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鉻冶煉回轉(zhuǎn)窯廢氣余熱發(fā)電方案

文檔作者：仝偉峰黃高泉彭巖文檔來源：中信重工機械股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2020年12月03日
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第33卷第3期
2012年6月
華北水利水 電學(xué)院學(xué)報
Journal of North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power
Vo1．33 NO．3
Jun．2012
文章編號：1002—5634(2012)03—0066—03
鉻冶煉回轉(zhuǎn)窯廢氣余熱發(fā)電方案
仝偉峰，黃高泉，彭 巖
(中信重工機械股份有限公司，河南洛陽471039)
摘要：針對鉻鐵礦氧化焙燒回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線600℃ 級廢氣余熱高效回收利用問題，提出了鉻冶煉回轉(zhuǎn)窯廢氣
余熱發(fā)電方案，建立了余熱發(fā)電裝機容量的數(shù)學(xué)模型，詳細(xì)分析了年產(chǎn)5萬t鉻鹽焙燒回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線參數(shù)、余
熱鍋爐方案、凝汽式汽輪機選型等，并結(jié)合建設(shè)工程，分析了鉻鐵余熱發(fā)電的經(jīng)濟效益和社會效益．研究結(jié)果
可為鉻鐵回轉(zhuǎn)窯余熱利用提供借鑒和參考．
關(guān)鍵詞：氧化焙燒；余熱鍋爐；余熱發(fā)電；經(jīng)濟效益；社會效益
鉻鐵礦氧化無鈣焙燒法已是鉻鹽生產(chǎn)的主要方
法 ．無鈣焙燒法利用返渣代替含鈣填料，大大降
低鉻渣排放，杜絕高毒鉻酸鈣的排放．
鉻鐵礦無鈣回轉(zhuǎn)窯焙燒是目前最先進的鉻鹽生
產(chǎn)工藝，鉻回收率高，無高毒鉻酸鈣．但是工藝生產(chǎn)
過程中回轉(zhuǎn)窯窯尾排放大量600℃ 級的中高溫廢氣
仍無法高效充分利用，較高品質(zhì)的能源浪費嚴(yán)重．
目前，鉻鐵礦無鈣焙燒回轉(zhuǎn)窯窯尾排放的廢氣
余熱主要用換熱器生產(chǎn)熱水和吸收式制冷系統(tǒng)的熱
能供給 ，事實上不符合能源梯級利用原則．筆者
針對鉻鐵礦氧化焙燒回轉(zhuǎn)窯排放的600℃ 級廢氣余
熱高效回收利用問題，提出了鉻冶煉回轉(zhuǎn)窯余熱發(fā)
電方案，建立余熱發(fā)電裝機容量的數(shù)學(xué)模型，為鉻鐵
回轉(zhuǎn)窯余熱利用提供借鑒和參考．
1 方案設(shè)計
1．1 鉻鐵生產(chǎn)線改造
鉻鐵礦氧化焙燒系統(tǒng)窯尾排放大量600℃左右
的廢氣，需經(jīng)布袋收塵器除塵處理，達(dá)標(biāo)后方可排
放，而布袋收塵器的進口廢氣溫度最高不得超過
250 oC，通常<~200℃ ．為了對廢氣進行降溫，常用的
處理方式是采用空氣冷卻器強制通風(fēng)冷卻，強制通
風(fēng)需設(shè)置風(fēng)機，風(fēng)機運行消耗大量電能，增加投資和
能耗．
余熱回收方案是將空氣冷卻器換成窯尾余熱鍋
爐，煙氣從窯尾廠房經(jīng)沉降室沉降后進人余熱鍋爐，
在鍋爐內(nèi)換熱后，溫度降至100℃左右，然后進入窯
尾布袋除塵器除塵，再經(jīng)引風(fēng)機排人大氣．余熱鍋爐
產(chǎn)生的中低壓過熱蒸汽進入汽輪機做功，推動汽輪
發(fā)電機組發(fā)電．
1．2 廢氣參數(shù)及特征
鉻冶煉生產(chǎn)線在生產(chǎn)過程中排放大量的廢氣余
熱，中信錦州金屬股份有限公司鉻冶煉生產(chǎn)線的廢
熱參數(shù)見表1．
煙塵特征：粉塵中含有大量高溫分解成分，細(xì)粉
多；粉塵中SiO：玻璃體對濾袋磨損大；粉塵粘性大、
剝離性差．
該廢氣為生產(chǎn)線外排廢氣，不再回收用于原生
