钢铁厂烧结冷却机低温余热发电设计方案.docx
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钢铁厂烧结冷却机低温余热发电设计方案
XX钢铁有限公司烧结冷却机
低温余热发电设计方案
第一章
项目建设的规模
根据XX钢铁公司提供数据及进行的热力计算：
1、110m2烧结机鼓风机风量：
230400m3/h（利用系数：
1.6，一、二段风量为1600m3/t）
2、设计取值
烟气进口温度380℃
烟气性质为热空气
3、余热锅炉基本参数
主蒸汽额定蒸发量为11.6t/h
主蒸汽额定蒸汽压力2.1MPa
主蒸汽温度330℃
付蒸汽额定蒸汽发量为3.27t/h
付蒸汽额定蒸汽压力0.4MPa
付蒸汽饱和蒸汽温度151℃
锅炉进水温度36℃
锅炉排污率1%
4、配备3000KW的发电机组，项目建成后每小时将发3000度电
第二章
工艺技术方案
第一节系统选择
从烧结机出来的380℃烟气经余热锅炉换热后，余热锅炉产生的蒸汽带动汽轮机发电。
1.目前国内发电汽水系统有三种系统。
1.1、单压系统采用单级进汽汽轮机及单压烧结余热锅炉的单压不补汽系统。
一般余热锅炉排气温度在170℃，排气用于烘干物料。
由于废气余热得不到充分利用，相应影响了发电能力，在这三种系统中单压系统发电能力最低。
1.2、双压系统
采用补汽式汽轮机的双压单级补汽系统，烧结余热锅炉生产两个不同
的蒸汽，一为主蒸汽，另一个为低压补汽。
由于设置了低压蒸发段，低压蒸汽压力：
0.35MPa，低压蒸汽饱和温度148℃，再加上设
置了低压省煤器，排烟温度能降到110℃左右。
在这三种系统中双压系统发电能力最高，但投资最大。
1.3、复合闪蒸单级补汽系统
采用补汽式汽轮机的复合闪蒸单级补汽系统，烧结余热锅炉生产主蒸
汽同时生产高温热水，高温热水再降压蒸发出二次蒸汽，二次蒸汽补入汽轮机。
虽然冷却机废气余热被充分利用了，但由于闪蒸器的出水未能转换为电能，降低了系统的发电能力，但由于有闪蒸汽补进汽轮机，所以发电能力和投资在前两系统之间。
2.我司综合考虑客户投资和运行的经济性选用双压系统。
2.1工艺流程
给水经给水泵进入余热锅炉，经废气加热后，一部分变为过热蒸汽，
进入汽轮机作功发电。
另一部分经余热锅炉低温段加热后，产生饱和蒸汽进入汽轮机相应低压进汽口作功发电。
冷凝水经低压省煤器后由中压锅炉给水泵供给低压汽包，低压汽包具有自除氧功能，实现一个完整的热力循环。
2.2工艺流程特点
在这一工艺流程中由于引入双压系统，使烧结机排烟温度大大降低，且循环利用，大大提高了余热利用率。
同时由于增加了双压系统，可通过调节系统循环水量来较大范围地适应烧结机废气参数的大幅波动，提高系统运行的可靠性及稳定性。
第二节、设备方案
1.现状
XX钢铁有限公司烧结厂1台110m2烧结机，烧结机配套1台环冷机，环冷机配套对应4台鼓风机。
2.和环冷机厂家交流,提出如下改造措施
由于余热锅炉设置于钢铁生产最主要的工艺管道上，一旦发生事故（如锅炉爆管、粉尘堵塞等）将影响钢铁生产的正常运行。
为防止这种情况发生，余热锅炉废气管道及发电系统汽水管道均考虑了应急处理措施。
措施1：
设旁通废气管道，一旦锅炉发生事故，启用旁通废气管道。
措施2：
发电系统汽水管路考虑了将余热锅炉从发电系统中解列出来的措施。
2.1冷却车罩子
对密封段罩体进行保温改造，罩体与冷却小车之间的间隙采用活动结
构进行密封，为便于检修在罩体上预留检修人孔，人孔也采用保温结构；
2.2落矿斗
对落矿斗进行保温、密封；考虑到落矿斗处烟气的含尘量较高，在此
烟气出口处增加重力式除尘器；
2.3冷却风机
将2#冷却风机除去，在余热回收系统中增加一台循环风机。
2.4风仓
将现有互通风仓进行适当改造，在确保冷却效果的情况下提高烟气温
度；通过以上措施可使环冷机的排烟温度达到第2条所列
3.设备方案
根据本项目烧结机的特点及现场和余热发电系统工艺设计要求，本方
