【正文】 熱鍋爐 4 蒸汽輪機(jī) 5 發(fā)電機(jī) 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(jī) 14 補(bǔ)水泵 燒結(jié)余熱發(fā)電的 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó) 外 研究現(xiàn)狀 國(guó)外對(duì)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(duì)燒結(jié)余熱利用技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)取得了很好的成績(jī)。熱力學(xué)第二定律講的是能量在轉(zhuǎn)換過(guò)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。 燒結(jié)余熱回收發(fā)電是鋼鐵企業(yè)開(kāi)展節(jié)能減排、降耗增效的有效措施 ， 同時(shí)也是鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的必由之路。 燒結(jié)余熱回收是節(jié)約能源 ， 加強(qiáng)二次能源的回收利用的重要 手段 并且也是最有效措施。在一般鋼鐵企業(yè)燒結(jié)廠 、 燒結(jié)機(jī)主煙道煙氣余熱占燒結(jié)工序能耗的 l3％～ 23％ 左右，冷卻機(jī) (環(huán)冷機(jī)、帶冷機(jī) )廢氣余熱占燒結(jié)工序能耗的 19％ ～ 35％ ，兩者之和高達(dá) 50％。河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 3 由于 F85工質(zhì)的沸點(diǎn)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(jī)高出 10％～ 15％， ORCS機(jī)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。余熱利用有兩種方式：一是動(dòng)力利用，即將熱能轉(zhuǎn)化為電或機(jī)械能；二是熱利用，即利用余熱來(lái)預(yù)熱、干燥、供熱、供暖等。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)煉鐵系統(tǒng)能耗占鋼鐵工業(yè)總能耗高達(dá) %，其中燒結(jié)工序能耗差不多占整個(gè)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(jī) 的 廢氣帶走。人們?cè)诓粩嘧非蟾行У墓?jié)能技術(shù)的同時(shí)，也在不斷的改進(jìn)余熱鍋爐以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，投入到新的領(lǐng)域中去。 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 2 1 文獻(xiàn)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(guó)是目前世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快的國(guó)家之一，能源是我國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要物資基礎(chǔ)之一。通過(guò)建立燒結(jié)余熱發(fā)電雙壓系統(tǒng)的熱力模型 , 計(jì)算分析了主蒸汽溫度、 主蒸汽壓力 、低壓蒸汽溫度和壓力及其選取對(duì)系統(tǒng)余熱有效利用率的影響和變化規(guī)律 , 為燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與運(yùn)行提供了較科學(xué)的依據(jù)。 學(xué) 號(hào)： 20xx06030123 HEBEI UNITED UNIVERSITY 畢業(yè)論文 GRADUATE THESIS 論文題目：燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)雙壓循環(huán)熱力參數(shù)優(yōu)化 學(xué)生姓名：王喜超 專業(yè)班級(jí)： 08 熱 1 班 學(xué) 院： 冶金與能源學(xué)院 指導(dǎo)教師： 王子兵 副教授 20xx 年 5 月 30 日 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 摘要 I 摘 要 目前 ,燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)已有應(yīng)用 ,但現(xiàn)有的技術(shù)還存在余熱煙氣參數(shù)選取 ,熱力系統(tǒng)受熱面配置方案及主蒸汽參數(shù)選取不盡合理等問(wèn)題 , 造成發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷與額定負(fù)荷相差較大。