李勇，楊鎮(zhèn)，任太琳

余熱發(fā)電技術(shù)在炭素罐式煅燒爐的應(yīng)用

Waste Heat Power Generation Technology in the Application of Carbon Tank Calciner

李勇，楊鎮(zhèn)，任太琳

本文著重介紹炭素罐式煅燒爐余熱發(fā)電系統(tǒng)工藝，分析炭素罐式煅燒爐的資源綜合利用，列舉了余熱發(fā)電技術(shù)在環(huán)保排放達(dá)標(biāo)、資源綜合利用方面的應(yīng)用，并敘述了節(jié)能降耗的實(shí)施過程和效果。

炭素；余熱發(fā)電;節(jié)能

1 概況

炭素行業(yè)是個(gè)高能耗產(chǎn)業(yè)。根據(jù)市場調(diào)查，國內(nèi)共有上百家炭素企業(yè)，其產(chǎn)能達(dá)到1000萬噸預(yù)焙陽極和1200萬噸煅燒焦，我國石油焦煅燒以罐式煅燒爐為主，罐式爐煅燒過程產(chǎn)生大量煙氣，溫度通常達(dá)到800℃以上，部分供導(dǎo)熱油爐的換熱后的煙氣溫度也在600℃以上。利用水泥窯余熱發(fā)電的成功經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)裝備，應(yīng)用于炭素行業(yè)罐式煅燒爐尾氣余熱回收，是繼水泥窯余熱發(fā)電后的一個(gè)新領(lǐng)域。如果這些企業(yè)都能推行煅燒爐余熱發(fā)電系統(tǒng)，那么整個(gè)炭素行業(yè)年發(fā)電量將達(dá)到約50×108kWh，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀，同時(shí)煅燒爐余熱發(fā)電的成功運(yùn)行可以形成示范效應(yīng)，促進(jìn)國內(nèi)炭素行業(yè)開展資源綜合利用，可以進(jìn)一步減少二氧化碳排放量，帶動(dòng)全行業(yè)為節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)做出重要的貢獻(xiàn)。

2 炭素罐式煅燒爐熱量利用現(xiàn)狀

鋁用炭素陽極用石油焦的揮發(fā)分高達(dá)9%～12%，根據(jù)炭素罐式煅燒爐的熱平衡計(jì)算結(jié)果顯示，原料煅燒吸熱只占罐式爐熱支出的約30%，而被煅燒煙氣所帶走的熱量占整個(gè)罐式煅燒爐熱支出的50%以上。大型罐式煅燒爐，一旦生產(chǎn)啟動(dòng)，連續(xù)多年不停產(chǎn)檢修（一般8～9年），高溫?zé)煔獾目偭亢蜏囟龋褵隣t出口煙氣溫度800℃～1000℃）相當(dāng)穩(wěn)定，這給煅燒爐高溫?zé)煔獾挠酂岚l(fā)電和充分利用創(chuàng)造了條件。

在對炭素罐式煅燒爐的余熱進(jìn)行利用之前，除部分煙氣所含的熱量用來加熱導(dǎo)熱油外，其余煙氣所含的熱量都沒有利用，造成了極大的浪費(fèi)。

3 炭素罐式煅燒爐余熱發(fā)電技術(shù)簡介

目前，炭素罐式煅燒爐余熱發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟，下面將以山東某炭素罐式煅燒爐余熱發(fā)電項(xiàng)目為例，介紹余熱發(fā)電技術(shù)在炭素罐式煅燒爐生產(chǎn)線中的應(yīng)用。