案一台烧结机采用一台锅炉一台汽轮发电机组的设备配置方式。
余热锅炉的过热蒸汽汇合后直接进入汽轮发电机组发电；余热锅炉所产生的饱和蒸汽进入汽轮发电机组的低压级作功发电。
一炉一机方案是在综合考虑了投资、废气成分、系统复杂程度、可靠
性、运行可操作性等因素后确定的最佳方案。
其优点主要体现在：
系统简单，投资降低且便于管理；单机容量增大，汽轮发电机组效率提高。
3.1余热锅炉设计
3.1.1余热锅炉设计条件
序号
名称
符号
单位
数据
1
低温热源成分
/
空气
空气
组成
N2
/
Vol.%
78
O2
/
21
H2O
/
1
灰分
成分
/
铁矿石烧结熟料
含量
/
g/Nm3
3
粒径
/
μm
100
2
流量
Vg
Nm3/h
218000
3
保温系数
η
/
0.98
4
空气进口温度
tgi
℃
400
5
蒸汽压力
P1
MPa
2.1
6
蒸汽温度
two
℃
330（151）
7
蒸汽流量
G
t/h
11.6（3.27）
8
省煤器排污率
φ
%
1
9
锅炉供水温度
t3
℃
36
10
锅炉总阻力
hf
Pa
700
3..1.2锅炉结构简介
本锅炉是为冶金企业烧结机纯低温余热回收工程而设计的余热锅炉，
流动方向隧道式布置的单烟道锅炉。
锅炉整体采用管箱式结构，自上而下有过热器管箱、蒸发器管箱、省
煤器管箱和凝结水加热器管箱。
这四只管箱通过底部型钢将自身重量传递到钢架的横梁上。
安装方便。
锅炉主要布置有过热器，蒸发管束、省煤器、凝结水加热器等。
锅炉为自然循环锅炉，锅炉本体主要部件分述如下：
3.1.2.1锅筒
3.1.2.1.1中压锅筒
采用材料为20g，锅筒内装有旋风分离器、挡板、波形板、多孔板等汽水分离装置。
锅筒内部采用三级蒸汽分离装置，分别为挡板、丝网除沫器和均汽孔
板，确保蒸汽品质。
锅筒内部设有表面排污（连续排污）、磷酸盐溶液分配、给水分配装置。
筒体上设置了一组双色水位计、一组单色水位计以及供远传测量用的液位计接口；设置了给水、排污、加药接口；设置了两个安全阀接口；设置了必要的压力表、压力变送器、放空气、充氮保护等管接头；设置两根饱和蒸汽引出管，将饱和蒸汽引入过热器分配集箱。
安全阀的排汽管道配置了消音器。
锅筒的给水管、加药管采用套管结构，以消除温差应力。
锅筒的两端均设置向内开启的人孔门。
3.1.2.1.2低压锅筒
低压锅筒兼作除氧给水箱，锅筒内部采用三级蒸汽分离装置，分别为
挡板、丝网除沫器和均汽孔板，确保蒸汽品质。
锅筒内部设有表面排污（连续排污）、磷酸盐溶液分配、出水收集装置。
筒体上设置了一组双色水位计、一组单色水位计以及供远传测量用的
液位计接口；设置了给水、排污、加药接口；设置了一个安全阀接口；设置了必要的压力表、压力变送器、放空气、充氮保护等管接头；设置两根饱和蒸汽引出管，将大部分饱和蒸汽引入过热器分配集箱。
筒体还设有给水泵再循环接口和放水接口。
在锅筒内经单级分离装置分离出来的小部分饱和蒸汽通过一根导管引入除氧器，对凝结水进行加热、除氧。
加药管采用套管结构，以消除温差应力。
锅筒的一端设置了向内开启的人孔门。
3.1.2.1.3除氧器除氧器、低压蒸发器以及低压锅筒共同构成了一体化除氧器。
除氧器采用喷雾填料式。
内部有雾化喷嘴和配水环管，中部采用不锈
钢拉西环作为填料。
除氧器设置了压力表、压力变送器、非凝结气体排除、安全阀、进水、
充氮、备用等接口。
除氧器顶部采用法兰连接方式，以便对内部进行检查、维护。
下部封头设有降水管和进汽管。
降水管下端侵入除氧给水箱的水空间；
进汽管与低压锅筒的汽空间相连。
3.1.2.2过热器
在过热器系统中，饱和蒸汽被加热至330℃的过热蒸汽，过热器内工质
与烟气为逆流换热，管束为错排；
过热器管采用螺旋鳍片管结构，换热管材料为20-GB3087，鳍片材料为
Q235-A。
过热器的分配集箱设有疏水管道，汇流集箱设有放空气管道，过热器受热面为全疏水结构。