通過(guò)對(duì)不同工況下燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量進(jìn)行理論計(jì)算和比較 , 同時(shí)考慮生產(chǎn)設(shè)備及運(yùn)行限制因素 , 對(duì)燒結(jié)余熱煙氣參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化選取。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(guò)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(jì)人員對(duì)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(rèn)識(shí)，文章首先對(duì)熱力循環(huán)方案進(jìn)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(guò)程為例，對(duì)發(fā)電系統(tǒng)熱力參數(shù)優(yōu)化模 型、主 蒸 汽及副 蒸 汽實(shí)際做功過(guò)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(wèn)題進(jìn)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。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。同時(shí)，鋼鐵產(chǎn)業(yè)作為一個(gè)高耗能、高污染的產(chǎn)業(yè)，也是節(jié)能減排的重點(diǎn)對(duì)象之一。 燒結(jié)煙氣和冷卻機(jī)熱廢氣屬于中、低溫?zé)嵩?，?duì)其進(jìn)行回收利用，提高熱回收率和經(jīng)濟(jì)性是十分重要的。 燒結(jié)余熱發(fā)電的 研究意義 對(duì)于燒結(jié)余熱利用這種品位相對(duì)較低的余熱資源，系統(tǒng)可采用一種叫F85(Fluorino185)的有機(jī)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)。由于各廠配料不同，采用的工藝不同，燒結(jié)機(jī)建設(shè)水平不同，煙氣和廢氣的具體參數(shù)的差別較大。后來(lái)太鋼、興澄特鋼、馬鋼等建了飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組 ， 但由于飽和蒸汽發(fā)電汽耗很高，裝機(jī)容量均不大。為發(fā)展清潔型、節(jié)能型、效益型企業(yè)提供保證條件。對(duì)于燒結(jié)余熱發(fā)電來(lái)講，就是只有通過(guò)獲得更多的熱量才可能獲得更多的余熱發(fā)電量。 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(shí)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(shí)現(xiàn)余熱資源的最大化利用。目前，日本燒結(jié)廠 的余熱回收技術(shù)從用途來(lái)看，可分為用于預(yù)熱混和料 ， 用于點(diǎn)火保溫 ，用于產(chǎn)生蒸汽以及用于壓差發(fā)電等幾種。 德國(guó)蒂森鋼鐵公司施韋爾根廠利用冷卻機(jī)廢氣余熱預(yù)熱燒結(jié)點(diǎn)火助燃空氣。 國(guó)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(jìn)行燒結(jié)。它的主要特點(diǎn)是利用氣化相變傳熱，傳熱效率高，性能可靠，投資回收期短。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(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，節(jié)能效果顯著，經(jīng)濟(jì)效益良好，具有重要的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景 ??2 。該裝置每小時(shí)能生產(chǎn)過(guò)熱蒸汽 ～ ， 即每噸燒結(jié)礦能產(chǎn) 蒸 汽 ～。 利用燒結(jié)帶冷機(jī)余熱發(fā)電，是一種節(jié)能方式轉(zhuǎn)變的大膽嘗試。余熱鍋爐產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā) 電。 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(méi)有將回收的蒸汽用于發(fā)電。 20xx年全年累計(jì)發(fā)電 千瓦 濟(jì)鋼第二燒結(jié)廠 320m2燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電工程于 20xx年 5月開(kāi)工， 20xx年 3月 27日完成 168小時(shí)試運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)逐漸趨于穩(wěn)定 。 