng)
前言
在燒結(jié)生產(chǎn)總能耗中,環(huán)冷機(jī)廢氣帶走的熱量約占總熱量的20%~28%,故回收環(huán)冷機(jī)廢氣所帶走的熱量已經(jīng)成為燒結(jié)工藝節(jié)能的一個(gè)重要環(huán)節(jié),對(duì)企業(yè)節(jié)能增效,降低成本起重大的作用。燒結(jié)余熱利用技術(shù)的應(yīng)用可將燒結(jié)環(huán)冷機(jī)一、二段風(fēng)箱排出的高溫?zé)煔庾鳛橛酂徨仩t的熱源進(jìn)行回收,從而提高鋼鐵企業(yè)能源利用率,節(jié)約了大量的能源,項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。
汽電雙拖技術(shù)是將燒結(jié)余熱產(chǎn)生的廢熱通過(guò)余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽,再通過(guò)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,通過(guò)變速離合器與燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)聯(lián)接,與電動(dòng)機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī),向燒結(jié)工序提供所需的風(fēng)量和壓力,使驅(qū)動(dòng)燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)降低電流而節(jié)能。
汽電雙拖機(jī)組是燒結(jié)余熱能量回收與電動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)的新型能量回收機(jī)組,具體由燒結(jié)余熱汽輪機(jī)、變速離合器、燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)組成。
汽電雙拖技術(shù)是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定拖動(dòng)設(shè)備的一項(xiàng)新節(jié)能技術(shù),它將鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱回收的能量直接作用的燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)軸系上,通過(guò)降低電機(jī)動(dòng)電流而達(dá)到節(jié)能的目的。與以往傳統(tǒng)的燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)相比較,省去了先由熱能轉(zhuǎn)為電能,再轉(zhuǎn)換為機(jī)械能之間能源重復(fù)損失,大大提高余熱能量回收的效率;同時(shí),汽輪拖動(dòng)機(jī)組將原有的龐大系統(tǒng)簡(jiǎn)化合并,取消原發(fā)電機(jī)組廠房,減少了發(fā)電機(jī)及其配電系統(tǒng),合并了自控系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、動(dòng)力油系統(tǒng)等,在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的情況下,最大程度的節(jié)省了項(xiàng)目投資及運(yùn)行成本。
1.工程背景及概況
為積極響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排和“雙碳”政策,高效利用余熱資源,滿足企業(yè)持續(xù)發(fā)展需要,提高自發(fā)電率,減少環(huán)境污染,東北特殊鋼集團(tuán)高爐易地大修項(xiàng)目原料燒結(jié)工程配套建設(shè)一臺(tái)265 m2燒結(jié)環(huán)冷余熱產(chǎn)蒸汽加發(fā)包方外補(bǔ)蒸汽配套蒸汽拖動(dòng)主抽系統(tǒng),并為該系統(tǒng)配套建設(shè)總圖運(yùn)輸、管網(wǎng)、電力、自動(dòng)化、儀表、給排水、計(jì)量、通信、土建、熱力等公輔設(shè)施的設(shè)計(jì)、供貨、施工、帶負(fù)荷聯(lián)動(dòng)試車(chē)等全部工程建設(shè)。
2.設(shè)計(jì)方案
2.1機(jī)爐選型
