【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平 。 環(huán)冷機(jī)一段 (中溫 )廢氣用于余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽，每小時(shí)產(chǎn) 蒸 汽 7～ 10t， 環(huán)冷機(jī)二段 (低溫 )廢氣分別用于循環(huán)燒結(jié)和代替天然氣解凍原料，前者可降低固體燃料消耗 10%～ 15%，后者每年節(jié)省 600萬(wàn) m3天然氣。 1999年 鞍山熱能院在鞍鋼燒結(jié)廠三燒車(chē)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(guò)熱蒸汽溫度為160～ 250℃，過(guò)熱蒸汽壓力為 ～ 。 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。馬鋼燒結(jié)帶冷余熱發(fā)電系統(tǒng)是中國(guó)第一套利用燒結(jié)冷卻機(jī)余熱發(fā)電的系統(tǒng)，旨在回收馬鋼 2臺(tái)河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 7 300m3燒結(jié)機(jī)帶冷煙氣余熱進(jìn)行蒸汽動(dòng)力發(fā)電，將煙氣余熱轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽畲笙薅鹊陌l(fā)揮余熱利用效果。燒結(jié)帶冷機(jī)煙罩出口的 360℃ ～ 395℃煙氣從余熱鍋爐頂部進(jìn)入鍋爐 (過(guò)熱器、蒸發(fā)器和省煤器 )進(jìn)行熱交換，煙氣溫度降至 160℃后可直接排放，也可再由循環(huán)風(fēng)機(jī)將部分煙氣 (最大約 60%)經(jīng)煙道返回帶冷機(jī)循環(huán)冷卻燒結(jié)礦使用。每臺(tái)余熱鍋爐配一臺(tái)引風(fēng)機(jī)。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。 近幾年隨著純低溫余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展和在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用，作為其主要設(shè)備的純低溫余熱鍋爐受到哈鍋、杭鍋等主要鍋爐廠家的高度重視。目前各廠家開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的余熱鍋爐主要用于日產(chǎn) 1200t/d、 2500t/d、 5000t/d水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)，從國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的幾套 2500t/d、 5000t/d窯配套余熱鍋 。 爐的運(yùn)行的實(shí)踐看，尚存在一些問(wèn)題需要不斷改進(jìn)和完善。 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。后來(lái)太鋼、興澄特鋼建了飽和蒸汽發(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。 20xx年 9月 1日，馬鋼第二煉鐵總廠在兩臺(tái) 300m2燒結(jié)機(jī)上開(kāi)工建設(shè)了國(guó)內(nèi)第一套余熱發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)于 20xx年 9月 6日并網(wǎng)發(fā)電。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。 20xx年全年累計(jì)發(fā)電 千瓦時(shí) ，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益 2367萬(wàn)元 。 節(jié)約標(biāo)煤 t/a，意味著每年減少排放 CO2約 8萬(wàn) 噸 ， SO2約 300噸 ， 具有很好的社會(huì)效益和環(huán)境效益。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。 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 。 該 燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電 工程在煙風(fēng)系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)中采用了熱風(fēng)循環(huán)技術(shù)和 汽輪機(jī) 雙壓補(bǔ)汽技術(shù) ， 用一臺(tái) Q390/()— ()/375() 型號(hào)的 雙 壓 余 熱 鍋 爐 和 一 臺(tái)— ()+QFW102A補(bǔ)汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，設(shè)計(jì)發(fā)電能力 8200千瓦 ，日發(fā)電量可達(dá) 15? 104 千瓦時(shí) ，能負(fù)擔(dān)燒結(jié)廠 35%～ 40%的用電量。 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。 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。高溫部分溫度在 300～ 450℃之間 ，我們的測(cè)量結(jié)果，這部分廢氣占整個(gè)廢氣量的 30 %～ 40 %， 低于 300℃的廢氣量占所有冷卻廢氣量的 60 %以上。整體來(lái)講燒結(jié)余熱屬于中低品質(zhì)熱源 ， 且低品質(zhì)所占比例較大。 