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 8 存在問(wèn)題 燒結(jié) 余熱發(fā)電技術(shù)至今還為完全成熟，主要由以下三個(gè)主要問(wèn)題： 1. 品質(zhì)整體較低，低溫部分所占比例大 隨著燒結(jié)礦冷卻過(guò)程的進(jìn)行，帶冷機(jī)煙囪排出的廢氣溫度逐漸降低，煙氣溫度從 450℃逐漸降低到 150℃以下，如圖 2所示。燒結(jié)礦欠燒時(shí)，冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣溫度高 ， 過(guò)燒時(shí)，冷卻過(guò)程產(chǎn)生的廢氣溫度低。燒結(jié)余熱主要來(lái)自熱燒結(jié)礦所攜帶的物理顯熱，只有當(dāng)煙氣回收段連續(xù)不斷的有燒結(jié)礦通過(guò)時(shí)，燒結(jié)余熱河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 9 才能成為一種連續(xù)的熱源。 發(fā)展趨勢(shì) 鋼鐵企業(yè)燒結(jié) 余 熱發(fā)電成為目前業(yè)界普遍認(rèn)可的 的節(jié)能減排的渠道之一 。 目前，很大部分鋼鐵公司已經(jīng)建立鋼鐵企業(yè)的獨(dú)立的能源管理中心 (如武鋼、 攀鋼、鞍鋼等 )。 課題研究方法及研究?jī)?nèi)容 研究?jī)?nèi)容 1. 熱雙壓發(fā)電系統(tǒng) 煙氣參數(shù)優(yōu)化 選取 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 10 通過(guò)對(duì)以往國(guó)內(nèi)外 燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)流程 ， 對(duì)不同工況下燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量進(jìn)行理論計(jì)算和比較 ， 同時(shí)考慮生產(chǎn)設(shè)備及運(yùn)行限制因素 ， 對(duì)燒結(jié)余熱煙氣參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化選取 并繪圖分析 。 課題預(yù)期目標(biāo) 通過(guò)課題的研究， 得出燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)雙壓循環(huán)熱力參數(shù)優(yōu)化方案 。對(duì)于上述不同因素的余熱發(fā)電系統(tǒng) ， 噸燒結(jié)礦余熱發(fā)電量作為各系統(tǒng)的比較標(biāo)準(zhǔn)不夠準(zhǔn)確 ， 而且該指標(biāo)不能體現(xiàn)不同生產(chǎn)線配套的余熱發(fā)電系統(tǒng)各部分的性能差異 ， 從而確定系統(tǒng)改進(jìn)和優(yōu)化的方向。 燒結(jié)余熱發(fā)電熱力參數(shù)優(yōu)化模型邊界條件的特殊性 正確設(shè)置燒結(jié)余熱發(fā)電熱力參數(shù)動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型的邊界條件是確保模型科學(xué)性的基礎(chǔ)，燒結(jié)余熱發(fā)電熱力參數(shù)優(yōu)化模型的邊界條件具有很大的特殊性，下面從四個(gè)方面進(jìn)行討論。 燒結(jié)冷卻機(jī)熱廢氣工藝性波動(dòng)條件 燒結(jié)余熱發(fā)電的特殊性之一就是燒結(jié)冷卻機(jī)熱廢氣參數(shù)的工藝性波動(dòng)較嚴(yán)重，實(shí)測(cè)結(jié)果顯示 ： 燒結(jié)冷卻機(jī)廢氣溫度波動(dòng)幅度超過(guò) 20℃的概率達(dá) 50%，波動(dòng)幅度超過(guò) 30℃的概率仍高達(dá) 28%。 燒結(jié)礦冷卻終溫 燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)入爐廢氣溫度與廢氣循環(huán)方式有關(guān)，廢氣循環(huán)方案一般按下述原則確定：在保證基本冷卻效果的前提下，廢氣循環(huán)流量及溫度越大越好。 低壓過(guò)熱段的換熱方程： )()( 143 dzdgdthyy hhDiiG ??? ? ?????????????? (5) 式中： 4yi — 為低壓過(guò)熱器出口煙氣比焓， kgkJ ； dD — 為低壓蒸發(fā)器的蒸發(fā)量， ht ； dgh — 為低壓過(guò)熱器出口蒸汽比焓， kgkJ ； 1dzh — 為低壓蒸發(fā)器飽和汽比焓， kgkJ 。 蒸汽參數(shù)優(yōu)化過(guò)程 以優(yōu)化選取的燒結(jié)余熱煙氣參數(shù)作為給定條件 , 根據(jù)建立的雙壓熱力系統(tǒng)計(jì)算模型 , 對(duì)余熱發(fā)電系統(tǒng)的蒸汽參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析 。因此，在余熱鍋爐煙氣進(jìn)口溫度溫度波動(dòng)和傳熱端差許可的范圍內(nèi)，同時(shí)考慮到余熱鍋爐經(jīng)濟(jì)性的條件下，應(yīng)盡量選取較高的 主蒸汽溫度，即熱端溫差盡可能選的小些 ??5 。