【正文】 ............................................................................ 17 補汽壓力的優(yōu)化 ......................................................................................... 18 3 燒結(jié)余熱雙壓系統(tǒng)幾種結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 .................................................................... 19 雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無低壓過熱器的比較 .................................................... 19 3. 2 雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無低壓省煤器的比較 ................................................... 20 3. 3 雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無給水預(yù)熱器的比較 ................................................... 23 結(jié) 論 .......................................................................................................................... 27 參考文獻 ...................................................................................................................... 28 致 謝 ............................................................................................................................ 30 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文引言 1 引 言 最近幾年，燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)作為鋼鐵企業(yè)二次能源利用的核心技術(shù)受到國家的高度重視。在燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)中，發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性 、 安全性是由發(fā)電系統(tǒng)熱力參數(shù)配置的總體水平?jīng)Q定的，所以發(fā)電系統(tǒng)熱力參數(shù)的優(yōu)化是燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)的核心。由于發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式及熱力參數(shù)匹配方案變化眾多，熱力參數(shù)優(yōu)化過程中各變量之間的交聯(lián)關(guān)系復(fù)雜，到目前為止，設(shè)計人員對燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)熱力參數(shù)的優(yōu)化方法還有不同認識，文章首先對熱力循環(huán)方案進行設(shè)定、設(shè)定余熱鍋爐結(jié)構(gòu)，然后以燒結(jié)余熱發(fā)電雙壓循環(huán)熱力參數(shù)優(yōu)化過程為例，對發(fā)電系統(tǒng)熱力參數(shù)優(yōu)化模 型、主 蒸 汽及副 蒸 汽實際做功過程修正模型、余熱鍋爐排煙溫度的優(yōu)化模型、 排煙溫度 的確定等關(guān)鍵問題進行討論，為燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)熱力參數(shù)的優(yōu)化提供了參考。 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 2 1 文獻綜述 燒結(jié)余熱發(fā)電的 研究 背景 及 意義 燒結(jié)余熱發(fā)電的 研究背景 中國是目前世界上經(jīng)濟發(fā)展最快的國家之一，能源是我國民經(jīng)濟的重要物資基礎(chǔ)之一。