【正文】 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(guó)家的高度重視。鑒于上述現(xiàn)狀 , 開展燒結(jié)余熱電站熱力系統(tǒng)分析及優(yōu)化研究 ,具有非常重要的意義。 論文 簡(jiǎn)要介紹了燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)流程 ,并在燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)熱力參數(shù)優(yōu)化過程中 提出了以余熱有效利用率來評(píng)價(jià)燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的性能。在燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)中，發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)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。面對(duì)日益嚴(yán)峻的能源危機(jī)，各國(guó)在開發(fā)新的能源替代方式的同時(shí)，都在積極地研究節(jié)能技術(shù)。我國(guó) 20xx年全年出口鋼材 ，比上年增長(zhǎng) % ，也是全球鋼鐵產(chǎn)品的出口大國(guó)。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)燒結(jié)工序余熱利用率還不足 30%，與發(fā)達(dá)國(guó)家差距非常大，整個(gè)燒結(jié)工序能耗與先進(jìn)國(guó)家差距也是非常大的 ??1 。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(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能減排，降耗增效，又能取得良好的社 會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。 而且國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平與國(guó)外先進(jìn)水平相比，能耗高 ％ ，差距也較大。 以前國(guó)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。燒結(jié)余熱回收系統(tǒng)對(duì)節(jié)約資源 ， 改善生產(chǎn)條件 ， 加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)起 到積極作用 ， 同時(shí)可降低燒結(jié)生產(chǎn)成本 ，給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。 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。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。 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(jī)排氣利用的普及率達(dá)到 57%，而燒結(jié)機(jī)廢氣利用的普及率為 26%。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(jìn)行熱風(fēng)燒結(jié)，節(jié)省固體燃料 %。 國(guó) 內(nèi) 研究現(xiàn)狀 目前，國(guó)內(nèi)燒結(jié)廠的余熱回收利用途徑大不相同，有用于點(diǎn)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(tuán)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(jī)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(jì)效益。熱管技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)余熱回收利用新技術(shù)。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(yùn)，均取得了令人滿意的效果。二號(hào)燒結(jié)機(jī)投產(chǎn)后，自行開發(fā)了主排風(fēng)煙氣廢熱和環(huán)冷機(jī)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。 