產(chǎn)工藝系統(tǒng)．因此，余熱鍋爐出口廢氣溫度按照
100℃ 左右設(shè)計．
表1 鉻冶煉生產(chǎn)線的廢熱參數(shù)
收稿日期：2012—03—18
基金項目：國家科技支撐計劃項目(2011BAA05B03)．
作者簡介：仝偉峰(1969一)，男，河南新安人，高級工程師，主要從事電站設(shè)計及余熱利用技術(shù)等方面的研究
第33卷第3期 仝偉峰，等： 鉻冶煉回轉(zhuǎn)窯廢氣余熱發(fā)電方案 67
1．3 熱力參數(shù)選擇
熱力參數(shù)的選取，需要綜合考慮各種因素．廢氣
余熱利用方案熱力參數(shù)的選取，主要從3方面考慮．
一是考慮煙氣溫度和煙氣量．從發(fā)電量的最大化考
慮，蒸汽參數(shù)越高．發(fā)電效率越高，但蒸汽的溫度受
煙氣溫度的限制，蒸汽壓力的提高，則會使余熱鍋爐
排放的廢氣溫度升高，余熱鍋爐利用的煙氣熱量下
降，因此，熱力參數(shù)的選取，要考慮發(fā)電量的最大化．
二是考慮余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽與廠區(qū)蒸汽管網(wǎng)的匹
配．余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽既能用于汽輪發(fā)電機組發(fā)
電，又能直接送人廠區(qū)蒸汽管網(wǎng)，提供生產(chǎn)工藝用
汽，同時也能保證余熱鍋爐發(fā)生小故障需要短時檢
修的情況下，廠區(qū)蒸汽直接進入汽輪機進行發(fā)電，避
免短時停機．三是考慮發(fā)電量的大小，根據(jù)初步估算
的發(fā)電量，盡量選取相近的機組熱力參數(shù)，便于進行
機組改造．
根據(jù)生產(chǎn)線排放的煙氣參數(shù)，余熱鍋爐蒸汽參
數(shù)應(yīng)為次中壓以下；廠區(qū)蒸汽管網(wǎng)的壓力0．8 MPa
(表壓)，溫度為280℃ ；根據(jù)煙氣的熱量，估算發(fā)電
量在2．6 MW 左右，相近型號汽輪發(fā)電機組的蒸汽
壓力1．275～3．43 MPa，溫度290～435 cI=．
綜合以上因素，本余熱發(fā)電方案的余熱鍋爐熱
力參數(shù)選擇：蒸汽壓力0．9 MPa(表壓)，蒸汽溫度
320℃ ；汽輪發(fā)電機組入口蒸汽參數(shù)為：蒸汽壓力
0．8～1．0 MPa(絕壓)，蒸汽溫度280～31O℃ ．
1．4 裝機容量確定
鉻鐵礦氧化焙燒生產(chǎn)線窯尾沉降室出口廢氣可
利用余熱范圍為鍋爐廢氣量：80 000 Nm ／h；進／出
口廢氣溫度：600 0C／100℃ ．
嫻氣具有余熱量估算為
Q = c (t，一t。) (1)
c =1．34+1．63 ×10 t ，
式中： 為炯?xì)饬?，m ／h；t 為炯?xì)膺M口溫度，℃ ；t。
為余熱鍋爐排炯溫度，℃ ；C 為煙氣平均定壓比熱
容，kJ／(m ·℃ )．
代人數(shù)據(jù)得到煙氣中全部可利用余熱量為
Q =55．882 MJ／h．
按蒸汽壓力1．0 MPa(絕壓)，給水溫度50 o【=，
蒸汽溫度320℃ ，計算的單臺鍋爐蒸發(fā)量，公式為
C r t 一t 、
D= 叩6 (2)
＼ “ f|一[1 si
式中：D為蒸汽量，kg／h； 為燜氣量，80 000 Nm ／h；
c 為平均定壓比熱容，1．4 kJ／(111 ·℃)；t：為煙氣
進口溫度，600 qC；￡”為煙氣出口溫度，100℃ ；h ，h
分別為過熱蒸汽與給水的焓，kJ／kg；叼 為余熱鍋爐
熱效率，80％．
由水蒸汽物性軟件可得過熱蒸汽與給水比焓分
別為：h =3．094 4 MJ／kg，h =0．210 19 MJ／kg，計算
得到蒸發(fā)量D=15．5 t／h．
余熱蒸汽經(jīng)凝汽式汽輪機組發(fā)出的電功率為
P =D(h 一h2 ) 叼 ／3 600 (3)
式中：h 為汽輪機組進汽焓，kJ／kg；h 為汽輪機等
熵膨脹至排氣壓力時的比焓，kJ／kg； 為汽輪機的
內(nèi)效率，取0．8； 為機組的電機內(nèi)效率，取0．95 ．
汽輪機排氣壓力按0．010 4 MPa，求出該壓力下的
