摘要：介紹一種余熱自適應動態補燃裝置，基于某鋼鐵的環冷余熱發電自適應動態補償系統，分析了該補燃裝置的技術特點與應用價值。
關鍵詞：環冷機；余熱發電；補燃裝置；節能；環保

Features and Application of Supplement Combustion Device Based on Power Generation by Circulating Cooler's Waste Heat
Shan Hongwei, Zhang Xiaodong, Liu Jiejun

(Nanjing Bona Energy And Environment Science and Technology Co., Ltd, Jiangsu Nanjing 210002)

Abstract: A waste heat adaptive dynamic of supplement combustion device is introduced, based on adaptive dynamic of supplement combustion system of power generation by circulating cooler waste heat about a Steel Plant, technology features and application value are analyzed.

Key word: circulating cooler; power generation by waste heat; supplement combustion device; Energy-saving; Environmental protection

1 引言

      余熱發電技術是指利用生產過程中各種用能設備及產品排放或攜帶出的有回收價值的多余的熱能轉換為電能的技術。這些余熱資源廣泛存在于冶金、石油、水泥、化工等重工業，及食品、制藥、建材等輕工業中。這些余熱資源可分為固體、液體和氣體余熱資源。余熱發電能很好地解決環境問題，并能提高能源利用率，有效地增加企業的經濟效益和社會效益。例如，鋼鐵行業加熱爐高溫煙氣回收發電可收回當年全部成本，熱量利用率提高5～10%。

      但是諸如低品位煙氣、蒸汽和熱水等這些數量大、熱焓值低的余熱資源基本不能直接送往余熱鍋爐。其次，熱源波動不穩定也是影響余熱鍋爐不能在額定負荷下運行的主要問題之一。在生產實際中，工況變化較大，設備運行常常出現不穩定，甚至發生短期停機的情況，導致余熱熱源的連續性和穩定性難以得到保障。這樣發電機組經常無法在滿負荷下運行，偏離了最佳設計工況運行，甚至被迫停機，降低了發電機組運行效率，并使得發電機組安全運行無法得到保障，降低了發電機組及其他發電設備的使用壽命。

      為了保證發電機組能在額定負載下工作，并且在事故工況例如停機情況下，保證余熱熱源溫度及流量穩定在余熱鍋爐設計的額定值附近，提高發電系統技術經濟性指標， 很有必要在現有技術的基礎之上研究設計一種余熱鍋爐自適應的動態補燃裝置。

2 主要技術特點

2.1 原始條件

      某鋼鐵公司利用環冷裝置出口次高溫及中溫煙氣分別配套20t/h及6t/h的余熱鍋爐，鍋爐設計負荷要求次高溫余熱鍋爐（20t/h）入口煙氣溫度約為380℃，出口煙氣溫度150℃。中溫余熱鍋爐（6t/h）入口煙氣溫度約為280℃，出口煙氣溫度150℃。在實際運行中，環冷裝置次高溫煙道出口煙溫只能達到300℃，中溫煙道出口只有250℃。這樣，余熱鍋爐不能在額定負荷下正常運行。另外，生產線經常短時維修，造成發電機組頻繁啟停。而公司有富裕高爐煤氣8000Nm³/h一直處于放空狀態。利用現有條件，增加補燃裝置使余熱鍋爐入口處的煙氣穩定在額定溫度下，保證余熱鍋爐正常工作。

2.2 技術特點

      （1）補燃裝置選用南京博納能源環保科技有限公司設計的燃燒設備，燃燒器的主燃氣室與助燃風室采用多層交替布置，并且燃氣室與助燃風室設有旋流片，有效的加強了空氣與煤氣的混合,并針對高爐煤氣的特性設置了穩燃塊,保證煤氣壓力在較大范圍內波動時仍能夠保持穩定燃燒,不脫火、不回火。

