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惠州废气处理为您分享焦炉烟气余热回收发电技术分析
来源: | 作者:gdyuanfan | 发布时间: 2020-04-29 | 137 次浏览 | 分享到:
随着中国资源循环利用体系和节能减排工作的逐步推进,煤化工作为高耗能、高排放产业,面临着巨大的环境和市场等压力[1]。炼焦工业是伴随着钢铁、冶金行业的重要基础产业,炼焦过程的自身能耗约占整个焦化厂全部能耗的70%,其中能源消耗量占焦化气体(焦炉煤气)产能的40%~50%。因此,焦化行业是节能减排的重点行业,努力降低炼焦能耗也是一项重要任务。
随着中国资源循环利用体系和节能减排工作的逐步推进,煤化工作为高耗能、高排放产业,面临着巨大的环境和市场等压力[1]。炼焦工业是伴随着钢铁、冶金行业的重要基础产业,炼焦过程的自身能耗约占整个焦化厂全部能耗的70%,其中能源消耗量占焦化气体(焦炉煤气)产能的40%~50%。因此,焦化行业是节能减排的重点行业,努力降低炼焦能耗也是一项重要任务。目前焦炉生产中,供给整个焦炉的热量和空气量是用加热煤气体积流量和分烟道吸力来控制的[2]。但由于各种原因,在相同煤气流量和分烟道吸力下,单位时间进入焦炉加热用总热量和氧量是变化的。一般都突破计划加热耗能量(计划耗能量约为2%,无论采用何种气源加热)[3]。实际生产中为确保生产熟焦质量,防止出生焦,加热煤气量略高于设计指标1%~2%。为确保燃烧安全,空气过剩系数为1.2左右,亦略大于设计指标,这在炼焦加热控制过程属于正常的调节控制范围[4]。焦炉烟气是焦炉生产中排放的余热,不仅量大,而且温度高,如何采取先进可靠的技术将余热加以回收利用,是焦化厂实现节能减排必须解决的首要问题。这既符合中国建设资源节约型、环境友好型社会的客观需要[5],也是企业降低生产成本、提高市场竞争力的需要。笔者结合山西长治市鸿达煤化公司的90万t/a焦炉烟气实施余热回收发电综合利用改造项目,对当前国内焦化厂开展余热回收节能技术进行分析。
惠州废气处理
1 焦炉烟气改造前状况。1.1 余热资源分析,为节能降耗,现代焦炉的设计采用了加热烟气的回收和利用(主要用于加热格子砖、预热空气和煤气—高炉煤气或发生炉煤气),蓄热器排出废气温度不大于350℃,生产实践中,生产厂家为确保不出生焦,常使加热后从总烟道排出的废气温度大于300℃,有时高达350℃[6]。这就造成了热能的过度消耗和能源的浪费。山西长治市鸿达煤化公司年产冶金焦90万t的中型焦化厂,炼焦用煤3528 t/d,耗热量25.75 MJ,焦炉耗煤气量为22601.3 m3/h,经总烟道进入烟囱的高温热烟气为135607 m3/h。该热损失量相当于每小时向大气排放2 t标准煤的热量,浪费惊人且增加热效应,破坏生态环境。
1.2 烟气流程
焦炉加热用的焦炉煤气是煤在焦炉炭化室干馏产生的荒煤气,经冷却、除焦油净化后,由外部架空管道引入。再经预热后送到焦炉地下室,通过下喷管将煤气送入燃烧室立火道底部与由废气交换开闭器进入的空气混合燃烧。燃烧后的废气经过立火道顶部跨越孔进入下降气流的立火道,再经蓄热室,用格子砖将废气的部分余热回收后,经过小烟道、废气交换开闭器、分烟道、总烟道、烟囱排入大气。诸多焦化厂烟囱排气温度达300~350℃,应尽快采取措施加以回收。
2 余热回收改造方案
焦炉烟气的流量、温度及烟气组成等参数决定了余热电站的装机方案[7],而采用热管技术的换热系统代替普通省煤器,节能和降低排烟温度的效果更加理想[8]。
2.1 余热回收系统方案
余热回收流程如图1所示。
在地下主烟道翻板阀门前开孔,将主烟道热烟气从地下主烟道引出,经余热回收系统换热降温后,将热烟气降至约160℃,经焦炉引风机再排入主烟道翻板阀后的地下烟道,经烟囱排空。
1)余热回收系统。该系统由软化水处理装置、除氧器、水箱、出氧给水泵、锅炉给水泵、中温热管蒸汽发生器、软水预热器、低温热管蒸汽发生器、汽包、上升管、下降管、外连管路和控制仪表、锅炉引风机等组成,并且相互独立。
余热回收流程示意
2)汽水流程。工业软化水经过软水泵进入热力除氧器除氧,除氧水一部分由给水泵输入热管软水预热器预热后进入汽包。水通过下降管进入中温热管蒸汽发生器,水吸收热量变成饱和水,饱和水再经过上升管进入汽包,在汽包里进行水汽分离,形成0.6 MPa的饱和蒸汽,送至蒸汽总管。
