【正文】 3. 分析熱端溫差、節(jié)點溫差及接近點溫差對主蒸汽壓力參數(shù)優(yōu)化設計及系統(tǒng)余熱有效利用率的影響得出，熱端溫差和接近點溫差對系統(tǒng)發(fā)電功率的影響較小 , 而節(jié)點溫差對系統(tǒng)發(fā)電功率的影響較大。 表 18 無低壓省煤器時有無給水預熱器對各參數(shù)的影響 無低壓省煤器時的情況 低壓蒸發(fā)量/(t/h) 裝機容量/(KW) 余熱有效利用率 (%) 排煙溫度 /℃ 干度 無給水預熱器 有給水預熱器 有給水預熱器與無給水預熱器相比較， 余熱有效利用率 提高了 ％。 表 14 無低壓省煤器時有無給水預熱器對各參數(shù)的影響 無低壓省煤器時的情況 低壓蒸發(fā)量/(t/h) 裝機容量/(KW) 余熱有效利用率 (%) 排煙溫度 /℃ 干度 無給水預熱器 有給水預熱器 有給水預熱器與無給水預熱器相比較， 余熱有效利用率提高了 ％ ，同時排煙溫度降低了 ℃ 。 所以，如果不采用煙風循環(huán)的系統(tǒng)我們利用給水預熱器的效果會遠遠優(yōu)于無給水預熱器的效果。 表 10 有給水預熱器時有無低壓省煤器的各項參數(shù)比較 有給水預熱器時的情況 低壓蒸發(fā)量/(t/h) 裝機容量/(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， 余熱有效利用率降低了大約 %。若只為提高年發(fā)電量，不考慮 部分 煙氣循環(huán)，則無低壓省煤器的優(yōu)于有低壓省煤器的情況，同時也說明了，只改變副氣壓力對系統(tǒng)的比較沒有影響 ??9 。 余熱有效利用率提高了 %。但一般低壓蒸汽的溫度選取受限于傳熱端差和窄點溫度，考慮到余熱鍋爐受熱面的經(jīng)濟性，選取過大 會影響系統(tǒng)的經(jīng)濟性 ??7 。窄點溫差分別為 10℃ 、 15℃ 和 20℃ 時，最佳主蒸汽壓力分別為 、 和 。因此，在余熱鍋爐煙氣進口溫度溫度波動和傳熱端差許可的范圍內(nèi)，同時考慮到余熱鍋爐經(jīng)濟性的條件下，應盡量選取較高的 主蒸汽溫度，即熱端溫差盡可能選的小些 ??5 。 低壓過熱段的換熱方程： )()( 143 dzdgdthyy hhDiiG ??? ? ?????????????? (5) 式中： 4yi — 為低壓過熱器出口煙氣比焓， kgkJ ； dD — 為低壓蒸發(fā)器的蒸發(fā)量， ht ； dgh — 為低壓過熱器出口蒸汽比焓， kgkJ ； 1dzh — 為低壓蒸發(fā)器飽和汽比焓， kgkJ 。 燒結冷卻機熱廢氣工藝性波動條件 燒結余熱發(fā)電的特殊性之一就是燒結冷卻機熱廢氣參數(shù)的工藝性波動較嚴重，實測結果顯示 ： 燒結冷卻機廢氣溫度波動幅度超過 20℃的概率達 50%，波動幅度超過 30℃的概率仍高達 28%。對于上述不同因素的余熱發(fā)電系統(tǒng) ， 噸燒結礦余熱發(fā)電量作為各系統(tǒng)的比較標準不夠準確 ， 而且該指標不能體現(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)改進和優(yōu)化的方向。 課題研究方法及研究內(nèi)容 研究內(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 畢業(yè)論文 10 通過對以往國內(nèi)外 燒結余熱發(fā)電技術及系統(tǒng)流程 ， 對不同工況下燒結余熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量進行理論計算和比較 ， 同時考慮生產(chǎn)設備及運行限制因素 ， 對燒結余熱煙氣參數(shù)進行了優(yōu)化選取 并繪圖分析 。 發(fā)展趨勢 鋼鐵企業(yè)燒結 余 熱發(fā)電成為目前業(yè)界普遍認可的 的節(jié)能減排的渠道之一 。燒結礦欠燒時，冷卻過程中產(chǎn)生的廢氣溫度高 ， 過燒時，冷卻過程產(chǎn)生的廢氣溫度低。 濟鋼第二燒結廠 320m2燒結機余熱發(fā)電工程于 20xx年 5月開工， 20xx年 3月 27日完成 168小時試運行，系統(tǒng)運轉逐漸趨于穩(wěn)定 。 以前國內(nèi)只有部分較大型的燒結廠設置了余熱回收系統(tǒng)，且都沒有將回收的蒸汽用于發(fā)電。 利用燒結帶冷機余熱發(fā)電，是一種節(jié)能方式轉變的大膽嘗試。熱管余熱蒸汽發(fā)生系統(tǒng)用于燒結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用前景 ??2 。 