      （2）Lo-NOx排放設計。采用多層分級配風設計和氣膜保護風結構，不但能夠有效的降低NOx的生成，還能有效保持爐溫，延長耐火澆注料的使用壽命。

      （3）選用西門子PLC和NBMS燃燒控制系統，實現補燃系統的自適應動態穩定。

      （4）充分利用現場現有設施，合理布置補燃系統設備，節約投資，系統簡潔可靠、檢修維護方便。

3 余熱補燃裝置

3.1 環冷機余熱鍋爐設計參數

      根據本電站的設計原始參數，按照環冷機的余熱利用量，余熱鍋爐設計參數如下表3-1：

表3-1 余熱鍋爐設計參數

Table 3-1 The design parameters of waste heat boiler

3.2 煙氣參數和高爐煤氣參數

      實際工況下，環冷機出口煙氣參數如表3-2所示，可利用的高爐煤氣參數如表3-3所示。

表3-2 環冷機出口煙氣溫度

Table 3-2 The flue gas temperature of circulating cooler's outlet

表3-3 高爐煤氣參數

Table 3-3 The parameters of blast furnace gas

3.3 余熱自適應動態補燃裝置設計

      余熱自適應動態補燃裝置包括焚燒爐系統和控制系統。焚燒爐系統包括高爐煤氣燃燒器系統、焚燒爐、煙氣混合區及管路系統。控制系統包括自動點火系統、煙溫控制系統。裝置結構示意圖如3.1。

 
 

圖3.1 補燃裝置

Fig3.1 Supplement combustion device

1-余熱熱源煙道主管；1-1第一流量計、1-2第一熱電偶、1-3第二熱電偶；2-煙氣混合區；3-焚燒室；4第三熱電偶；5火焰檢測器；6-燃燒器；7-風管道；7-1第二流量計；7-2第一調節閥；7-3第一壓力變送器；8-燃料管道；8-1第三流量計；8-2第一開關閥；8-3第二開關閥；8-4第二調節閥；8-5第二壓力變送器；9-點火管道；9-1第三壓力變送器；9-2第三開關閥；10-手動球閥；11-一氧化碳檢測器；12-風機；13-控制柜

4 環境節能經濟效益

      通過回收利用燒結環冷機煙氣余熱發電，利用兩套自適應動態補燃裝置將余熱發電機組發電量由原來平均3.5MW達到額定的4.5MW，并穩定運行在5.0MW，每年可節約標煤量約2.4萬t（按380g/kWh計算，7000h）, 設備運行穩定，效益明顯。每天可為業主獲得超額的60000度電能，折合人民幣3萬余元，充分發揮發電機組的能力，同時確保燒結廠生產線檢修時發電機組不停機。這樣降低燒結工序能耗，促進資源節約，降低單位產值的能耗，增加企業的效益。并且，有利于其它可持續目標的實現，減少當地由火電廠帶來的SO₂、NO_X、粉塵之類的大氣污染物，有助于改善當地的能源結構，提高能源安全。

      由于控制系統全自動化，只需定期檢查維修，減少了現場工作人員工作量，保障了人員安全。

5 結束語

      本余熱自適應動態補燃裝置，結構設計合理，自動化程度高，環保性強，可安裝在任何需補燃的余熱煙道管道上，屬于外掛式補燃裝置，應用范圍廣，通過控制煙氣管道出口處溫度，控制系統將其控制在所要求的范圍內，減少人力勞動，同時提高余熱發電機組穩定性和安全性，減少環境污染，保證能量高利用率，節省運行成本，具有顯著的經濟效應和社會效應。

 

參考文獻：

[1]于朝陽，王建志,賀年.余熱鍋爐補燃裝置的研制[J].熱能動力工程，2004,19(5)：28～30.

[2]楊在成.管道式燃燒器[J].余熱鍋爐，2000，(1).

[3]Jason Makansi. Combined-cycle power plants[J]. Power-1990,(6).

 

 

關鍵詞：環冷機 燒結余熱 補燃 發電