烟气余热发电应用研究

张刚

（西安航空职业技术学院 陕西 西安 710089）

随着社会生产发展需要，热矿炉大量的应用到生产实践当中。但热矿炉属于高能耗、高污染的生产装备。其产生的大量高温污染烟气被排放在大气中，是大气污染一个重要的源头。近年来对热矿炉排放的污染烟气净化研究越来的越被人们所重视。热矿炉在生产时产生了大量的高温污染烟气，经过除尘净化，粉尘被回收再利用，烟气中的热能我们则可以进行有效的发电应用。这样既减少了空气污染，又节约了能源[1]。对国民经济及人民生活质量有着非同寻常的意义。

1 余热发电工艺

以硅铁热矿炉为例，硅铁还原主要原料是矿石与还原剂。原料在熔炉里熔化，同时会产生含 CO、CH4、和 H2的高温含尘气，俗称之为炉气。炉气在熔池内逸散与料层表面，当接触空气时其中的可燃烧气体燃烧形成高温含尘气体。通常情况下这些烟气带走的的热量相当于矿炉热量的40%～50%，烟气的温度通常为300～600℃。这些高温废气在引风机的抽力下进入余热锅炉，余热锅炉带动汽轮机从而带动发电机进行发电，其工艺流程如图1所示。

2 余热发电系统

2.1 系统设计

余热发电系统设备主要由余热锅炉（简称AQC炉）和窑尾余热锅炉（称SP炉）汽轮发电机除氧器、凝汽器、冷却水塔、化学水处理设备、电气设备、生产监控设备及各种泵类和管道组成，除尘系统、风动系统等设备组成。窑尾SP炉布置在烧成窑尾预热器与窑尾高温风机之间；AQC炉布置在烧成窑头熟料冷却机废气口与窑头电收尘器之间[2]。汽轮机为单双参数凝汽式汽轮机。

从熟料冷却机出来的废气再引风机的抽动下，从AQC炉的顶部进入炉膛，与自下而上流动的工质进行逆向热交换，AQC炉工质吸取热量后产生两种不同参数的蒸汽，一种是 P=1.6 MP、T=350℃的主蒸汽，一种是 P=2.5 MP、T=150℃的补充蒸汽，主蒸汽进入主蒸汽母管，补充蒸汽进入汽轮机的中间级做功。出AQC炉的烟气温度在100℃作用，经过除尘后排入大气中。来自烧成窑尾预热器，温度为T=350℃左右的废气再原谅磨高温送风机的抽吸动力下，从SP炉的顶部进入炉膛，自下而上流动的工作进行逆向热交换，工质吸取热量后产生P=1.6 MP、T=300℃的主蒸汽，进入主蒸汽母管。出SP炉的废气送人原料磨对生料进行烘干，为保证烘干效果，废气温度应保持在250℃左右。汽轮机主进入主蒸汽母管获得，做完功的废气进入凝汽器进行冷却，凝结水由凝结泵送入真空除氧器，经过除氧家人的主给水经过给水泵送入AQC炉，加热至饱和后分三路进入AQC炉高、低压汽包和SP炉高压汽包。进入AQC炉低压汽包的饱和水经过低压蒸发器、高压过热器后被加热成过热补充蒸汽，进入AQC炉高压汽包的饱和水经过高压蒸发器、高压过热器加热成过热主蒸汽。进入SP炉汽包的饱和水经过各级蒸发器与过热器被加热成过热蒸汽，过热蒸汽推动汽轮机做功，从而带动发电机发电，进而形成一个完整的工艺循环过程[3]。其系统设计框图如图2所示。

2.2 工艺参数

目前余热发电技术的核心内容是热力循环系统，热力循环方式主要有单压系统、闪蒸系统和双压系统三种模式，及由此衍生的复合系统构成。具体选用哪种方式要根据热平衡计算、生产线规模和企业管理水平、投资高低水平等实际情况进行综合比较后进行实际选型。以某生产企业的的生产线为例进行说明。根据生产线的规模可利用窑头、窑尾余热资源，建立一套装机容量为9MW的余热电站。主要设备有凝汽式汽轮机、发电机、SP余热锅炉和AQC余热锅炉，其具体参数如表1所示。

2.3 系统控制

通常电站锅炉的控制一般是控制给水、送风、引风、过热蒸汽温度等参数。由于窑炉的生产工艺、生产方法、原料、燃料条件的变化，产生的烟气余热的品质随之会发生很大的变化。为保证纯低温余热锅炉尽可能适应窑炉的变化，产生稳定的蒸汽参数，对汽轮机产生较小的影响，充分了解余热烟气特性至关重要。针对现在锅炉控制的复杂特性，采用现比较流行的模糊控制理论对各个环节进行控制。对SP炉的控制设计一个模糊控制器来对SP炉的烟气量进行实时的调节，如温度过高，充分利用热量，温度过低则调整阀门加大进烟量来尽量保持锅炉的热稳定，其控制框图如图3所示[4]。

表1 余热发电主要设备及参数Tab.1 Major cogeneration equipment and parameters

图3 SP炉模糊控制框图Fig.3 SP furnace fuzzy control diagram

对AQC的控制和SP炉一样，结合现场工作经验，把反应篦冷机工况变化的篦冷静温度和冷却风机转速作为调节AQC锅炉烟气入口调节阀开度的参数设计一个模糊控制器来实时调节进入AQC锅炉的烟气量，其控制结构图如图4所示[5-6]。

3 结束语

烟气余热发电系统是个复杂的系统，与传统的热电厂有很大的不同。用此方法进行烟气余热发电无论是在经济效益还是在环节保护问题上都有着非同寻常的意义。所以，推进余热发电系统在行内应用上有广阔的发展前景。

图4 AQC烟气系统结构图Fig.4 AQC flue gas system diagram

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