受热面水平布置。
过热蒸汽集箱设置了充氮、反冲洗管接头；为了便于锅炉的启动，集
箱上还设置了启动排空管道、阀门，配置了消音器，集箱上设置的安全阀
的排汽管道也配置了消音器。
过热器为全疏水结构。
过热器布置在高温烟气通道内，处于最上游位置。
3.1.2.3蒸发管束
蒸发管束采用多集箱组合型，上、下集箱水平倾斜横放于烟道中，每
个上、下集箱之间，由纵向翅片管组成错列的对流管束。
蒸发管采用螺旋鳍片管结构，换热管材料为20-GB3087，鳍片材料为
Q235-A。
3.1.2.4省煤器
中压省煤器为双集箱、螺旋翅片管受热面结构，采用错列布置。
省煤
器的分配集箱设置了疏水管道阀门；省煤器的汇流集箱设置了放空气管道
阀门。
中压省煤器同样为全疏水结构。
中压省煤器置于中压蒸发器后的混合烟道内。
省煤器管采用螺旋鳍片管结构，换热管材料为20-GB3087，鳍片材料
为Q235-A。
3.1.2.5凝结水加热器
凝结水加热器采用双集箱、螺旋翅片管受热面结构，采用错列布置。
加热器的分配集箱设置了疏水管道阀门；加热器的汇流集箱设置了放
空气管道阀门。
凝结水加热器同样为全疏水结构。
凝结水加热器置于低压蒸发器后的混合烟道内，位于烟气流程的最末端。
3.1.2.6锅炉范围内仪表、阀门在锅筒上装有两只安全阀，锅筒后部两端各有一只高读水位表，锅筒上还安装用于水位表自动控制电感应水位表，以及压力表，紧急放水阀和连续排污阀等。
在过热器出口集箱上，装有一个安全阀，一个电动主蒸汽阀，并装有
压力表，温度计等。
在锅炉烟气进出口设置测压口、测温口（直读、远传各一）；过热器、
蒸发管束、省煤器之间设置直读式测温口。
3.1.2.7锅炉保温
锅炉采用箱体外保温结构。
在外保温外面装设外护板，对保温材料加
以保护，散热损失不超过1％。
3.1.2.8人孔
在蒸发管束和过热器、蒸发管束和省煤器之间均留有检修间隙，并装
有人孔便于观察和停炉时清灰。
3.1.2.9构架
柱与柱之间用横梁相连组成闭合的框架结构，锅筒支承于横梁上。
为了运行人员检查水位和调整安全阀，在水位表和安全阀等处装有平
台，两侧装有楼梯。
3.1.2.10吹灰、排灰装置：
考虑到烟气中含尘量，过热器上部、蒸发管束中部及省煤器上部都预留
吹灰孔，吹灰方式由用户自定；锅炉下部设置排灰装置。
3.1.3锅炉结构特点
锅炉整体采用管箱式结构，自上而下有过热器管箱、蒸发器管箱、省煤器管箱和凝结水加热器管箱。
这四只管箱通过底型型钢将自身重量传递到钢架的横梁上。
采用管箱式结构可将锅炉漏风降至最低，减少锅炉漏风
热损失，提高锅炉效率。
锅炉采用箱体外保温结构。
在外保温外面装设外护板，对保温材料加
以保护，散热损失不超过2％。
烧结余热锅炉采用立式结构，烟气自上而下通过过热器、蒸发器、省
煤器、凝结水加热器，针对烟气品位低，受热面采用鳍片管强化传热。
3.1.3.1锅炉布置形式采用立式结构
立式布置的优点：
占地面积小；烟气流动均匀，可避免出现烟气走廊
而导致传热效率降低和局部过速磨损；
3.1.3.2锅炉水循环方式为自然循环
自然循环系统具有可靠性强，稳定性好，操作维护方便等优点，且省
去了强制循环的循环泵的投资、运行及维修等费用；
3.1.3.3受热面采用具有高扩展受热面的螺旋鳍片管来获得最佳的传热效果和最低的烟气阻力，使得锅炉结构变得非常紧凑，体积小，重量轻，节省锅炉初投资；
3.1.3.4锅炉管子水平布置，烟尘不易积在翅片上；锅炉采用的小管径受热面，在同样烟气流速下，阻力较小；采用翅片管的鳍片节距大（t≥6.25），
有利于清灰。
3.1.3.5锅炉密封性能好。
我公司根据多年来设计余热锅炉密封结构的经验，锅炉整体采用管箱
式结构，自上而下有过热器管箱、蒸发器管箱、省煤器管箱和凝结水加热
器管箱。
这四只管箱通过底型型钢将自身重量传递到钢架的横梁上。
采用管箱式结构可将锅炉漏风降至最低，减少锅炉漏风热损失，提高
锅炉效率同时降低了引风机的电耗。