干度 =0．875時的濕蒸汽焓值為h： =2．286 47 MJ／kg，
代人數(shù)據(jù)計算得P，=2．643 75 MW．
根據(jù)計算發(fā)電量，考慮廢氣參數(shù)的波動情況，為
了保證充分利用廢氣余熱，避免浪費，汽輪發(fā)電機組
的裝機容量應(yīng)比計算發(fā)電量提高10％ 左右，因此，
裝機容量選用3 MW，能夠滿足在各種工況下余熱
充分利用的需要．
2 設(shè)備選型
2．1 余熱鍋爐方案
根據(jù)煙氣特點，結(jié)合鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用耐高溫
的材料lCrl3做護板，同時在余熱鍋爐設(shè)計時，充分
考慮受熱面的合理布置，保證鍋爐效率．
根據(jù)煙塵特點設(shè)計可靠的吹灰系統(tǒng)．由于廢氣
粉塵中含有大量高溫分解成分，細(xì)粉多，且粉塵粘性
大，剝離性差，余熱鍋爐必須考慮除灰措施．粉塵在
受熱面上粘結(jié)，將造成傳熱系數(shù)降低，鍋爐吸熱量減
小，鍋爐排炯溫度升高，從而造成余熱鍋爐效率下
降．為了保證余熱鍋爐效率，設(shè)計了余熱鍋爐燃?xì)獗?
燃清灰裝置，該裝置將可燃?xì)夂涂諝獍匆欢ū壤?
合，經(jīng)高能點火點燃，在脈沖發(fā)生器內(nèi)形成可控強度
的脈沖，靠動能沖擊、聲波振蕩和熱能清洗的綜合作
用來完成吹灰作業(yè)，保證鍋爐效率．在每組受熱面上
布置脈沖發(fā)生器，共布置30，其中過熱器部位3套，
蒸發(fā)器部位15套，省煤器部位12套．
根據(jù)現(xiàn)場位置和工藝接口要求，余熱鍋爐采用
倒N型布置．煙氣流程如圖1所示．
余熱鍋爐收集的煙氣中的灰塵從鍋爐下部的3
個灰斗中排出．
2．2 汽輪發(fā)電機組選型
汽輪發(fā)電機組的選型，需要綜合考慮．一是工程
造價，特別是土建造價，在可能的情況下，盡量減少
土建工程量；二是安裝工程，根據(jù)機組型式，減少現(xiàn)
場的安裝工程量，這樣做既可以減少現(xiàn)場的工程安
裝時問，又可以保證機組的安裝精度；一是設(shè)備本體
68 華北水利水電學(xué)院學(xué)報 2012年6月
的機構(gòu)型式，盡量選擇結(jié)構(gòu)簡單、組裝快捷的機組．
根據(jù)以上考慮，結(jié)合選擇的熱力參數(shù)，該工程汽輪發(fā)
電機組選用組合快裝機組．開發(fā)了專門用于該余熱
發(fā)電系統(tǒng)的快裝凝汽式汽輪發(fā)電機組，采用單缸、低
壓沖動冷凝式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，整體
運輸，現(xiàn)場安裝方便，該機組采用單層布置、單層廠
房即能滿足機組安裝要求．
鍋爐
． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．：I!．．．．．．一
過熱器
蒸發(fā)器I
乏 一． 蒗 排煙
圈1 余熱煙氣流程
機組參數(shù)為額定負(fù)荷：3 MW；轉(zhuǎn)速：
5 600 r／min；主汽門前蒸汽壓力：正常0．8 MPa
(絕)，最高1．0 MPa(絕)；主汽門前蒸汽溫度：正常
290℃ ，最高310℃ ；額定進汽量：20．5 t／h；排氣壓
力：在額定負(fù)荷時：0．010 4 MPa(絕)．
2．3 配套熱力系統(tǒng)
根據(jù)主機設(shè)備的配置，相應(yīng)配置了蒸汽系統(tǒng)、射
水抽氣系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、除氧系統(tǒng)、化學(xué)水處理系
統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)等．
轉(zhuǎn)時間為7 200 h，年發(fā)電量1 900×10 kW ·h，年
供電量1 748×10 kW ·h．
項目總投資2 200萬元(貸款1 490萬元)，其
中項目建設(shè)投資2 130萬元，建設(shè)期利息46萬元，
流動資金24萬元．
1)經(jīng)濟效益．電費按照0．51元／(kW ·h)(不