本工程熱力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵守“溫度對(duì)口、梯級(jí)利用”的原則,將環(huán)冷機(jī)一段和二段高溫段的熱煙氣引入余熱鍋爐,在余熱鍋爐進(jìn)行熱交換后,生產(chǎn)的高參數(shù)過(guò)熱蒸汽,作為主蒸汽進(jìn)入汽輪拖動(dòng)機(jī)主蒸汽入口,低參數(shù)過(guò)熱蒸汽做為補(bǔ)汽送入汽輪拖動(dòng)機(jī)補(bǔ)汽入口。為提高燒結(jié)環(huán)冷機(jī)的一段和二段熱煙氣溫度,煙氣采用再循環(huán)方式,即余熱鍋爐出口煙氣再回到環(huán)冷機(jī)下部風(fēng)箱。設(shè)置一臺(tái)變頻調(diào)速控制的再循環(huán)風(fēng)機(jī),余熱鍋爐運(yùn)行時(shí),再循環(huán)風(fēng)機(jī)工作,環(huán)冷機(jī)1號(hào)送風(fēng)機(jī)出口閥門(mén)閉合,余熱系統(tǒng)漏風(fēng)由環(huán)冷機(jī)2號(hào)風(fēng)機(jī)補(bǔ)充。余熱系統(tǒng)停止工作時(shí),再循環(huán)風(fēng)機(jī)停止,環(huán)冷機(jī)1號(hào)送風(fēng)機(jī)出口閥門(mén)開(kāi)啟,燒結(jié)環(huán)冷系統(tǒng)正常工作。
根據(jù)環(huán)冷機(jī)高溫一、二段熱風(fēng)量,通過(guò)計(jì)算確定高參數(shù)產(chǎn)汽為33/h,低參數(shù)產(chǎn)汽為7/h。鍋爐采用雙壓自除氧系統(tǒng),除氧系統(tǒng)不需要外來(lái)熱源,鍋爐系統(tǒng)給水溫度設(shè)定在38℃。余熱鍋爐就近布置在環(huán)冷機(jī)旁,露天布置(帶防雨棚、避雷、和防腐蝕的措施)。
燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)功率由電動(dòng)機(jī)及汽輪機(jī)輸出功率共同組成,當(dāng)鍋爐啟機(jī)時(shí),電動(dòng)機(jī)輸出功率為主抽風(fēng)機(jī)全部功率,當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到3000r/min時(shí),變速離合器自動(dòng)投入工作,汽輪機(jī)輸出功率拖動(dòng)風(fēng)機(jī),當(dāng)鍋爐或汽機(jī)事故或需檢修時(shí),變速離合器自動(dòng)斷開(kāi),同步電機(jī)正常工作,不影響主抽風(fēng)機(jī)工作。
綜上,本工程擬定環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐鍋爐采用立式、雙流程、雙壓自除氧系統(tǒng)的余熱鍋爐;汽輪機(jī)采用補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)組。
2.2裝機(jī)方案
本工程1臺(tái)33/7 t/h的燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐,所產(chǎn)蒸汽全部進(jìn)入汽輪機(jī)進(jìn)行拖動(dòng),機(jī)組采用補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)。考慮蒸汽網(wǎng)損后機(jī)組最大可帶功率約7500kW。配置變速離合器,汽輪機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)3000r/min,主抽風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)1000r/min,變速離合器速比為3000/1000。全年運(yùn)行時(shí)間按7920h計(jì)算。
2.3余熱條件及主要參數(shù)
燒結(jié)余熱發(fā)電所利用的環(huán)冷機(jī)熱風(fēng)資源原始設(shè)計(jì)參數(shù)如下:
3.工藝系統(tǒng)
3.1煙風(fēng)系統(tǒng)
本余熱鍋爐為雙壓自然循環(huán)鍋爐,適用于燒結(jié)環(huán)冷機(jī)排氣煙氣的余熱回收。鍋爐采用雙煙道供風(fēng)系統(tǒng),煙氣分高低溫兩個(gè)通道進(jìn)入鍋爐,高溫?zé)煔饨?jīng)部分高壓受熱面換熱后,煙溫降至與低溫?zé)煔庀喈?dāng),兩股煙氣混合再與其余的受熱面換熱,充分利用煙氣的不同品質(zhì),實(shí)現(xiàn)煙氣的梯級(jí)利用。并且提高過(guò)熱蒸汽的溫度;更能充分利用煙氣各能級(jí)的熱能,降低排煙溫度,提高煙氣余熱的利用率。
