余熱發電技術在炭素罐式煅燒爐的應用

李勇，楊鎮，任太琳

余熱發電技術在炭素罐式煅燒爐的應用

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

李勇，楊鎮，任太琳

本文著重介紹炭素罐式煅燒爐余熱發電系統工藝，分析炭素罐式煅燒爐的資源綜合利用，列舉了余熱發電技術在環保排放達標、資源綜合利用方面的應用，并敘述了節能降耗的實施過程和效果。

炭素；余熱發電;節能

1 概況

炭素行業是個高能耗產業。根據市場調查，國內共有上百家炭素企業，其產能達到1000萬噸預焙陽極和1200萬噸煅燒焦，我國石油焦煅燒以罐式煅燒爐為主，罐式爐煅燒過程產生大量煙氣，溫度通常達到800℃以上，部分供導熱油爐的換熱后的煙氣溫度也在600℃以上。利用水泥窯余熱發電的成功經驗和技術裝備，應用于炭素行業罐式煅燒爐尾氣余熱回收，是繼水泥窯余熱發電后的一個新領域。如果這些企業都能推行煅燒爐余熱發電系統，那么整個炭素行業年發電量將達到約50×108kWh，經濟效益十分可觀，同時煅燒爐余熱發電的成功運行可以形成示范效應，促進國內炭素行業開展資源綜合利用，可以進一步減少二氧化碳排放量，帶動全行業為節能減排、循環經濟做出重要的貢獻。

2 炭素罐式煅燒爐熱量利用現狀

鋁用炭素陽極用石油焦的揮發分高達9%～12%，根據炭素罐式煅燒爐的熱平衡計算結果顯示，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罐式煅燒爐熱支出的50%以上。大型罐式煅燒爐，一旦生產啟動，連續多年不停產檢修（一般8～9年），高溫煙氣的總量和溫度（煅燒爐出口煙氣溫度800℃～1000℃）相當穩定，這給煅燒爐高溫煙氣的余熱發電和充分利用創造了條件。

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

3 炭素罐式煅燒爐余熱發電技術簡介

目前，炭素罐式煅燒爐余熱發電技術已經成熟，下面將以山東某炭素罐式煅燒爐余熱發電項目為例，介紹余熱發電技術在炭素罐式煅燒爐生產線中的應用。

該項目炭素生產線規模為6臺28罐煅燒爐，年產15萬噸鋁用預焙陽極，配套的余熱發電項目是利用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置1臺余熱鍋爐，兩臺余熱鍋爐生產的3.82MPa-450℃的過熱蒸汽匯合后進入汽輪機發電，汽輪機做功后的乏汽通過凝汽器冷凝成水，經凝結水泵送入軸封加熱器、低壓加熱器到壓力式除氧器，再經給水泵為余熱鍋爐提供給水。同時保留原煙風管道，并在原煙風管道上加裝煙道閘板，當余熱電站出現故障時，通過調節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行。系統流程示意圖見圖1。

根據目前國內余熱發電技術及裝備現狀，結合炭素罐式煅燒爐生產線余熱資源狀況，本工程裝機方案如下：

（1）余熱鍋爐

煅燒爐余熱鍋爐采用光管受熱面、自然循環方式、露天立式布置，結構緊湊、占地面積小。煙氣從上向下依次橫向沖刷過熱器、蒸發器、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

汽輪機為單壓凝汽式，兩臺余熱鍋爐產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進汽，額定進汽壓力3.43MPa（a），額定進汽溫度435℃，排汽壓力0.008MPa，汽輪機超發能力10%，并且在此負荷能夠長期穩定運行。

考慮到炭素生產線廢氣余熱參數的波動，該工程確定裝機方案如下：1臺4.5MW單壓凝氣式汽輪機組+1臺4.5MW發電機組+2臺余熱鍋爐，即2爐1機方案。

該項目余熱電站驗收當天，1號余熱鍋爐進口平均溫度730℃，2號余熱鍋爐進口平均溫度740℃，汽輪機組發電最大負荷4144kW，平均負荷在4000kWh左右。目前在煅燒車間正常生產的情況下，發電機組運行良好。

4 技術特點

該技術利用罐式煅燒爐的煙氣余熱建設純余熱回收電站，為降低陽極生產成本，確保全廠滿負荷生產發揮了重要作用，在提高經濟效益的同時，也減輕了對環境的污染。主要技術特點有：

（1）不影響煅燒工藝流程，不影響煅后焦質量；

（2）利用廢棄的余熱進行發電，使煅燒部分的熱量得到綜合性、高效的利用；

（3）余熱發電量可以滿足全廠用電需求；

（4）采用高溫煙氣保溫技術；

（5）發電指標最高可達300kWh/t焦。

該技術成功應用于生產后，開創了我國鋁用炭素行業高效率的余熱電站之先河，為行業發展綠色經濟起到了示范作用。

[1]西安電力學校汽輪機教研組.小型火力發電廠汽輪機設備及運行[M].北京：水利電力出版社,1989.

[2]沈維道.工程熱力學[M].北京：高等教育出版社,1987.

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

TQ172.622.22

A

1001-6171（2012）01-0102-02

通訊地址：中材節能股份有限公司，天津 300400；

2011-08-15；

趙 蓮