節(jié)約能源，降低能耗，是我國一項長期的基本國策。面對日益嚴峻的能源危機，各國在開發(fā)新的能源替代方式的同時，都在積極地研究節(jié)能技術(shù)。余熱鍋爐作為一種有效的節(jié)能設(shè)備在很多行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。人們在不斷追求更有效的節(jié)能技術(shù)的同時，也在不斷的改進余熱鍋爐以擴大其應(yīng)用范圍，投入到新的領(lǐng)域中去。我國是世界鋼鐵生產(chǎn)大國，鋼的全年產(chǎn)量已超過 4億噸接近 5億噸，居世界第一。我國 20xx年全年出口鋼材 ，比上年增長 % ，也是全球鋼鐵產(chǎn)品的出口大國。同時，鋼鐵產(chǎn)業(yè)作為一個高耗能、高污染的產(chǎn)業(yè)，也是節(jié)能減排的重點對象之一。 據(jù)統(tǒng)計，全國煉鐵系統(tǒng)能耗占鋼鐵工業(yè)總能耗高達 %，其中燒結(jié)工序能耗差不多占整個企業(yè)能耗的 10%，是僅次于煉鐵的第二大耗能工序，燒結(jié)工序中有 50%左右的熱能被燒結(jié)煙氣和冷卻機 的 廢氣帶走。除去熱風(fēng)燒結(jié)、熱風(fēng)點火、熱風(fēng)保溫所用熱風(fēng)之外，熱風(fēng)還有大量剩余。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國燒結(jié)工序余熱利用率還不足 30%，與發(fā)達國家差距非常大，整個燒結(jié)工序能耗與先進國家差距也是非常大的 ??1 。 燒結(jié)煙氣和冷卻機熱廢氣屬于中、低溫?zé)嵩?，對其進行回收利用，提高熱回收率和經(jīng)濟性是十分重要的。余熱利用有兩種方式：一是動力利用，即將熱能轉(zhuǎn)化為電或機械能；二是熱利用，即利用余熱來預(yù)熱、干燥、供熱、供暖等。 就現(xiàn)階段燒結(jié)機設(shè)計建造而言，若還是停留在不回收余熱或只是低效率生產(chǎn)蒸汽的水平上，仍大量排放高溫廢氣或低壓蒸汽，這不僅是對大量可用能源的浪費，而且還會對環(huán)境造成熱污染。因此燒結(jié)企業(yè)必須開展燒結(jié)系統(tǒng)節(jié)能工作，建設(shè)燒結(jié)余熱電站，這樣既能有效提高企業(yè)自供電率，實現(xiàn)企業(yè)節(jié)能減排，降耗增效，又能取得良好的社 會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。 燒結(jié)余熱發(fā)電的 研究意義 對于燒結(jié)余熱利用這種品位相對較低的余熱資源，系統(tǒng)可采用一種叫F85(Fluorino185)的有機介質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng) (ORCS) 或油 氟利昂循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 3 由于 F85工質(zhì)的沸點比水低，蒸發(fā)潛熱小和比容比水小 (水的 1/5)，所以發(fā)電效率高，在相同工況下，發(fā)電效率比蒸汽輪機高出 10％～ 15％， ORCS機組的大型化使其在燒結(jié)余熱發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。 我國重點鋼鐵企業(yè)的燒結(jié)工序能耗平均水平為 ，國內(nèi)最好水平為 kgce，最差為 kgce，國內(nèi)企業(yè)之間差距較大 。 而且國內(nèi)先進水平與國外先進水平相比，能耗高 ％ ，差距也較大。由于各廠配料不同，采用的工藝不同，燒結(jié)機建設(shè)水平不同，煙氣和廢氣的具體參數(shù)的差別較大。在一般鋼鐵企業(yè)燒結(jié)廠 、 燒結(jié)機主煙道煙氣余熱占燒結(jié)工序能耗的 l3％～ 23％ 左右，冷卻機 (環(huán)冷機、帶冷機 )廢氣余熱占燒結(jié)工序能耗的 19％ ～ 35％ ，兩者之和高達 50％。這部分余熱利用潛力是很大的 ， 理論和工程實踐證明，完全可以在保證燒結(jié)正常生產(chǎn)的前提下，利用梯級取熱的方法將熱量重新分配，提高廢氣余熱品位和利用價值，回收燒結(jié)廠廢氣余熱用于發(fā)電，而且是經(jīng)濟可行的。 以前國內(nèi)只有部分較大型的燒結(jié)廠設(shè)置了余熱回收系統(tǒng)，且都沒有將回收的蒸汽用于發(fā)電。后來太鋼、興澄特鋼、馬鋼等建了飽和蒸汽發(fā)電機組 ， 但由于飽和蒸汽發(fā)電汽耗很高，裝機容量均不大。 燒結(jié)余熱回收是節(jié)約能源 ， 加強二次能源的回收利用的重要 手段 并且也是最有效措施。采用多種回收利用方式 ， 提高熱循環(huán)利用率。