國內(nèi)包鋼、萊鋼等在燒結廠應用了熱風燒結技術，即將預先加熱的空氣抽入料層進行燒結。目前，日本燒結廠 的余熱回收技術從用途來看，可分為用于預熱混和料 ， 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。對于燒結余熱發(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。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。 燒結余熱發(fā)電的 研究意義 對于燒結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)的有機介質循環(huán)發(fā)電系統(tǒng) (ORCS) 或油 氟利昂循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。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。由于發(fā)電系統(tǒng)結構形式及熱力參數(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)關系復雜，到目前為止，設計人員對燒結余熱發(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)方案進行設定、設定余熱鍋爐結構，然后以燒結余熱發(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 的確定等關鍵問題進行討論，為燒結余熱發(fā)電系統(tǒng)熱力參數(shù)的優(yōu)化提供了參考。 學 號： 20xx06030123 HEBEI UNITED UNIVERSITY 畢業(yè)論文 GRADUATE THESIS 論文題目：燒結余熱發(fā)電系統(tǒng)雙壓循環(huán)熱力參數(shù)優(yōu)化 學生姓名：王喜超 專業(yè)班級： 08 熱 1 班 學 院： 冶金與能源學院 指導教師： 王子兵 副教授 20xx 年 5 月 30 日 河北 聯(lián)合大學 畢業(yè)論文 摘要 I 摘 要 目前 ,燒結余熱發(fā)電技術已有應用 ,但現(xiàn)有的技術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)選取不盡合理等問題 , 造成發(fā)電機組的運行負荷與額定負荷相差較大。 河北 聯(lián)合大學 畢業(yè)論文 2 1 文獻綜述 燒結余熱發(fā)電的 研究 背景 及 意義 燒結余熱發(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，燒結工序中有 50%左右的熱能被燒結煙氣和冷卻機 的 廢氣帶走。河北 聯(lián)合大學 畢業(yè)論文 3 由于 F85工質的沸點比水低，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余熱發(fā)電領域的應用成為可能。 燒結余熱回收是節(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。熱力學第二定律講的是能量在轉換過程中質的差別，具體表現(xiàn)為能量轉換的方向性以及一種能量轉換成另外一種能量的能力。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燒結礦，壓力為 ～ ，溫度為 273℃ ， 燒結機廢氣余熱回收是新日鐵河北 聯(lián)合大學 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℃。熱風燒結有以下好處： 1. 于熱風帶入部分物理熱，可大幅度節(jié)約固體燃料； 2. 燒結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，燒結氣氛得到改善； 河北 聯(lián)合大學 畢業(yè)論文 6 4. 由于抽入熱風，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，各種礦物結晶較完全，減少急冷而引起的內(nèi)應力； 5. 熱風燒結改善了上層燒結礦質量，有利于提高燒結礦的成品率。 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。