含稅)．考慮人員工資及福利費、修理費、折舊費、還
款利息及其他費用，平均發(fā)電成本費用為
0．2元／(kW ·h)．則項目生產(chǎn)經(jīng)營期內(nèi)平均年利潤
總額為573．8萬元，平均年凈利潤為430．35萬元，
5 a即可收回投資．
2)社會效益．按照年供電量1 748×10 kW ·h，
2011年全國6 000 kW 以上電廠平均供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗
333 g／(kW ·h)進行計算，廢氣余熱所發(fā)電量相當(dāng)
于每年節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤約5 820 t，每年減少二氧化碳排
放量約14 360 t，每年可減少二氧化硫排放量約
190 t，每年減少NO 排放量約44 t．
參 考 文 獻(xiàn)
[1]李小斌，齊天貴．鉻鐵礦氧化焙燒動力學(xué)[J]．中國有色
金屬學(xué)報，2010，20(9)：1822—1828．
[2]萬航，李進．鐵合金生產(chǎn)中的節(jié)能— — 余熱利用[J]．甘
肅冶金，2009，31(5)：120—124．
[3]
3 效益分析 [4]
裝機容量3 MW，計算發(fā)電功率2．64 MW，年運
李盼，李亞光．金屬鎂冶煉中的高溫廢氣余熱回收[J]．
能源技術(shù)，2007，28(5)：304—306．
張健敏，于海．有色冶金煙氣余熱回收利用[J]．冶金能
源，2011，3O(2)：59—64．
Power Generation Program on the W aste Gas A~erheat of Chrom ate Sm elting Rotary Kiln
TONG W et—feng，HUANG Gao—quan，PENG Yan
(CITIC Heavy Industry Machinery Co．Ltd．，Luoyang 471039，China)
Abstract：In order to eficiently recycle the waste heat of 600 exhaust gas in chromate oxidizing roasting rotary kiln．a(chǎn) power genera—
tion program on the waste gas aflerbeat of chromate smehing rotary kiln was proposed，and an installed capacity mathematical model of
waste heat power generation was built．In the paper，the parameters of roasting rotary kiln produetion line，waste heat boiler program
and the selection of steam turbine which could produce 50 000 tons chromate annually were analyzed． According to the construction
project，the economic and social benefits of power generation by waste heat of the chromate smelting rotary kiln were also analyzed．The
results can provide a reference for the waste heat recovery of chromate rotary kiln．
Key words：oxidizing roast；waste heat boiler；power generation by waste heat；economic benefit；social benefit
(責(zé)任編輯：杜明俠)

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