1999年 鞍山熱能院在鞍鋼燒結(jié)廠三燒車間改造工程中為 1號(hào)和 4號(hào)燒結(jié)帶冷機(jī)設(shè)計(jì)并安裝了翅片管式余熱鍋爐，獲得的過熱蒸汽溫度為160～ 250℃，過熱蒸汽壓力為 ～ 。每臺(tái)余熱鍋爐配一臺(tái)引風(fēng)機(jī)。 爐的運(yùn)行的實(shí)踐看，尚存在一些問題需要不斷改進(jìn)和完善。廢氣鍋爐采用臥式自然 循環(huán)汽包爐 ， 汽輪發(fā)電機(jī)組采用多級(jí) 沖動(dòng) 混壓 凝汽式。該余熱電站采用了自然循環(huán)廢氣鍋爐，煙風(fēng)系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)綜合了熱風(fēng)循環(huán)技術(shù)、閃蒸余熱發(fā)電技術(shù)和汽輪機(jī)補(bǔ)汽技術(shù)，能很好地適應(yīng)燒結(jié)余熱電站出力波動(dòng)性較大的特性，使余熱電站在燒結(jié)機(jī)運(yùn)行參數(shù)經(jīng)常調(diào)整的情況下也能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。 另外昆鋼三燒、昆鋼集團(tuán)玉溪新興鋼鐵廠燒結(jié)余熱電站也于近期投入運(yùn)行，國(guó)內(nèi)還有多個(gè)燒結(jié)余熱電站正在建設(shè)當(dāng)中。 1 2 3 4 550100150200250300350400450500廢氣溫度煙囪號(hào) 圖 2 燒結(jié)礦冷卻過程中廢氣溫度分布 2. 煙溫波動(dòng)幅度 較 大 燒結(jié)生產(chǎn)中，隨著燒結(jié)礦在燒結(jié)機(jī)上的燒成情況不同，其冷卻過程中產(chǎn)生的廢氣溫度也不同。 3. 熱熱源的連續(xù)性難以保證 熱源的連續(xù)性是對(duì)余熱進(jìn)行有效回收的必要條件。 同時(shí) 春 冬季節(jié)環(huán)境溫度低引起燒結(jié)煙氣溫度低 ， 余熱鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽溫度達(dá)不到汽輪機(jī)要求的最低進(jìn)汽溫度而被迫停機(jī) ， 使燒結(jié)余熱得不到充分利用 。鋼鐵行業(yè) 余熱發(fā)電 則將是一個(gè)大蛋糕，十二五將迎來發(fā)展期 ??3 。 近幾年，隨著雙壓、閃蒸發(fā)電和補(bǔ)汽蒸汽式汽輪機(jī)在技術(shù)上獲得突破，燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)已逐漸進(jìn)入成熟階段，同時(shí)其在節(jié)能環(huán)保、減少污染排放、經(jīng)濟(jì)效益等方面的顯著優(yōu)勢(shì)使得其發(fā)展迅速。 研究方法 課題研究主要是開展應(yīng)用基礎(chǔ)研究，理論與實(shí)踐相結(jié)合， 論文 是 根據(jù) 濟(jì)鋼第二燒結(jié)廠 320m2 燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電 系統(tǒng)優(yōu)化研究， 通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)及技術(shù)資料，結(jié)合自身所學(xué) 燒結(jié)余熱鍋爐的 相關(guān)理論，了解 燒結(jié)余熱雙壓發(fā)電循環(huán)系統(tǒng) 當(dāng)前發(fā)展概況 ， 并以此為基礎(chǔ)對(duì) 系統(tǒng) 的 的主蒸汽參數(shù)、主蒸汽壓力、排煙溫度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)在此優(yōu)化方案的基礎(chǔ)上 提出以余熱有效利用率 (即單位進(jìn)口煙氣熱量發(fā)電功率 ) 來評(píng)價(jià)余熱發(fā)電系統(tǒng)的效率 。 該指標(biāo)綜合體現(xiàn)了燒結(jié)生產(chǎn)過程和余熱發(fā)電系統(tǒng)的性能，但沒有考慮燒結(jié)礦的形成熱、臺(tái)車上燒結(jié)礦層厚度、燒結(jié)礦冷卻過程產(chǎn)生的煙氣溫度及煙氣量等因素對(duì)發(fā)電量的影響。 