1 2 3 4 550100150200250300350400450500廢氣溫度煙囪號(hào) 圖 2 燒結(jié)礦冷卻過(guò)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(guò)程中產(chǎn)生的廢氣溫度也不同。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。以濟(jì)鋼第二燒結(jié)廠 320m2為例 ， 余熱回收段廢氣溫度最高能達(dá)到 520℃，最低時(shí)只有 280℃。如此大范圍的溫度波動(dòng)給利用燒結(jié)余熱發(fā)電帶來(lái)了很大的困難， 繼而煙氣溫度變化頻繁，致使汽輪發(fā)電機(jī)組頻繁啟動(dòng)， 這是燒結(jié)余熱發(fā)電設(shè)計(jì)過(guò)程中要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。 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。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。若燒結(jié)礦物流中斷，整個(gè)余熱回收系統(tǒng)的熱源也就中斷了。在燒結(jié)生產(chǎn)中由于設(shè)備運(yùn)行的不穩(wěn)定性，短時(shí)間的停機(jī)很難避免，燒結(jié)礦物流的中斷是經(jīng)常出現(xiàn)的情況，所以燒結(jié)余熱熱源的連續(xù)性難以保證。 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(guò)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 。 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 ?！?“ 十二五 ” 節(jié)能減排綜合性工作方案》指出到 20xx 年，國(guó)內(nèi)工業(yè)鍋爐、窯爐平均運(yùn)行效率比 20xx 年分別提高 5 個(gè)和 2 個(gè)百分點(diǎn)，電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率提高 2～ 3個(gè)百分點(diǎn)，新增余熱余壓發(fā)電能力 20xx 萬(wàn)千瓦。而鋼鐵工業(yè)是我國(guó)重點(diǎn)的耗能大戶(hù)，總能耗約占全國(guó)總能耗量的 15%左右，鋼鐵生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)，工序多，且主要以高溫冶煉、加工為主，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量余熱能源，主要來(lái)自燒結(jié)機(jī)煙氣顯熱、紅焦顯熱、轉(zhuǎn)爐煙氣及加熱爐爐底的余熱回收裝置等，各種余熱資源約占全部生產(chǎn)能耗的 68%。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(lái)發(fā)展期 ??3 。 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 )。企業(yè)能源中心的建立有利于全廠余熱資源的統(tǒng)一調(diào)配，并且已將燒結(jié)余熱回收產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽或飽和蒸汽供給自備電廠或附近的高爐煤氣電站用于發(fā)電，將系統(tǒng)產(chǎn)生的低壓飽和蒸汽供給廠區(qū)低壓蒸汽管網(wǎng)，參與全廠蒸汽平衡將成為目前和以后燒結(jié)余熱發(fā)電的指導(dǎo)思想之一。在全國(guó)能源資源日益緊張的嚴(yán)峻形勢(shì)下，根據(jù)國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策加強(qiáng)高耗能產(chǎn)業(yè)的節(jié)能工作，淘汰落 后產(chǎn)能，實(shí)行企業(yè)節(jié)能技術(shù)改造項(xiàng)目“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”新機(jī)制，將促進(jìn)更多的鋼鐵企業(yè)淘汰效率低下的產(chǎn)蒸汽設(shè)備，新上高效的換熱設(shè)備，在滿足工藝用熱的前提下建設(shè)余熱發(fā)電系統(tǒng)。 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。 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 。 2. 余熱雙壓發(fā)電系統(tǒng)蒸汽參數(shù)選取 深入了解 燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng) 系統(tǒng)， 通過(guò)建立燒結(jié)余熱發(fā)電雙壓系統(tǒng)的熱力模型 建立， 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等關(guān)鍵參數(shù)的 優(yōu)化 選取并繪圖分析 。 3. 余熱雙壓發(fā)電系統(tǒng)幾種結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 通過(guò)鍋爐熱平衡計(jì)算，兼顧安全性， 分別比較雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無(wú)低壓過(guò)熱器、雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無(wú)低壓省煤器、雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無(wú)給水預(yù)熱器的余熱鍋爐有效利用率的 比較 ，確定適合 燒結(jié)余熱發(fā)電雙壓循環(huán)系統(tǒng)最佳 結(jié)構(gòu)組合和配比 。 