煙道由以下部分組成:環(huán)冷機(jī)一、二段煙罩出口到余熱鍋爐的入口煙道。余熱鍋爐出口到循環(huán)風(fēng)機(jī)入口煙道。循環(huán)風(fēng)機(jī)出口煙道至環(huán)冷機(jī)下部風(fēng)箱的回風(fēng)管道。各煙道采用焊接鋼管,根據(jù)煙道的所在的部位和工作條件,在外側(cè)采用了不同的鋼制加筋結(jié)構(gòu),以承受鍋爐正常運(yùn)行時(shí)煙氣的內(nèi)壓和沖擊。內(nèi)側(cè)采用了內(nèi)撐桿形式,并在煙氣流動(dòng)方向采用防磨角鋼保護(hù)內(nèi)撐桿磨損,保證煙道不塌陷。
在環(huán)冷機(jī)上罩出口煙道和鍋爐入口煙道上,為了減少管道熱脹冷縮對(duì)設(shè)備的影響,接口處設(shè)有膨脹節(jié)。在管道固定支架之間設(shè)有膨脹節(jié),用以吸收鍋爐運(yùn)行時(shí)管道產(chǎn)生的位移量。
3.2主蒸汽系統(tǒng)
余熱鍋爐出來(lái)的高參數(shù)過(guò)熱蒸汽送至汽輪機(jī)主進(jìn)汽口,低參數(shù)過(guò)熱蒸汽送至汽輪機(jī)補(bǔ)汽口。主蒸汽管道采用20號(hào)鋼材質(zhì)的鍋爐用無(wú)縫鋼管。
3.3給水系統(tǒng)
來(lái)自凝結(jié)水泵38℃的凝結(jié)水作為鍋爐的給水,鍋爐給水經(jīng)鍋爐水預(yù)熱器進(jìn)入低參數(shù)鍋筒上部的除氧頭,低參數(shù)鍋筒同時(shí)作為除氧器水箱使用,在低參數(shù)鍋筒上部裝有除氧頭,除氧頭與低參數(shù)鍋筒直接相連,兼除氧作用。低參數(shù)鍋筒內(nèi)爐水在維持低參數(shù)蒸發(fā)器正常運(yùn)行的同時(shí),將低參數(shù)給水通過(guò)給水泵經(jīng)高參數(shù)省煤器加熱后送至高參數(shù)鍋筒。鍋筒內(nèi)的水經(jīng)下降管導(dǎo)入蒸發(fā)器。然后被加熱為汽水混合物再進(jìn)入鍋筒,高參數(shù)鍋筒上部的蒸汽經(jīng)過(guò)汽水分離裝置后成為干蒸汽,然后被管道導(dǎo)入過(guò)熱器被加熱為高參數(shù)過(guò)熱蒸汽。給水泵采用變頻控制,便于水位調(diào)節(jié)。
3.4循環(huán)水系統(tǒng)
凝汽器、油冷器的冷卻水采用循環(huán)水,循環(huán)水由冷卻塔冷卻。循環(huán)水泵布置在循環(huán)水泵站內(nèi)。循環(huán)水經(jīng)循環(huán)水泵進(jìn)入汽機(jī)凝汽器,再由凝汽器出口送至機(jī)力通風(fēng)冷卻塔冷卻。
由于夏季循環(huán)水溫過(guò)高,油冷器的冷卻水需考慮用補(bǔ)充新水冷卻,設(shè)切換閥門(mén)和管道。
3.5凝結(jié)水系統(tǒng)
汽輪機(jī)的排汽經(jīng)凝汽器冷卻成凝結(jié)水后自凝汽器熱井排出,凝汽器熱井引出的凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水泵升壓進(jìn)入汽封加熱器,加熱器出口分兩路,一路經(jīng)管網(wǎng)至環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐凝結(jié)水加熱器;另一路采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥引入凝汽器上部,在啟動(dòng)、低負(fù)荷時(shí)用于冷卻蒸汽和主汽門(mén)前來(lái)的疏水,并保證機(jī)組在啟動(dòng)和低負(fù)荷工況下水泵的安全運(yùn)行。設(shè)2臺(tái)凝結(jié)水泵,一用一備。凝汽器熱井水位與凝結(jié)水管道旁路電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行聯(lián)鎖,保證正常工況下熱井水位。
3.6凝汽器抽真空系統(tǒng)
設(shè)置兩臺(tái)射水抽氣器和一個(gè)射水箱,兩臺(tái)射水泵,一運(yùn)一備。
3.7主抽風(fēng)機(jī)汽電雙拖油系統(tǒng)
三機(jī)同軸設(shè)備油系統(tǒng)采用組合油箱供油方式,即潤(rùn)滑油系統(tǒng)、調(diào)節(jié)油系統(tǒng),包括各類(lèi)油泵等均采用組合一體式,同時(shí)供風(fēng)機(jī)、電機(jī)、變速離合器及汽輪機(jī)用油,根據(jù)規(guī)范要求,潤(rùn)滑油系統(tǒng)布置于位于廠房固定端的獨(dú)立潤(rùn)滑油站內(nèi)。