余熱發(fā)電功率： 3 6 0 0])()([ , fboutbnibzoutzinztu r b in e hhDhhDP ??? ??????? ? (2) 式中： turbineP — 為汽輪機(jī)發(fā)電功率， kW； zD — 為主蒸汽量， t/h； znih, — 為主蒸汽進(jìn)汽焓， kgkJ ； outh — 為汽輪機(jī)排汽焓， kgkJ ； bD — 為補(bǔ)汽量， t/h； bnih, — 為補(bǔ)汽進(jìn)汽焓， kgkJ ； 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 12 z? — 為汽輪機(jī)主蒸汽做功效率， %； b? — 為汽輪機(jī)補(bǔ)汽做功功率， %； f? — 為發(fā)電機(jī)效率， % 余熱有效利用率： ])3600([ inturbine qP?? %100? ????????????? (3) 余熱有效利用率消除燒結(jié)礦形成熱、余熱煙氣溫度及煙氣量等因素對(duì)發(fā)電量的影響，可用于不同余熱發(fā)電系統(tǒng)之間的性能對(duì)比。因此，在燒結(jié)余熱發(fā)電熱力參數(shù)優(yōu)化過程中，余熱鍋爐入口熱廢氣溫度按定值處理是對(duì)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤引用，傳統(tǒng)熱力參數(shù)優(yōu)化模型對(duì)這一點(diǎn)的忽略，是造成燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果不佳的本質(zhì)原因之一。 乏汽干度 乏汽干度對(duì)汽輪機(jī)的安全性、汽輪機(jī)造價(jià)、汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率均有顯著影響，一般純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)要求乏汽干度不低于 ，由于燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)波動(dòng)性較大，所以為了防止系統(tǒng)在低負(fù)荷時(shí)乏汽干度過低，乏汽干度設(shè)計(jì)值要求不低于 。 其中： 熱端溫差 ： zgryr TTt ??? 1 窄點(diǎn)溫差 ： zzyz TTt ??? 3 接近點(diǎn)溫差 ： zszzj TTt ??? 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 14 圖 3 雙壓余熱鍋爐換熱過程 TQ 圖 根據(jù)能量和質(zhì)量守恒 ,可以得出 ： 壓過熱器和蒸發(fā)器段的換熱方程為 ： )()1()()( 21121 zzzzzzzz g rzthyy hhDhhDiiG ?????? ?? ?????? (4) 式中 ： G — 為余熱鍋爐入口煙氣量 , hkg ； 1yi — 為余熱鍋爐入口煙氣比焓 , kgkJ ； 2yi — 為中壓蒸發(fā)器出口煙氣比焓 , kgkJ ； th? — 為鍋爐的保熱系數(shù)， %； zD — 為主蒸汽蒸發(fā)量， ht ； zgrh — 為中壓過熱器出口比焓， kgkJ ； 1zzh — 為中壓蒸發(fā)器飽和汽比焓， kgkJ ； 2zzh — 為中壓蒸發(fā)器飽和水比焓， kgkJ ； ? — 為余熱鍋爐排污系數(shù)， %。 預(yù)加熱器的換熱方程： ))()(1()( 76 gysdzthyy hhDDDiiG ?????? ?? ??????????? (8) 式中： 7yi — 為預(yù)加熱器出口煙氣比焓， kgkJ ； yh — 為預(yù)加熱器出口水比焓， kgkJ ； gh — 為余熱鍋爐給水比焓， kgkJ 。 計(jì)算結(jié)果及優(yōu)化分析 主蒸汽溫度的優(yōu)化 在相同的工況條件下，雖然余熱鍋爐的蒸發(fā)量隨著主蒸汽溫度的降低而增加，但總體來看，主蒸汽溫度降低會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)做功能力降低，并使汽輪機(jī)的排汽干河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 16 度降低，增加汽輪機(jī) 汽耗率，并致余熱系統(tǒng)的發(fā)電功率不能增加。在余熱鍋爐進(jìn)口煙氣溫度為 375℃ 同等工況下，主蒸汽從 增加至 ， 余熱有效利用率 ? 隨壓力提高先較快增加，隨后變化漸緩 ，存在最佳主蒸汽壓力 為 。 在窄點(diǎn)溫差相同的條件下，主蒸汽壓力由 提高至 ， 余熱有效利用率 ? 也隨之先快速增加后漸緩。河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 18 同時(shí)汽輪機(jī)的進(jìn)汽比容減小，高壓葉片損失增加，汽輪機(jī)的內(nèi)效率也降低。 150 175 200 225余熱有效利用率/%低壓蒸汽溫度/℃ 圖 8 dP 對(duì)余熱有效利用率的影響 由圖 8 可知，低壓蒸汽溫度從 160℃ 提高到 210℃ ，系統(tǒng)的余熱有效利用率從 %增加到 %，略有增大。經(jīng)計(jì)算，最后得出 余熱有效利用率 比有過熱器時(shí)增加了 %左右 ，我們可以得出結(jié)論同樣參數(shù)的情況下，無過熱器時(shí)的 余熱有效利用率 比有過熱器時(shí)要高。 