2.2 余热回收方案的效益分析
本余热回收方案主要选择将温度为300℃的焦炉烟气降至150℃排放,回收的热量用于生产0.4~0.6 MPa,150℃饱和蒸汽。①由300℃降至150℃烟气中可回收的热量为28070.65 MJ/h;②回收能量相当标准煤量为959.4 kg/h;③年回收能量折标准煤量(年运行 330 d,7920 h)为 7598 t/a,查表得0.6 MPa,150℃过热蒸汽焓值为2806 kJ/kg,10℃饱和水焓值42 kJ/kg,104℃饱和除氧水焓值436 kJ/kg;④烟气回收热量生产的净蒸汽量(扣除给水除氧)为9648 kg/h;⑤年产蒸汽量(按年运行330 d,7920 h)为7.64万t/a;⑥余热锅炉实际蒸汽产量(按95折)为7.26万t/a。
3 热力系统设计方案及效益分析
3.1 热力系统设计
1)汽源参数。汽源蒸汽压力0.4 MPa,饱和蒸汽温度152℃,蒸汽流量9 t/h,运行方式为全年连续运行。
2)设备选型设计。KLD408/1.65螺杆动力机、KLD-F-TK1调速控制柜、发电机并网系统、现场仪表、传感器各1套,400kW-400V发电机、DN150调节阀、PN2.5,DN150快关阀、传动比2∶1减速机各1台。
螺杆动力机是容积式动力机,构件之间间隙小、驱动发电机转速一般设计为1500~4000 r/min,内流速较低,因而可获得较高的内效率,比同功率汽轮机的效率高10%~15%。
由于结构及工作原理不同于汽轮机,能广泛适用于饱和蒸汽、汽液两相、高压热水及其他介质。动力机的结构特点是具有自除垢能力,因此,对汽液工质无特殊要求。与汽轮机不同,螺杆动力机效率对工质参数及负荷的变化不敏感,能适应工矿企业生产、用热、用电负荷、余热、余压参数以及工质品质的变化,并能维持稳定的高效率,运转平稳安全可靠。
螺杆动力机起动力矩大,作为原动机可直接驱动风机、水泵、压缩机,带动发电机能承受较大的冲击荷载,可单机运行也可并网运行;转速可无级调节以适应被驱动工作机械的转速变化,实现变频调节。
由于螺杆动力机能适应多种类、不同品质的工质,在进入动力机前无须经过任何热力工程处理(如闪蒸扩容器、汽水分离器、过热器等),所以与其配套的热力系统十分简单,具有投资少,投资回报期短的优点[9]。设计蒸汽直接进入螺杆动力机作功发电。作功后的动力机排汽按排空设计,动力机所发电量并入企业低压电网。动力机设计参数如下:
3)螺杆动力机热力系统。螺杆动力机热力系统如图2所示。
3.2 效益分析
1)经济效益。机组实发电功率330 kW,机组输出功率264万kWh/a(全年连续运行约8000 h)。机组发电效益 147.84万元/a(按当地电 0.56元/kWh核算)。螺杆动力机自耗电量动力机自耗电量约5 kW;动力机年自耗电量成本2.24万元/a。维护成本(包含易损件及润滑油的消耗等)18万元,年经济效益127.60万元。
螺杆动力机热力系统,2)社会效益。螺杆动力机作为节能减排的新型设备,节能效果显著。在本工程中,按设备产生的发电量进行换算,相当于每年可节约标准煤920 t(每平均标煤耗350 g/kWh计),每年可减少多种大气污染物排放,其中SO2排放量约为2.0 t/a,减少CO2排放量约为2200 t/a,每发电1 kWh产生CO2量约为 831.6 g/kWh,NOx5.5t/a,烟尘 4.94 t/a。动力机自身结构简单,无复杂部件,产品使用寿命长,维护成本低,利用回收蒸汽节流损失能量发电,经济效益明显,投资回报期比较短。按此烟气余热发电方案,被利用过的烟气从余热锅炉出来后温度只有150℃左右,这部分热量可产生热水用于职工洗澡,冬季可接入工厂或社区取暖管网使用。
4 结 语,焦化行业是高耗能行业,生存和发展形势严峻。面对中国环境污染日益严重和节能减排政策的实施,生产企业迫切需要采用先进节能技术,大幅度降低消耗和生产成本。焦炉烟气余热发电项目成功实施,可以对企业生产系统用能进行优化,提高能源利用率降低企业生产成本,实现节能降耗,减轻环境污染,增强企业可持续发展能力。同时也为地区行业内规模化开展节能减排、综合利用工作起到示范和推动作用。