環(huán)冷機(jī)上部密封對余熱發(fā)電的影響

周勇平，劉海明，黃 華，易 慶，姚 瓊，潘增生，何世民

（浙江西子聯(lián)合工程有限公司，杭州310019）

在鋼鐵生產(chǎn)過程中，燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱已得到了越來越多的利用。然而由于環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)運(yùn)行的自身特點(diǎn)以及環(huán)冷機(jī)加工的粗制，環(huán)冷機(jī)密封已成為進(jìn)一步提高余熱發(fā)電效率的瓶頸。基于此種情況，針對環(huán)冷機(jī)上部煙罩與臺車頂面之間存在的漏風(fēng)問題，建議對環(huán)冷機(jī)上部增設(shè)密封裝置，減少冷風(fēng)的漏入，以提高后續(xù)余熱發(fā)電的效率。

1 設(shè)備概況

某工程一臺415m2的燒結(jié)環(huán)冷機(jī)設(shè)備主要參數(shù)見表1。

表1 415m2的燒結(jié)機(jī)、環(huán)冷機(jī)生產(chǎn)線設(shè)備的主要參數(shù)

表1 （續(xù)）

圖1為環(huán)冷機(jī)平面圖。

圖1 環(huán)冷機(jī)平面圖（單位：mm）

根據(jù)環(huán)冷機(jī)的燒結(jié)礦料產(chǎn)量以及原始設(shè)計參數(shù)，選取從環(huán)冷機(jī)落料口開始，即③軸至○13軸作為環(huán)冷機(jī)余熱利用段，其中：③軸至⑧軸為高溫利用段；⑧軸至○13軸為低溫利用段；兩段中利用角度為141°。兩段煙氣分別進(jìn)入雙壓余熱鍋爐產(chǎn)生雙壓蒸汽，最后進(jìn)入補(bǔ)汽式汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。圖2為余熱發(fā)電系統(tǒng)圖。

圖2 余熱發(fā)電系統(tǒng)圖

余熱鍋爐及汽輪發(fā)電機(jī)組參數(shù)見表2。

表2 發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)

2 燒結(jié)環(huán)冷機(jī)煙罩與臺車間的漏風(fēng)問題

2.1 間隙10mm時的漏風(fēng)

通常環(huán)冷機(jī)煙罩與臺車之間設(shè)計間隙為5mm，但由于環(huán)冷機(jī)煙罩的變形及磨損，其煙罩與環(huán)冷機(jī)臺車頂面之間的間隙平均在10mm左右，其上部密封結(jié)構(gòu)形式見圖3。

環(huán)冷機(jī)上部煙室壓力基本控制在-100Pa，因此在運(yùn)行時，環(huán)冷機(jī)煙罩與臺車頂面之間的間隙就成為冷風(fēng)漏入點(diǎn)，從而導(dǎo)致利用煙氣溫度的降低，影響余熱的回收。

圖3 煙罩與臺車結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

圖3中煙罩壁厚僅5mm左右，煙氣流向是從外向內(nèi)流動，空氣漏入的阻力可以忽略摩擦阻力，只考慮該部位的局部阻力。空氣漏入的間隙可以等效為圖4中兩個模型。

圖4 間隙的等效圖

式中：ξ為局部阻力系數(shù)；ω為氣體流速，m／s；ρ為氣體密度，kg／m3。

局部阻力Δpf公式：

式中：ρ0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體密度，kg／m3；空氣為1.293kg／m3。

計算的基本條件為：大氣壓力為101 325Pa，環(huán)境溫度25℃。

圖4中：（a）為空氣從無窮大的一個空間向一個有限大的空間流入，（b）則是空氣從有限大的空間向無窮大的空間流出。

（a）中的局部阻力系數(shù)為ξ1，（b）中的局部阻力系數(shù)為ξ2，經(jīng)查表［1］可知：ξ1＋ξ2＝1.6。

環(huán)冷機(jī)煙室的壓力為-100Pa，因此根據(jù)式（1）可以算出煙罩和臺車間隙內(nèi)風(fēng)速為10.273m／s。

根據(jù)流體力學(xué)基本公式，可知漏入風(fēng)量（Qf）為：

式中：d為環(huán)冷機(jī)直徑，m；Δh為煙罩與臺車頂部間隙，m；θ為環(huán)冷機(jī)余熱利用段角度，（°）。

環(huán)冷機(jī)外徑（do）為47.712m，內(nèi)徑（di）為40.248m，利用段角度為141°，環(huán)冷機(jī)的漏風(fēng)間隙取10mm。因此由式（3）可得：漏入25℃的冷空氣量為56 557m3／h。

2.2 改進(jìn)后間隙4mm時的漏風(fēng)

假定進(jìn)行上部密封后，可以將間隙縮小至4mm。根據(jù)以上公式可知：密封后漏入的冷風(fēng)為16 010m3／h，并以此作為本項(xiàng)目發(fā)電部分煙氣利用量的設(shè)計基準(zhǔn)。

3 環(huán)冷機(jī)上部密封改進(jìn)后的收效

由于本工程煙氣總利用量為800 000m3／h，漏入的冷風(fēng)占總風(fēng)量的份額約8%，本工程因此可忽視冷風(fēng)漏入對煙氣抽取產(chǎn)生的影響，對鍋爐的煙氣排放也不產(chǎn)生影響，只考慮漏入的冷風(fēng)引起的循環(huán)風(fēng)機(jī)電耗增加以及漏入冷風(fēng)吸熱后變成高溫?zé)煔馀懦鏊鶕p失的熱量。

本工程循環(huán)風(fēng)機(jī)風(fēng)壓為6 500Pa，密封前、后漏入風(fēng)量差為40 547m3／h，因此上部密封改進(jìn)前循環(huán)風(fēng)機(jī)多消耗電功率為86kW［1］。而漏入風(fēng)溫為25℃，鍋爐排煙溫度為150℃，因此密封前煙氣多帶走熱量6 460MJ／h。根據(jù)低溫余熱發(fā)電總體熱效率為20%～25%（取22%）進(jìn)行計算，密封改進(jìn)前煙氣多帶走的熱量相當(dāng)于輸出功率395kW。

綜合上述兩項(xiàng)損失，密封改進(jìn)后可以多輸出481kW的發(fā)電功率。按照年運(yùn)行8 000h，電價0.5元／（kW·h）進(jìn)行核算，每年可產(chǎn)生效益192.4萬元。以上計算是基于環(huán)境溫度為25℃的情況，在冬天則收效更大。

4 結(jié)語

由上述分析可知：對環(huán)冷機(jī)上部密封的改造使煙罩和臺車間的間隙縮小，可以減少冷風(fēng)的漏入，減少鍋爐排煙損失，提高余熱發(fā)電效率。

［1］鍋爐房實(shí)用設(shè)計手冊編寫組.鍋爐房實(shí)用設(shè)計手冊［M］.2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.