向心式汽轮机在大型铜冶炼厂余热利用系统中的应用.doc

向心式汽轮机在大型铜冶炼厂余热利用系统中的应用 - 1 前言 回收利用工业余热是节约能源、保护资源、保护环境的重要措施。有色金属企业中的大型铜冶炼厂是从铜精矿熔炼至电解铜生产的企业，在生产工艺过程中，有大量的余热可 以利用。各种冶金炉窑产生的高温烟气热值占总入炉热值的30～50%，甚至更多。有效选用这部分热量已成为生产工艺先进性的标志之一。 在铜冶炼厂高温烟气蒸汽回收系统中，通常采用轴流式多级背压或凝汽机组来实现能量回收。而自八十年代以来，向心式汽轮机异军突起，与轴流式汽轮机相比，它具有高效、紧凑、简单、可靠等优点。在国外石油、化工、制药、制糖、纺织、印染等领域已有了广阔的用武之地。在国内石油、化工、电力部门业已有应用。本文将讨论向心式汽轮机在铜冶炼厂余热系统中应用的经济性、技术性，旨在尚无用户的有色冶金行业余热利用系统中推广使用。 2 铜冶炼厂余热资源 本文着重讨论大型铜冶炼厂余热利用系统。世界上，45%以上的铜冶炼厂是采用闪速熔炼工艺，而我国的二座大型铜冶炼厂也都是采用闪速熔炼工艺。在整个生产工艺过程中 ，产生高温烟气的主要设备有：闪速熔炼炉，转炉吹炼炉和阳极炉等等，这些冶金炉所产生的高温烟气性质见表1。 表1 冶金炉高温烟气性质　 设备名称 烟气温度(℃) 烟气性质 闪速熔炼炉 1200～1350 含尘量大 烟气连续 有腐蚀性 转炉吹炼炉 800～900 含尘量大 烟气间断 有腐蚀性 阳 极 炉 1100～1300 含尘量较小 烟气间断 这些高温烟气中往往含有大量的烟尘和二氧化硫，烟尘的粘结性很强，烟气对金属又具有腐蚀性，故回收这部分烟气热量难度大，技术含量高。除阳极炉外(阳极炉因烟气含尘量 小，可采用空气换热器回收余热)，通常回收这部分烟气热量只能用余热锅炉。考虑到余热锅炉运行压力过低，受热面的壁温低于硫酸露点温度时，烟气中的三氧化硫与水蒸汽结合产生硫酸凝结在管壁上，使受热面受到腐蚀。所以在设计余热锅炉时，必须提高锅炉运行压力，使管壁温度高于硫酸露点温度，表2就是国内二家大型铜冶炼厂余热锅炉性能参数表。 由于炉窑的热效率在工艺和炉型确定后，挖潜不大，如何利用余热锅炉所产生的这部分蒸汽，是提高整个余热利用系统的关键。上述二座铜冶炼厂余热锅炉产生的饱和蒸汽是经过重油过热炉加热至过热态后，用来发电，发电所采用的汽轮机为轴流式多级背压或凝汽机组。要进一步提高余热利用系统的余热利用率，将热力系统予以优化，就需采用一种新型的汽轮机 -向心式汽轮机。 表2 余热锅炉性能参数表 　 项目 单位 A厂 B厂 闪速炉余热锅炉 转炉余热锅炉 闪速炉余热锅炉 转炉余热锅炉 处理烟气量 NM3/h 77000(max) 44900(波动) 32000 43200(波动) 入口烟气温度 ℃ 1340 800 1340 800 入口含尘量 g/NM3 70～100 15～70 139.2 18.1～６０．６ 蒸汽产量 t/h 56 13(波动) 28 10(波动) 蒸汽压力 MPa 4.7 4.56 4.71 4.71 蒸汽温度 ℃ 262 259.5 261 261 3 向心式汽轮机 如图1所示，向心式汽轮机的工质从叶轮外径处沿径向进入叶轮，做功后在叶轮内径处从轴向离开。向心式汽轮机又分纯径向式和轴向径向式二种。与轴向式汽轮机相比，二 者的通流部分之间的差别如下： 1) 轴流式汽轮机的级数可以很多，向心式通常只有1～2级。 2) 轴流式汽轮机的叶片展弦比为1～8之间，向心式仅为0.1～0.5，其叶片通常又窄又长。 a) 纯径向式b)轴向径向式 图1 向心式汽轮机通流部分图根据叶轮的欧拉方程式(式(1))，单位工质所做的功为： 〖SX(〗dN[]dG[SX)]=[SX(]1[]2[SX)]［(c21-c22) (w22-w21) (u21- u22)］ 式(1) 由上式可知，向心式汽轮机比轴流式汽轮机所输出的功多出了〖SX(〗1 2 (u2 1-u22)一项，这是由于叶轮中工质进出口半径不同而引起的工质动能变化的结果。此 式还具有如下含义，即：在做功量相同的情况下，向心式汽轮机中工质的相对速度W1、W 2比较低，使得其中的流动损失小了很多，故汽轮机效率高。换言之，向心式汽轮机可以 利用较大的〖HT5，7〗火〖KG-*4〗含 降。 网址:/khgu_article/65/4407.html 另外，向心式汽轮机采用了高转速(最高可达46000rpm)，使速比达到了