3.1.4磨损问题的解决：
由于影响磨损的因素主要与烟气条件、烟气性质和受热面材质等情况
有关，故在烟气性质和受热面材质一定的情况下采取以下措施防止锅炉磨
损：
3.1.4.1采用合理的烟气流速，以减轻均匀磨损。
由于磨损与烟气流速的3次方成正比关系，故整个锅炉采用低流速设计，最高流速不超过7.0m/s以降低均匀磨损；
3.1.4.2合理组织了烟气动力场，使烟气流动均匀，可避免出现烟气走廊而导致传热效率降低和局部过速磨损;
3.1.4.3在烟道受热面易磨损区域（过热器烟气进口）设置两排圆钢避免灰尘颗粒对受热面管的直接冲刷，减轻局部磨损；
3.1.4.4锅炉整个受热面管子采用厚壁管以延长锅炉受热面的寿命；
3.1.4.5整个受热面采用螺旋鳍片管结构，对管子有一定的保护作用。
3.1.5热膨胀解决措施：
3.1.5.1过热器、省煤器采用蛇形管结构，两端自由膨胀，管子不变形；
3.1.5.2蒸发管束两端为自由端，受热自由膨胀；
3.1.5.3内侧护板采用加装膨胀节，消除膨胀应力。
3.1.6、制造标准
我公司产品设计、制造、检验严格按国家有关技术标准及要求进行，
主要采用的有以下标准（但不限于下列标准）：
3.1.6.1、《蒸汽锅炉安全技术监察规程》
3.1.6.2、JB/T3375-2002《锅炉原材料入厂验收规则》
3.1.6.3、JB/T1609《锅炉锅筒制造技术条件》
3.1.6.4、JB/T1610《锅炉集箱制造技术条件》
3.1.6.5、JB/T1611《锅炉管子技术条件》
3.1.6.6、JB/T1612《锅炉水压试验技术条件》
3.1.6.7、JB/T1613《锅炉受压元件焊接技术条件》
3.1.6.8、JB/T1620《锅炉钢结构技术条件》
3.1.6.9、JB/T1625《工业锅炉焊接管孔尺寸》
3.1.6.10、JB/T6693《水管工业锅炉主要受压元件制造工艺》
3.1.6.11、JB/T6503《烟道式余热锅炉通用技术条件》
3.1.6.12、JB／T7603－1994烟道式余热锅炉设计导则
3.1.6.13、GB/T9222《水管锅炉受压元件强度计算》
3.1.6.14、GB3274《普通碳素钢板》
3.1.6.15、GB713《锅炉用钢板》
3.1.6.16、GB5310《高压锅炉用无缝钢管》
3.1.617、GB3087《低中压锅炉用无缝钢管》
3.1.6.18、GB/T232《金属材料弯曲试验方法》
3.1.6.19、GB246《金属管压扁试验方法》
3.1.6.20、GB222《钢的化学分析用试样取样法及成品化学成份允许偏差》
3.1.6.21、GB228《金属材料室温拉伸试验方法》
3.1.6.22、GB/T229《金属夏比（U型缺口）冲击试验方法》
3.1.6.23、GB/T230.1-3《金属洛氏硬度试验》
3.1.6.24、GB2649《焊接接头机械性能试验取样方法》
3.1.6.25、GB2650《焊接接头冲击试验方法》
3.1.6.26、GB2651《焊接接头拉伸试验方法》
3.1.6.27、JB/T4420《锅炉焊接工艺评定》
3.1.6.28、GB986《埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸》
3.1.6.29、GB/T5293《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》
3.1.6.30、GB3323《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》
3.1.6.31、高铝水泥符合GB201-81规定
3.1.6.32、高铝耐火砖符合GB2988-87规定
3.1.6.33、粘土耐火砖符合GB4415-84规定
3.1.6.34、粘土耐火泥符合GB2992-82规定
3.1.6.35、不定型耐火材料用硬质矾土骨料和粉料按YB2214-78