配備1臺(tái)移動(dòng)式濾油機(jī),室內(nèi)設(shè)補(bǔ)充油箱。
3.8磷酸鹽加藥系統(tǒng)
鍋爐設(shè)一套磷酸鹽加藥裝置。配置1套一罐三泵式爐水加藥裝置,鍋爐的中低壓汽包具有獨(dú)立加藥泵。
3.9取樣系統(tǒng)
余熱鍋爐設(shè)一套手動(dòng)取樣裝置。
3.10排污系統(tǒng)
鍋爐設(shè)置排污擴(kuò)容器1臺(tái),鍋爐的連續(xù)排污、定期排污、啟動(dòng)疏水均排入排污擴(kuò)容器,擴(kuò)容后的污水排入地溝。
3.11疏水系統(tǒng)
主抽風(fēng)機(jī)室內(nèi)的疏水排至地溝。
3.12壓縮空氣系統(tǒng)
本工程所需的壓縮空氣量由燒結(jié)廠統(tǒng)一考慮。壓縮空氣供鍋爐等設(shè)備檢修及循環(huán)水處理間用氣。
3.13廠區(qū)管網(wǎng)
余熱鍋爐與主抽風(fēng)機(jī)室的管道,都是通過(guò)廠區(qū)管網(wǎng)連接的。主要包括主凝結(jié)水管道、高、低參數(shù)過(guò)熱蒸汽管道、壓縮空氣管道、化學(xué)水管道等。廠區(qū)管道架空敷設(shè)。
3.14化學(xué)水系統(tǒng)
本工程化學(xué)水處理補(bǔ)給水水源擬采用廠區(qū)合格除鹽水,由廠區(qū)來(lái)的除鹽水直接送入中間水箱,然后由除鹽水泵送至鍋爐低壓省煤器入口。
3.2主機(jī)設(shè)備規(guī)范
3.2.1環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐
環(huán)冷機(jī)一冷段煙氣量:215000 Nm3/h 溫度:400℃
環(huán)冷機(jī)二冷段煙氣量:215000 Nm3/h 溫度:300℃
鍋爐總漏風(fēng):2%
鍋爐出口煙氣溫度:140℃
鍋爐高參數(shù)蒸汽量:33t/h
鍋爐高參數(shù)蒸汽壓力:1.5MPa
鍋爐高參數(shù)蒸汽溫度:340℃
鍋爐低參數(shù)蒸汽蒸發(fā)量:7t/h
鍋爐低參數(shù)蒸汽壓力:0.45MPa
鍋爐低參數(shù)蒸汽溫度:200℃
給水溫度:38℃
數(shù)量:1臺(tái)
3.2.2循環(huán)風(fēng)機(jī)
流量:730000 m3/h
風(fēng)壓:6500 Pa
溫度:140℃
功率:2000kW ?10kV ?IP54
數(shù)量:1臺(tái)
3.2.3汽輪機(jī)
型式:補(bǔ)汽凝汽式工業(yè)汽輪機(jī)
額定功率:7500 kW
主汽進(jìn)汽量:33 t/h
主汽壓力:1.3 MPa(a)
進(jìn)汽溫度:330℃
補(bǔ)汽進(jìn)汽量:7 t/h
補(bǔ)汽壓力:0.3 MPa(a)
補(bǔ)汽溫度:190℃
排汽壓力:0.007 MPa(a)
轉(zhuǎn)數(shù):3000 r/min
數(shù)量:1臺(tái)
3.2.4變速離合器
額定功率:7500 kW
轉(zhuǎn)數(shù)比:3000/1000
數(shù)量:1臺(tái)
3.2.5電動(dòng)機(jī)(同步)
額定功率:7700kW
轉(zhuǎn)數(shù)比:1000r/min
數(shù)量:1臺(tái)
3.2.6主抽風(fēng)機(jī)
進(jìn)氣流量:21500 m3/min
進(jìn)氣溫度:最高200℃,正常130℃,最低80℃
工作轉(zhuǎn)速:1000r/min
3.3主廠房布置
汽電雙拖設(shè)備布置于燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)室,廠房大小為42米X18米,縱向?yàn)?個(gè)9米跨,橫向?yàn)?跨,從左至右分別為1個(gè)8米跨,3個(gè)9米跨及1個(gè)7米跨,依次布置燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)、雙出軸電機(jī)、變速離合器、汽輪機(jī),根據(jù)最新規(guī)范要求,在固定端設(shè)置封閉潤(rùn)滑油站,為汽電雙拖系統(tǒng)及主抽風(fēng)機(jī)及電機(jī)系統(tǒng)供回油,在一端設(shè)有檢修場(chǎng)地,供廠房?jī)?nèi)設(shè)備檢修使用,主抽風(fēng)機(jī)室內(nèi)設(shè)置一臺(tái)32/5t吊鉤橋式起重機(jī)。
