电厂锅炉高温炉渣余热回收利用技术

电厂锅炉高温炉渣余热回收利用技术

李效奎

中国海洋石油集团有限公司大同煤制气项目组山西大同037100

摘要：在火电厂中，锅炉高温炉渣余热回收利用技术是非常重要的。循环水将炉渣余热代入冷却塔并排入大气，这不仅使炉渣的热量不能得到充分利用，影响锅炉的热效率，而且循环水的蒸发也造成水资源在一定程度上的浪费，同时对环境也造成热污染。锅炉高温炉渣余热的回收对节能减排、提高锅炉整体热效率十分重要。

关键词：塔式炉；炉渣；余热回收

引言

节能减排是我国经济和社会发展的一项长远战略方针,也是一项极为紧迫的任务。回收余热降低能耗对我国实现节能减排、环保发展战略具有重要的现实意义。同时,余热利用在对改善劳动条件、节约能源、增加生产、提高产品质量、降低生产成本等方面起着越来越大的作用,有的已成为工业生产中不可分割的组成部分。

1.电厂余热利用简述

余热属于二次能源,它是一次能源和可燃物料转换过程后的产物,是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺过程后所剩下的热量。一般分成下列七大类:高温烟气余热、高温蒸汽余热、高温炉渣余热、高温产品余热(包括中间产品)、冷却介质余热、可燃废气余热、化学反应及残炭的余热、冷凝水余热等。常见的余热利用方法主要有:余热锅炉、热水法、预热空气、烟气-流体换热器、加工物料等。由于生产方法、生产工艺、生产设备以及原料、燃料条件的不同和工艺上的需要,给余热利用带来很多困难。余热热源有以下特点:(1)热负荷不稳定。不稳定是由工艺生产过程决定的。(2)烟气中含尘量大。如氧气顶吹转炉烟气中的含尘量达80～150g/m3、沸腾焙烧炉150～350g/m3、闪速炉80～130g/m3、烟气炉80～160g/m3,含尘数量大大超过一般的锅炉。(3)热源有腐蚀性。余热烟气中常常含有二氧化硫等腐蚀性气体,在烟尘或炉渣中含有各种金属和非金属元素,这些物质都有可能对余热回收设备造成受热面的高温腐蚀或低温腐蚀。(4)受安装场所固有条件的限制。如有的对前后工艺设备的联接有一定的要求,有的对排烟温度要求保持在一定的范围内等。这些要求与余热回收设备常发生一定的矛盾,必须认真研究统筹解决。

2.我国余热利用的现状

大型火电厂的除渣方式有机械式、气力、水力等几种方式，其中机械式除渣由于有投资不高、灰渣可以综合利用等优点，是比较常用的除渣方式。机械式除渣的主要设备就是刮板捞渣机，其结构和原理都大同小异。火电厂刮板捞渣机安装在锅炉炉膛下，炉渣自冷灰斗落入刮板捞渣机的上槽体内，槽内储满冷却水，红渣冷却粒化后，经环形链条牵引的刮板提升、脱水后，可直接装车或采用胶带输送机集中后装车外运，也可经碎渣机破碎后进入渣槽，用水力输送。上槽体内的冷却水由于受到高温炉渣的加热而升温、蒸发，所以，在上槽体内有一根冷却水补充水管，不停地向上槽体内注水，同时上槽体还有溢流管，这样一边注水一边溢流来保持上槽体内冷却水的冷却能力，维持机组正常运行。对于1000MW机组，捞渣机配置如下：每台炉炉底设1台刮板捞渣机，正常出力为12t/h~20t/h，最大出力为85t/h。底渣经渣井落入刮板捞渣机水槽，裂化冷却后，由刮板捞渣机连续地从炉底输送至炉架外侧的渣仓贮存。刮板捞渣机溢流水和渣仓析水引入布置在刮板捞渣机附近的溢流水池中。溢流水温度约为60℃。每台炉设一座溢流水池，设2台溢流水泵（1运1备）和1根溢流水管。除渣系统采用闭式循环水系统，循环冷却水量130t/h。为了尽量去除除渣系统循环水中携带的悬浮颗粒及尽量降低进入捞渣机的冷却水水温的目的，每台炉设1座高效浓缩机和1座贮水池。除渣系统中溢流水由每台炉设置的一座溢流水池收集，通过溢流水泵输送到高效浓缩机进行澄清处理。