燒結(jié)余熱回收系統(tǒng)對節(jié)約資源 ， 改善生產(chǎn)條件 ， 加強環(huán)境保護起 到積極作用 ， 同時可降低燒結(jié)生產(chǎn)成本 ，給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益。為發(fā)展清潔型、節(jié)能型、效益型企業(yè)提供保證條件。 燒結(jié)余熱回收發(fā)電是鋼鐵企業(yè)開展節(jié)能減排、降耗增效的有效措施 ， 同時也是鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的必由之路。鋼鐵產(chǎn)業(yè)作為一個高耗能、高污染的產(chǎn)業(yè) ，是節(jié)能減排 項目中 潛力最大的行業(yè)之一 ， 在我國目前這種日益緊張的能源電力供應(yīng)狀態(tài)下 ， 應(yīng)該主動承擔(dān)起節(jié)能降耗的責(zé)任 ， 盡早實施燒結(jié)余熱回收 (發(fā)電 ) 工程 ， 與企業(yè)實現(xiàn)互利共贏。 熱力學(xué)第一定律講的是能量守恒，即在能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換過程中，總量保持不變。對于燒結(jié)余熱發(fā)電來講，就是只有通過獲得更多的熱量才可能獲得更多的余熱發(fā)電量。熱力學(xué)第二定律講的是能量在轉(zhuǎn)換過程中質(zhì)的差別，具體表現(xiàn)為能量轉(zhuǎn)換的方向性以及一種能量轉(zhuǎn)換成另外一種能量的能力。對于燒結(jié)余熱發(fā)電來講，指的是只有用較高溫度的廢氣才可能生產(chǎn)較高參數(shù)的主蒸汽，來獲得較高的余熱發(fā)電能力。為了獲得最大的余熱發(fā)電量，燒結(jié)余熱發(fā)電應(yīng)該采取的措施是：用較高溫度的廢氣生產(chǎn)較高參數(shù)的主蒸汽，然后再用較低參數(shù)的廢氣生產(chǎn)較低參數(shù)的低壓蒸汽或熱水。 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 4 因此 ，在考慮到投資成本與實際需要，我們應(yīng)當(dāng)優(yōu)化燒結(jié)雙壓余熱鍋爐的蒸汽參數(shù)，實現(xiàn)余熱資源的最大化利用。 圖 1 燒結(jié)余熱雙壓發(fā)電系統(tǒng)工藝流程 1 燒結(jié)礦冷卻機 2 廢氣收集裝置 3 雙壓余熱鍋爐 4 蒸汽輪機 5 發(fā)電機 6 凝汽器 7 循環(huán)水泵 8 冷卻塔 9 凝結(jié)水泵 10除氧器 11 低壓給水泵 12 高壓給水泵 13 引風(fēng)機 14 補水泵 燒結(jié)余熱發(fā)電的 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國 外 研究現(xiàn)狀 國外對燒結(jié)余熱回收利用的研究起步較早，特別是能源十分匾乏的日本，對燒結(jié)余熱利用技術(shù)的研究與開發(fā)取得了很好的成績。世界上最早利用冷卻機廢氣產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電的是日本鋼管公司的扇島廠和福山廠，其余熱回收方式是在環(huán)冷機高溫段鼓入 100℃的循環(huán)空氣，該部分空氣經(jīng)環(huán)冷機后溫度可達 350℃，再經(jīng)過余熱鍋爐產(chǎn)生 。 表 1是日本部分燒結(jié)廠余熱回收系統(tǒng)情況 (八十年代中期 )，日本燒結(jié)廠的余熱回收技術(shù)就已經(jīng)應(yīng)用得比較廣泛，其中冷卻機排氣利用的普及率達到 57%，而燒結(jié)機廢氣利用的普及率為 26%。目前，日本燒結(jié)廠 的余熱回收技術(shù)從用途來看，可分為用于預(yù)熱混和料 ， 用于點火保溫 ，用于產(chǎn)生蒸汽以及用于壓差發(fā)電等幾種。在用余熱產(chǎn)生蒸汽的工廠中，冷卻機廢氣余熱回收量最高的是日本住友公司的小倉廠，其平均回收率為 /t燒結(jié)礦，壓力為 ～ ，溫度為 273℃ ， 燒結(jié)機廢氣余熱回收是新日鐵河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 5 公司的大分 2號機為最好，平均回收蒸汽為 ，壓力為 ，溫度為 213℃。 表 1 日本部分燒結(jié)廠余熱回收系統(tǒng) 公司（廠） 燒結(jié)機規(guī)格 /m2 產(chǎn)汽量（ t/h） 蒸汽壓力 /MPa 發(fā)電額定功率 /kw 和歌山 4號 和歌山 5號 鹿島 2號 鹿島 3號 小倉 3號 君津 3號 189 122 500 600 223 500 15 33 60 26 500 14800 前蘇聯(lián)馬凱耶夫鋼鐵廠燒結(jié)車間利用點火后料層表面的輻射熱加熱空氣，進行燒結(jié)料層表面熱處理 ，即利用點火表面余熱進行熱風(fēng)燒結(jié)。