馬鋼燒結帶冷余熱發(fā)電系統(tǒng)是中國第一套利用燒結冷卻機余熱發(fā)電的系統(tǒng)，旨在回收馬鋼 2臺河北 聯(lián)合大學 畢業(yè)論文 7 300m3燒結機帶冷煙氣余熱進行蒸汽動力發(fā)電，將煙氣余熱轉變?yōu)殡娔埽畲笙薅鹊陌l(fā)揮余熱利用效果。后來太鋼、興澄特鋼建了飽和蒸汽發(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。 該 燒結機余熱發(fā)電 工程在煙風系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)中采用了熱風循環(huán)技術和 汽輪機 雙壓補汽技術 ， 用一臺 Q390/()— ()/375() 型號的 雙 壓 余 熱 鍋 爐 和 一 臺— ()+QFW102A補汽凝汽式汽輪發(fā)電機組，設計發(fā)電能力 8200千瓦 ，日發(fā)電量可達 15? 104 千瓦以濟鋼第二燒結廠 320m2為例 ， 余熱回收段廢氣溫度最高能達到 520℃，最低時只有 280℃?！?“ 十二五 ” 節(jié)能減排綜合性工作方案》指出到 20xx 年，國內(nèi)工業(yè)鍋爐、窯爐平均運行效率比 20xx 年分別提高 5 個和 2 個百分點，電機系統(tǒng)運行效率提高 2～ 3個百分點，新增余熱余壓發(fā)電能力 20xx 萬千瓦。 2. 余熱雙壓發(fā)電系統(tǒng)蒸汽參數(shù)選取 深入了解 燒結余熱發(fā)電系統(tǒng) 系統(tǒng)， 通過建立燒結余熱發(fā)電雙壓系統(tǒng)的熱力模型 建立， 計算分析了主蒸汽溫度、主蒸汽壓力、低壓蒸汽溫度和壓力等關鍵參數(shù)的 優(yōu)化 選取并繪圖分析 。 本文以質量平衡與能量平衡方程為基礎 ， 建立了相應的燒結余熱發(fā)電雙壓系統(tǒng)熱力計算模型 ， 并提出以余熱有效利用率 (即單位進口煙氣熱量發(fā)電功率 ) 來評價余熱發(fā)電系統(tǒng)的效率。因此，燒結冷卻機熱廢氣工藝性波動的波幅及概率應作為熱力參數(shù)優(yōu)化過程中約束發(fā)電系統(tǒng)動態(tài)適應性的邊界條件 。 河北 聯(lián)合大學 畢業(yè)論文 15 中壓省煤器的換熱方程： )()1()( 254 zszszthyy hhDiiG ???? ?? ?????????????? (6) 式中： 5yi — 為低壓過熱器出口煙氣比焓， kgkJ ； zsh — 為中壓省煤器出口給水比焓， kgkJ ； 2zsh — 為低壓蒸發(fā)器飽和水比焓， kgkJ 。 主蒸汽壓力的優(yōu)化 主蒸汽壓力的優(yōu)化 ： 在給定的假設條件下，并非主蒸汽壓力越高，整個系統(tǒng)余熱有效利用率就高，同樣存在主蒸汽優(yōu)化問題。 排汽干度的優(yōu)化 排汽干度對汽輪機的安全性、汽輪機造價、汽輪機相對內(nèi)效率均有顯著影響，由于燒結余熱發(fā)電系統(tǒng)波動性較大，所以為了防止系統(tǒng)在低負荷時乏汽干度過低，同樣存在主蒸汽優(yōu)化問題 ??6 。 河北 聯(lián)合大學 畢業(yè)論文 19 3 燒結余熱雙壓系統(tǒng)幾種結構的優(yōu)化 雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無低壓過熱器的比較 對于有無低壓過熱器對各參數(shù)進行了比較，結果如下： 表 2 有無低壓過熱器的參數(shù)比較 名稱 有低壓過熱器 無低壓過熱器 比較 主蒸發(fā)量 0 副氣蒸發(fā)量 排煙溫度 干度 鍋爐回收率 基本朗肯循環(huán)效率 發(fā)電效率 裝機容量 年發(fā)電量 主氣質量流量 0 主氣水泵揚程 0 主氣水泵有效功率 (kW) 0 主氣水泵實際功率 (kW) 0 副氣質量流量 副氣水泵揚程 (kg/s) 0 副氣水泵有效功率 (kW) 副氣水泵實際功率 (kW) 水泵總實際功率 (kW) 凈裝機容量 (kW) 余熱有效利用率 (%) 由表 2 可以看出，無過熱器時主汽蒸發(fā)量不變，低壓蒸發(fā)量增加。 表 4 有給水預熱器時有無低壓省煤器的各項參數(shù)比較 有給水預熱器時的情況 低壓蒸發(fā)量/(t/h) 裝機容量/(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 %。 3. 熱端溫差 30℃，窄點溫差 20℃，接近點溫差 20℃，汽輪機內(nèi)效率 表 7 無給水預熱器時有無低壓省煤器的各項參數(shù)比較 無 給水預熱器時的情況 低壓蒸發(fā)量/(t/h) 裝機容量/(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：低壓蒸發(fā)量降低了 ，降低了 %