該項(xiàng)目炭素生產(chǎn)線規(guī)模為6臺28罐煅燒爐，年產(chǎn)15萬噸鋁用預(yù)焙陽極，配套的余熱發(fā)電項(xiàng)目是利用6臺罐式煅燒爐的800℃～1000℃的煙氣為熱源，每3臺罐式煅燒爐配套設(shè)置1臺余熱鍋爐，兩臺余熱鍋爐生產(chǎn)的3.82MPa-450℃的過熱蒸汽匯合后進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電，汽輪機(jī)做功后的乏汽通過凝汽器冷凝成水，經(jīng)凝結(jié)水泵送入軸封加熱器、低壓加熱器到壓力式除氧器，再經(jīng)給水泵為余熱鍋爐提供給水。同時(shí)保留原煙風(fēng)管道，并在原煙風(fēng)管道上加裝煙道閘板，當(dāng)余熱電站出現(xiàn)故障時(shí)，通過調(diào)節(jié)主煙道上的煙道閘板將余熱鍋爐解列，從而保證炭素罐式煅燒爐的正常運(yùn)行。系統(tǒng)流程示意圖見圖1。

根據(jù)目前國內(nèi)余熱發(fā)電技術(shù)及裝備現(xiàn)狀，結(jié)合炭素罐式煅燒爐生產(chǎn)線余熱資源狀況，本工程裝機(jī)方案如下：

（1）余熱鍋爐

煅燒爐余熱鍋爐采用光管受熱面、自然循環(huán)方式、露天立式布置，結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小。煙氣從上向下依次橫向沖刷過熱器、蒸發(fā)器、省煤器，氣流方向與粉塵沉降方向一致，有利于受熱面積的清灰。

（2）汽輪機(jī)

汽輪機(jī)為單壓凝汽式，兩臺余熱鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽并入主蒸汽母管，混合后的過熱蒸汽作為汽輪機(jī)進(jìn)汽，額定進(jìn)汽壓力3.43MPa（a），額定進(jìn)汽溫度435℃，排汽壓力0.008MPa，汽輪機(jī)超發(fā)能力10%，并且在此負(fù)荷能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行。

考慮到炭素生產(chǎn)線廢氣余熱參數(shù)的波動(dòng)，該工程確定裝機(jī)方案如下：1臺4.5MW單壓凝氣式汽輪機(jī)組+1臺4.5MW發(fā)電機(jī)組+2臺余熱鍋爐，即2爐1機(jī)方案。

該項(xiàng)目余熱電站驗(yàn)收當(dāng)天，1號余熱鍋爐進(jìn)口平均溫度730℃，2號余熱鍋爐進(jìn)口平均溫度740℃，汽輪機(jī)組發(fā)電最大負(fù)荷4144kW，平均負(fù)荷在4000kWh左右。目前在煅燒車間正常生產(chǎn)的情況下，發(fā)電機(jī)組運(yùn)行良好。

4 技術(shù)特點(diǎn)

該技術(shù)利用罐式煅燒爐的煙氣余熱建設(shè)純余熱回收電站，為降低陽極生產(chǎn)成本，確保全廠滿負(fù)荷生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用，在提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也減輕了對環(huán)境的污染。主要技術(shù)特點(diǎn)有：

（1）不影響煅燒工藝流程，不影響煅后焦質(zhì)量；

（2）利用廢棄的余熱進(jìn)行發(fā)電，使煅燒部分的熱量得到綜合性、高效的利用；

（3）余熱發(fā)電量可以滿足全廠用電需求；

（4）采用高溫?zé)煔獗丶夹g(shù)；

（5）發(fā)電指標(biāo)最高可達(dá)300kWh/t焦。

該技術(shù)成功應(yīng)用于生產(chǎn)后，開創(chuàng)了我國鋁用炭素行業(yè)高效率的余熱電站之先河，為行業(yè)發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)起到了示范作用。

[1]西安電力學(xué)校汽輪機(jī)教研組.小型火力發(fā)電廠汽輪機(jī)設(shè)備及運(yùn)行[M].北京：水利電力出版社,1989.

[2]沈維道.工程熱力學(xué)[M].北京：高等教育出版社,1987.

[3]任建疆，杜連達(dá)，張寶田.淺議罐式煅燒爐煙氣熱量的利用[J].輕金屬,1988,(6).

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趙 蓮