汽電雙拖機(jī)組及電機(jī)和主抽風(fēng)機(jī)采用同軸布置,其中電機(jī)為雙出軸,軸中心標(biāo)高為5米,離合器中心偏心距為0.71米。主廠房運(yùn)轉(zhuǎn)層以上的隔墻應(yīng)采用耐火極限不低于1.0h的材料砌筑,運(yùn)轉(zhuǎn)層以下的隔墻的耐火極限不應(yīng)低于3h。并在主廠房的端部設(shè)大門(mén),可滿足廠房的防火疏散要求。本地區(qū)地震烈度為7度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15g,所屬的地震分組為第一組,根據(jù)發(fā)包方提供的初步勘察報(bào)告所顯示建筑場(chǎng)地類(lèi)別為II類(lèi),故本工程按抗震設(shè)防烈度為7度。
3.4電氣系統(tǒng)
汽拖系統(tǒng)一路10kV電源引自燒結(jié)高配,余熱循環(huán)風(fēng)機(jī)高壓變頻器一路10kV電源引自燒結(jié)高配。
汽拖系統(tǒng)相關(guān)電氣設(shè)備(高低壓柜、變頻起動(dòng)系統(tǒng)、控制柜等)均安裝在主電除塵變電所。該變電所距主抽風(fēng)機(jī)室直線距離約20米。
余熱鍋爐系統(tǒng)的高壓變頻、低壓柜安裝在余熱配電室。
主抽風(fēng)機(jī)變頻起動(dòng),余熱再循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行。
3.5熱工控制
熱工控制系統(tǒng)控制內(nèi)容包括燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐、汽電雙拖和水泵站系統(tǒng)等,根據(jù)汽拖項(xiàng)目的運(yùn)行及管理特點(diǎn),本項(xiàng)目采用DCS控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制。在燒結(jié)主電除塵下方設(shè)置汽拖系統(tǒng)控制室和電子設(shè)備間,汽拖控制室內(nèi)用于布置工程師站及操作員站等,所有控制內(nèi)容通過(guò)控制室內(nèi)操作站實(shí)現(xiàn);電子設(shè)備間內(nèi)布置DCS系統(tǒng)控制柜,汽機(jī)調(diào)速控制柜等。在余熱鍋爐配電室內(nèi)設(shè)置DCS分站,鍋爐部分檢測(cè)信號(hào)送至DCS分站內(nèi),分站與主站之間采用光纖通訊方式進(jìn)行連接。
水泵站控制系統(tǒng)與汽拖系統(tǒng)主站之間采用光纖通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
汽電雙拖系統(tǒng)的控制系統(tǒng)與燒結(jié)主控制系統(tǒng)之間預(yù)留通訊接口,通過(guò)通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
4.節(jié)能減排效益
本項(xiàng)目建成后,機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)7920h,按設(shè)計(jì)工況,汽輪拖動(dòng)系統(tǒng)年節(jié)約電當(dāng)量可達(dá)5940萬(wàn)千瓦時(shí),年節(jié)約標(biāo)煤量約1.49萬(wàn)噸,每年減少二氧化碳排放3.91萬(wàn)噸。
5.結(jié)語(yǔ)
汽電雙拖技術(shù)將傳統(tǒng)余熱發(fā)電改為汽電雙拖拖動(dòng)燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī),通過(guò)主抽風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)降低電流而節(jié)能,簡(jiǎn)化了能源的轉(zhuǎn)化過(guò)程,提高了余熱利用效率;在技術(shù)上成熟可靠,在倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的今天,汽電雙驅(qū)技術(shù)切實(shí)響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能降耗的政策,項(xiàng)目投資回收期短,節(jié)能效果非常顯著,目前該項(xiàng)目已進(jìn)入建設(shè)收尾階段,該項(xiàng)目的投產(chǎn)運(yùn)行必將為企業(yè)實(shí)現(xiàn)能量的綜合利用,為企業(yè)發(fā)展帶來(lái)豐厚的效益。
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