1. 熱端溫差 25℃、窄點(diǎn)溫差 20℃、接近點(diǎn)溫差 10℃ ，汽輪機(jī)內(nèi)效率 表 3 無給水預(yù)熱器時(shí)有無低壓省煤器的各項(xiàng)參數(shù)比較 無給水預(yù)熱器時(shí)的情況 低壓蒸發(fā)量/(t/h) 裝機(jī)容量/(kW) 余熱有效利用率 (%) 排煙溫度 /℃ 干度 有省煤器 無省煤器 無省煤器與有省煤器相比較：低壓蒸發(fā)量增加了 t/h，增加了 %。 結(jié)論：此種情況下，無論有無給水預(yù)熱器，無低壓省煤器的結(jié)構(gòu)均比有低壓省煤器的結(jié)構(gòu)低壓蒸發(fā)量高 ％左右，發(fā)電量高 ％左右，同時(shí)排煙溫度高6℃左右。 結(jié)論：此種情況下，無論有無給水預(yù)熱器，無低壓省煤器的結(jié)構(gòu)均比有低壓省煤器的結(jié)構(gòu)低壓蒸發(fā)量高 t/h， 余熱有效利用率提高 %左右，同時(shí)排煙溫度高 6℃左右。 無省煤器的比有省煤器：低壓蒸發(fā)量降低了 ，降低了 %。 4. 實(shí)際熵增過程，同時(shí)汽輪機(jī)內(nèi)主氣壓力降至 、副氣壓力在 進(jìn)入汽輪機(jī)，在 (副氣壓力高于主氣壓力 ，混合取壓力各變化 )壓力下混合過程： (全部修正 ) 表 9 無給水預(yù)熱器時(shí)有無低壓省煤器的各項(xiàng)參數(shù)比較 無給水預(yù)熱器時(shí)的情況 低壓蒸發(fā)量/(t/h) 裝機(jī)容量/(KW) 余熱有效利用率 (%) 排煙溫度 /℃ 干度 有省煤器 無省煤器 無省煤器的比有省煤器的：低壓蒸汽量少輸出 t/h，每年少輸出 萬 ，發(fā)電量降低了 %??11 。 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 23 2. 3 雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無給水預(yù)熱器的比較 燒結(jié)余熱雙壓發(fā)電系統(tǒng)在有、無給水預(yù)熱器如圖 10 所示： 圖 9 改進(jìn)前燒結(jié)余熱熱力系統(tǒng)流程圖 圖 10 改進(jìn)后燒結(jié)余熱熱力系統(tǒng)流程圖 首先我們理解給水預(yù)熱器的含義，顧名思義就是將給水進(jìn)行加熱的一種設(shè)備，熱源來源于廢氣。如果我們利用部分煙風(fēng)循環(huán)的話，勢(shì)必會(huì)影響煙風(fēng)循環(huán)量，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響 ??12 。 表 11 有低壓省煤器時(shí)有無給水預(yù)熱器對(duì)各參數(shù)的影響 有低壓省煤器時(shí)的情況 低壓蒸發(fā)量/(t/h) 裝機(jī)容量/(KW) 余熱有效利用率 (%) 排煙溫度 /℃ 干度 無給水預(yù)熱器 有給水預(yù)熱器 有給水預(yù)熱器與無給水預(yù)熱器相比較， 余熱有效利用率提高了 %， 同時(shí)排煙溫度降低了 ℃。排煙溫度降低了 ℃。排煙溫度降低了 ℃。排煙溫度降低了 ℃ ??14 。所以 在不需要煙風(fēng)循環(huán)時(shí)，加給水預(yù)熱器是相當(dāng)必要的 ??15 。 2. 燒結(jié)余熱煙氣參數(shù)存在一個(gè)優(yōu)化選取過程 ,燒結(jié)機(jī)尾部余熱煙氣量的選取主要受限于主煙道煙氣的酸露點(diǎn)和尾部幾個(gè)風(fēng)箱的風(fēng)溫 ,本項(xiàng)目冷卻機(jī)余熱煙氣量采用均等法或者不均等法，對(duì)系統(tǒng)的發(fā)電量影響不大。希望各位老師，專家能夠給予批評(píng)指正 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 28 參考文獻(xiàn) [1] 肖衍黨，李晨飛 ． 燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化分析 [J]． 燒結(jié)球團(tuán)， 20xx， (3)：11～ 20 [2] 閆為群，欒穎 ． 燒結(jié)余熱回收利用途徑探討 [J]． 河南冶金， 20xx， (3)： 23～24 [3] 陳永國(guó)，郭森魁，王華 .鋼鐵企業(yè)燒結(jié)廠余熱資源的回收利用 [J].能源研究與利用， 20xx， (5)： 43～ 45 [4] 張福濱 .純低溫余熱發(fā)電采用雙壓技術(shù)的應(yīng)用分析 [J]． 水泥， 20xx， (1)： 19～21 [5] 王新建，彭巖 ． 雙壓純低溫余熱發(fā)電技術(shù)在遼源金剛水泥廠的應(yīng)用 [J]． 中國(guó)水泥， 20xx， (