3.余热利用方案

大型火电厂由于电厂系统复杂以及安全生产和电厂对系统运行可靠性要求、电站锅炉会随机性掉焦，并且焦块较大，经常会砸坏捞渣机，所以，改造以后的系统也会有被焦块砸坏的可能，因此用炉渣加热凝结水或者给水的方案难以保证安全、可靠运行，认为以热水回收炉渣热量的方式比较可行，方案如下：保留现有的设备和系统，对捞渣机进行改造，在捞渣机的内、外侧、底部布置换热器，最大限度吸收炉渣和上槽体内冷却水的热量，换热器内通入自来水，换热器设进出口门和旁路门，在出口门后设置感应流量的控制器，当发生换热器被锅炉焦块砸坏等情况后，控制器迅速打开换热器旁路门，同时关闭进出口门，捞渣机恢复改造前运行方式，保证电厂安全运行。通过这种布置，达到对外销售生活热水的目的。正常运行情况下，只要向捞渣机上槽体注满水（锅炉炉底水封的需要）并保持水位，每天炉渣带走的巨大热量，就能够充分利用，不仅能提高电厂的经济效益、保证安全生产，还能减少环境污染。

4.热平衡及效益计算

以1000MW机组为例（忽略散热损失）高温炉渣每小时放出的热量：Q=G×（h1-h2）×1000kJ/kg；Q—每小时炉渣从高温状态变成低温状态所放出的热量kJ/h；G—每小时锅炉的落渣量t/h；h1—高温炉渣焓值kJ/kg；h2—低温炉渣焓值kJ/kg。实际运行中，1000MW机组的渣量为12~20t/h取15t/h，高温炉渣约900℃，炉渣焓值873.90kJ/kg，冷却后的炉渣温度约70℃，炉渣热焓52.23kJ/kg。15×1000×（873.90-52.23）=1.232505×107kJ/h。冷却水的吸热量：Q吸=C×M×△tC—水的比热，单位kJ/kg；M—水的流量，单位t/h；△t—水的温升，单位℃根据捞渣机运行规程，捞渣机溢流水温度60℃，冷却水量130t/h，水的比热为4.19kJ/kg，代入公式：冷却水温升：1.232505×107/130/1000/4.19=22.6℃考虑冬季用户对热水温度有一定要求，设定热水温度为60℃，自来水温度为5℃，温升为55℃，那么冷却水量为：1.232505×107/4.19/55=53482.5kg/h=53.5t/h以热水价格20元/吨售出，每天每台锅炉炉渣产生的效益为：53.5×24×20=25680元每年产生效益：25680×30×12=9244800元=924.48万元。若只考虑冬季用户消费，其他季节维持现有运行方式，取冬季消费期4个月，产生效益为：25680×30×4=3081600元=308.16万元。根据以上分析及电厂生产需要，在不改变现有系统和设备情况下，进行改造，投资有限，产生的效益却十分惊人，一个电厂至少有两台以上机组，规模效益不可小觑。

5.结束语

电厂锅炉高温炉渣通常利用循环水进行冷却，循环水将炉渣余热代入冷却塔并排入大气，这不仅使炉渣的热量不能得到充分利用，影响锅炉的热效率，而且循环水的蒸发也造成水资源在一定程度上的浪费，同时对环境也造成热污染.锅炉高温炉渣余热的回收对节能减排、提高锅炉整体热效率十分重要。此改造方案不需要改变电厂现有的系统和设备，对电厂安全运行没有影响，同时还能回收炉渣废热，减少对环境影响。

参考文献：

[1]缪洪祥.火力发电厂锅炉烟气余热回收技术及其应用的必要性分析[J].城乡建设，2012（35）.

[2]刘庆华.济钢各工艺线的余热回收和利用[J].冶金能源,2009(4).