進(jìn)口 煙氣 溫度不同，最佳主蒸汽壓力也不同，圖 4 中三個(gè)工況下，進(jìn)口煙溫由高到低，汽最佳主蒸汽壓力分別為 、 和 ，最佳主蒸汽壓力也降低。窄點(diǎn)溫差分別為 10℃ 、 15℃ 和 20℃ 時(shí)，最佳主蒸汽壓力分別為 、 和 。 綜合以上因素，當(dāng)燒結(jié)余熱發(fā)電系 統(tǒng)的進(jìn)口煙氣溫度較高時(shí)，為使系統(tǒng)的余熱有效利用率達(dá)到最大 ， 適當(dāng)提高主蒸汽壓力 。但一般低壓蒸汽的溫度選取受限于傳熱端差和窄點(diǎn)溫度，考慮到余熱鍋爐受熱面的經(jīng)濟(jì)性，選取過(guò)大 會(huì)影響系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性 ??7 。 說(shuō)明：此時(shí)鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)布置為 ： 1. 中壓過(guò)熱器、中壓蒸發(fā)器、中壓省煤器、低壓過(guò)熱器、低壓蒸發(fā)器。 余熱有效利用率提高了 %。 若只為提高 余熱有效利用率 ，不考慮 部門(mén) 煙氣循環(huán)，則無(wú)低壓省煤器的優(yōu)于有低壓省煤器的情況 ??8 。若只為提高年發(fā)電量，不考慮 部分 煙氣循環(huán)，則無(wú)低壓省煤器的優(yōu)于有低壓省煤器的情況，同時(shí)也說(shuō)明了，只改變副氣壓力對(duì)系統(tǒng)的比較沒(méi)有影響 ??9 。余熱有效利用率降低了 %。 表 10 有給水預(yù)熱器時(shí)有無(wú)低壓省煤器的各項(xiàng)參數(shù)比較 有給水預(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(wú)省煤器 無(wú)省煤器的比有省煤器的：低壓蒸汽量少輸出 t/h， 余熱有效利用率降低了大約 %。它的位置在除氧器之前，就是將 20℃ 左右的給水進(jìn)行加熱，提高至 40℃ 左右進(jìn)入除氧器，這樣可以降低除氧器從蒸汽中熱源的獲取 ， 所以河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 24 給水預(yù)熱器作用： 1. 可以降低排煙溫度，提高余熱回收率。 所以，如果不采用煙風(fēng)循環(huán)的系統(tǒng)我們利用給水預(yù)熱器的效果會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于無(wú)給水預(yù)熱器的效果。 表 12 無(wú)低壓省煤器時(shí)有無(wú)給水預(yù)熱器對(duì)各參數(shù)的影響 無(wú)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(wú)給水預(yù)熱器 有給水預(yù)熱器 有給水預(yù)熱器與無(wú)給水預(yù)熱器相比較， 余熱有效利用率 提高了 ％。 表 14 無(wú)低壓省煤器時(shí)有無(wú)給水預(yù)熱器對(duì)各參數(shù)的影響 無(wú)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(wú)給水預(yù)熱器 有給水預(yù)熱器 有給水預(yù)熱器與無(wú)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 ℃ 。 表 16 無(wú)低壓省煤器時(shí)有無(wú)給水預(yù)熱器對(duì)各參數(shù)的影響 無(wú)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(wú)給水預(yù)熱器 有給水預(yù)熱器 有給水預(yù)熱器與無(wú)給水預(yù)熱器相比較， 余熱有效利用率 提高了 ％。 表 18 無(wú)低壓省煤器時(shí)有無(wú)給水預(yù)熱器對(duì)各參數(shù)的影響 無(wú)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(wú)給水預(yù)熱器 有給水預(yù)熱器 有給水預(yù)熱器與無(wú)給水預(yù)熱器相比較， 余熱有效利用率 提高了 ％。 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 27 結(jié) 論 1. 根 據(jù)燒結(jié)余熱資源特性，設(shè)計(jì)燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的難點(diǎn)在于如何在大范圍的溫度波動(dòng)下合理高效地利用廢氣余熱。 3. 分析熱端溫差、節(jié)點(diǎn)溫差及接近點(diǎn)溫差對(duì)主蒸汽壓力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)及系統(tǒng)余熱有效利用率的影響得出，熱端溫差和接近點(diǎn)溫差對(duì)系統(tǒng)發(fā)電功率的影響較小 , 而節(jié)點(diǎn)溫差對(duì)系統(tǒng)發(fā)電功率的