研究方法 課題研究主要是開(kāi)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(guò)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(lái)評(píng)價(jià)余熱發(fā)電系統(tǒng)的效率 。 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 。同時(shí)，通過(guò)大量科技文獻(xiàn)的閱讀和對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的深入思考， 使學(xué)生掌握燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)雙壓循環(huán)熱力參數(shù)優(yōu)化的過(guò)程，夯實(shí)學(xué)生的理論基礎(chǔ)， 提高分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力； 通過(guò)對(duì)文章的整理和圖標(biāo)的制作，豐富了軟件的知識(shí)； 通過(guò)對(duì)英文文獻(xiàn)的翻譯，提高專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)水平，為 學(xué)生參加工作 打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 11 2 燒結(jié)余熱雙壓發(fā)電系統(tǒng)熱力參數(shù)優(yōu)化模型 熱力參數(shù)優(yōu)化 的目標(biāo)函數(shù) 噸礦燒結(jié)余熱發(fā)電量是目前衡量燒結(jié)余熱發(fā)電水平技術(shù)指標(biāo)常用的一個(gè)指標(biāo) 。 該指標(biāo)綜合體現(xiàn)了燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程和余熱發(fā)電系統(tǒng)的性能，但沒(méi)有考慮燒結(jié)礦的形成熱、臺(tái)車(chē)上燒結(jié)礦層厚度、燒結(jié)礦冷卻過(guò)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。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。 本文以質(zhì)量平衡與能量平衡方程為基礎(chǔ) ， 建立了相應(yīng)的燒結(jié)余熱發(fā)電雙壓系統(tǒng)熱力計(jì)算模型 ， 并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(lái)評(píng)價(jià)余熱發(fā)電系統(tǒng)的效率。余熱有效利用率定義為余熱發(fā)電量與冷卻機(jī)余熱鍋爐進(jìn)口煙氣總熱量的比值 ， 計(jì)算過(guò)程如下 ： 單位進(jìn)口煙氣熱量： bininginbininin VhVVQq , ??? ???????????? (1) 式中： inQ — 為余熱鍋爐進(jìn)口煙氣總熱量， hkJ ； binV, — 為余熱鍋爐進(jìn)口煙氣總熱量， hNm3 ； ? — 為進(jìn)口煙氣密度， 3mkg ； ginV, — 為進(jìn)口工況煙氣量， hNm3 ； inh — 為進(jìn)口煙氣焓值， kgkJ 。 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。 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。 余熱鍋爐入口熱廢氣溫度 在傳統(tǒng)的低溫余熱發(fā)電熱力參數(shù)優(yōu)化過(guò)程中，余熱鍋爐入口熱廢氣溫度均按定值處理，由于燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)采用了廢氣循環(huán)的方案，余熱鍋爐入口的熱廢氣溫度與余熱鍋爐結(jié)構(gòu)自身及熱力參數(shù)配置本身產(chǎn)生了復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系，其關(guān)聯(lián)方式為 ， 當(dāng)余熱鍋爐自身結(jié)構(gòu)及熱力參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，余熱鍋爐排煙溫度隨之變化，即循環(huán)廢氣的溫度隨之發(fā)生變化，最終導(dǎo)致冷卻機(jī)出口熱廢氣溫度的變化，即余熱鍋爐入口熱廢氣溫度變化。余熱鍋爐排煙溫度與余熱鍋爐入口熱廢氣溫度之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系是非線性的，需要通過(guò)燒結(jié)冷卻機(jī)氣固換熱過(guò)程進(jìn)行描述。因此，在燒結(jié)余熱發(fā)電熱力參數(shù)優(yōu)化過(guò)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。 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%。因此，燒結(jié)冷卻機(jī)熱廢氣工藝性波動(dòng)的波幅及概率應(yīng)作為熱力參數(shù)優(yōu)化過(guò)程中約束發(fā)電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)適應(yīng)性的邊界條件 。 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 13 主蒸汽溫度的波動(dòng)幅度及副汽壓力的波動(dòng)幅度 在發(fā)電系統(tǒng)中，蒸汽輪機(jī)要求主蒸汽溫度波動(dòng)幅度一般小于 20℃，補(bǔ)汽壓差要求的副汽壓力的波動(dòng)幅度不超過(guò) ，通過(guò)上述限制條件，可以分別反推出不同熱力參數(shù)配置方案下，引起發(fā)電系統(tǒng)非正常停機(jī)及引起補(bǔ)汽系統(tǒng)失效的入爐廢氣參數(shù)的最大允許波動(dòng)限值，并用其