3.1.6.36、硅酸铝纤维制品性能指标按GB3003
3.1.6.37、GB50273《工业锅炉安装工程施工及验收规范》
3.1.6.38、GB/T12145－1999火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量
3.1.6.39、DL/T5047－1995电力建设施工及验收技术规范锅炉机组篇
3.1.6.40、GB/T10863－1989烟道式余热锅炉热工试验方法
3.1.7、质量保证
3.1.7.1、我司在质量保证方面严格按照GB/T19001-2000idtISO9001国
际标准从设计、开发、生产、安装和服务全过程进行控制，并已取得质量
保证体系认证证书（注册编号为：
02902Q10103ROM）。
《锅壳锅炉受压元
件强度计算》按GB/T16508标准计算，水质要求按GB1576《工业锅炉水
质》，安装按《工业锅炉安装工程施工及验收规范》。
3.1.7.2、我司锅炉产品均按JB/T56145-94现行分等标准一等品要求进
行生产，并已有多项产品获得省工业锅炉质检站颁发的一等品质量评定证书。
3.1.7.3、我司产品在制造过程中将若干重要工序设置为质量控制点、停
止点，同时每台锅炉在整个生产过程中均经过特种设备监督检验所的监检，从而保证了产品的制造质量。
3.1.7.4、我司锅炉设备质量按照JB/T10094-2002《工业锅炉通用技术条件》性能指标符合标准要求。
序号
名称
符号
单位
数据
1
蒸汽流量
G
kg/h
11600
2
蒸汽压力
P1
MPa
2.0
3
蒸汽温度
two
℃
320
4
低压蒸汽流量
Gw
kg/h
3270
5
低压蒸汽温度
t2
℃
148
6
锅炉供水温度
t3
℃
36
3.2汽轮机设计
3.2.1汽轮机设计条件
3.2.2汽轮机设计参数
功率：
3000KW进汽压力：
2.0MPa
进汽温度：
320℃补汽压力：
0.35MPa
补汽温度：
148℃转速：
3000r/min
3.2.3汽轮机特点
该汽轮机为补汽式汽轮机，节能效果非常明显；结构紧凑，安装方便，
运行稳定、可靠；调节方式为全液压或电液调节。
3.2.4化学水处理系统
本工程电站属于中温中压热力发电范畴，对锅炉给水水质要求较为
严格。
水处理出水指标应满足《火力发电厂水汽质量标准》中高压锅炉
汽、水品质标准要求。
化学水处理车间的供水由钢铁生产线给水管网供给，化学水处理方式
拟采用“一级复床除盐”系统。
处理流程为：
自给水管网送来的自来水→
机械过滤器→精密过滤器→进入清水箱→清水泵→淡水箱→淡水泵→阳离子交换器→除二氧化碳器→中间水箱→中间水泵→阴离子交换器→除盐水进入除盐水箱→除盐水泵→供给系统。
化学水处理系统能力按满足供热考虑，生产能力为23m3/h。
3.2.5冷却水系统
由于采用全冷凝机组，循环冷却水量较大，满足汽机冷油器、发电机
的空气冷却器、冷凝器及锅炉引风机等设备冷却，总冷却水量约1500m3/h。
循环冷却水构筑物采用1500m3/h冷却塔。
3.2.6控制系统
从设备、控制方式及DCS控制系统设置等都采用先进、稳定的控制系
统。
通过对主蒸汽进汽阀和补汽阀的连锁、保护、控制、调节以确保整个
系统的正常运行。
第三章
工程技术方案
第一节项目布置区域特点
如上所述，本项目拟建在环冷机出料侧，总图布置有如下特点：
1、满足生产工艺要求，保证生产线连续、便捷；
2、功能区分合理，具有良好的生产联系和工作环境；
3、建筑布置符合《建筑防火设计规范》等要求；
4、道路布置通畅，可以满足项目实施后的消防要求。
第二节土建工程
本项目在规划区域内，拟建设备基础，发电机房、泵房（长30米，宽
16米）
项目中，余热回收系统为开放式基础架空，单台流程总长30米，宽8
米。
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