該方法既可改善表層燒結(jié)礦的質(zhì)量， 又可利用換熱器的熱空氣 (300～ 400℃ )進行熱風(fēng)燒結(jié)，節(jié)省固體燃料 %。 德國蒂森鋼鐵公司施韋爾根廠利用冷卻機廢氣余熱預(yù)熱燒結(jié)點火助燃空氣。具體做法是在 3號燒結(jié)機的卸礦處和冷卻機排氣罩上裝有三級循環(huán)冷卻器，出口與電除塵相連，除塵器的氣流量為 285000/m3，平均溫度為 200℃，粉塵含量低于 30mg/m3。 該冷卻機排出的廢氣通過風(fēng)管進入 3和 4號燒結(jié)機點火器作助燃空氣用，每臺燒結(jié)機可節(jié)約熱量平均為 30MJ/t燒結(jié)礦，整個系統(tǒng)回收的總熱量為 40GJ/t燒結(jié)礦。 國 內(nèi) 研究現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)燒結(jié)廠的余熱回收利用途徑大不相同，有用于點火保溫爐作助燃空氣和精礦解凍的，有用于熱風(fēng)燒結(jié)和小球團燒結(jié)干燥的，也有用于生產(chǎn)熱水供浴室、采暖、生石灰消化和加入混合機的，但更多的是通過余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽，送入管網(wǎng)或發(fā)電，以獲取更大的經(jīng)濟效益。 國內(nèi)包鋼、萊鋼等在燒結(jié)廠應(yīng)用了熱風(fēng)燒結(jié)技術(shù)，即將預(yù)先加熱的空氣抽入料層進行燒結(jié)。熱風(fēng)燒結(jié)有以下好處： 1. 于熱風(fēng)帶入部分物理熱，可大幅度節(jié)約固體燃料； 2. 燒結(jié)料層的溫度分布均勻，克服了上層熱量不足的缺點； 3. 由于固體燃料用量減少，燒結(jié)氣氛得到改善； 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 6 4. 由于抽入熱風(fēng)，料層受高溫作用的時間較長和冷卻速度緩慢，有利于液相的生成和液相數(shù)量的增加，有利于晶體的析出和長大，各種礦物結(jié)晶較完全，減少急冷而引起的內(nèi)應(yīng)力； 5. 熱風(fēng)燒結(jié)改善了上層燒結(jié)礦質(zhì)量，有利于提高燒結(jié)礦的成品率。熱風(fēng)燒結(jié)所用固體燃料減少，由燃料帶入的灰份降低了，燒結(jié)礦 氧氣 含量也相應(yīng)降低，燒結(jié)礦的 TFe品位升高。熱管技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項余熱回收利用新技術(shù)。它的主要特點是利用氣化相變傳熱，傳熱效率高，性能可靠，投資回收期短。為了有效的利用帶冷余熱，南京化工學(xué)院熱管技術(shù)開發(fā)中心與武鋼一燒合作，在武鋼 一燒 4號帶冷機上設(shè)計安裝了一套熱管蒸汽發(fā)生系統(tǒng) ， 生產(chǎn)低壓蒸汽 ， 其蒸汽替代熱力廠來的蒸汽用于預(yù)熱燒結(jié)混合料，以提高燒結(jié)礦產(chǎn)量。該系統(tǒng)投運后，運行安全可靠，達到了設(shè)計能力，產(chǎn)汽量達 4～ 5噸， 每噸燒結(jié)礦產(chǎn)汽 50～ 60kg，蒸汽壓力為 ～ 。采用熱管技術(shù)回收燒結(jié)工序的余熱產(chǎn)生蒸汽系統(tǒng)經(jīng)馬鋼二燒、梅山冶金公司燒結(jié)廠、武鋼一燒、安陽鋼鐵公司燒結(jié)廠及攀鋼燒結(jié)廠等廠的投運，均取得了令人滿意的效果。熱管余熱蒸汽發(fā)生系統(tǒng)用于燒結(jié)廢氣的余熱回收具有獨特的優(yōu)點，節(jié)能效果顯著，經(jīng)濟效益良好，具有重要的推廣價值和應(yīng)用前景 ??2 。 寶鋼的能源消耗在全國重點鋼鐵企業(yè)中是最低的 ， 目前余能余熱回收率約在45%左右，已跨入世界能耗的一流水平行列。燒結(jié)工藝中，一期工程一號燒結(jié)機采用環(huán)冷機熱風(fēng)預(yù)熱煤氣裝置，將環(huán)冷機產(chǎn)生的部分廢氣用作點火爐和保溫爐的助燃風(fēng)，以降低焦爐煤氣的消耗量。二號燒結(jié)機投產(chǎn)后，自行開發(fā)了主排風(fēng)煙氣廢熱和環(huán)冷機燒結(jié)礦顯熱回收裝置，與余熱鍋爐連接產(chǎn)生蒸汽，參與全廠蒸汽平衡。該裝置每小時能生產(chǎn)過熱蒸汽 ～ ， 即每噸燒結(jié)礦能產(chǎn) 蒸 汽 ～。 鞍鋼作為大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，截止到 1992年，鞍鋼新燒結(jié)分廠的全部冷卻廢氣的余熱都得到回收利用，其