【文章內(nèi)容簡介】 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 m3天然氣。 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號和 4號燒結(jié)帶冷機(jī)設(shè)計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 ～ 。 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)行蒸汽動力發(fā)電，將煙氣余熱轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，最大限度的發(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。每臺余熱鍋爐配一臺引風(fēng)機(jī)。余熱鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽推動汽輪發(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。目前各廠家開發(fā)設(shè)計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)行的實踐看，尚存在一些問題需要不斷改進(jìn)和完善。 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 300m2燒結(jié)機(jī)上開工建設(shè)了國內(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 沖動 混壓 凝汽式。 20xx年全年累計發(fā)電 千瓦時 ，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益 2367萬元 。 節(jié)約標(biāo)煤 t/a，意味著每年減少排放 CO2約 8萬 噸 ， SO2約 300噸 ， 具有很好的社會效益和環(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月開工， 20xx年 3月 27日完成 168小時試運(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 Q390/()— ()/375() 型號的 雙 壓 余 熱 鍋 爐 和 一 臺— ()+QFW102A補(bǔ)汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，設(shè)計發(fā)電能力 8200千瓦 ，日發(fā)電量可達(dá) 15? 104 千瓦時 ，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，國內(nèi)還有多個燒結(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，主要由以下三個主要問題： 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 ，我們的測量結(jié)果，這部分廢氣占整個廢氣量的 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 圖 2 燒結(jié)礦冷卻過程中廢氣溫度分布 2. 煙溫波動幅度 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。燒結(jié)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。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℃，最低時只有 280℃。如此大范圍的溫度波動給利用燒結(jié)余熱發(fā)電帶來了很大的困難， 繼而煙氣溫度變化頻繁，致使汽輪發(fā)電機(jī)組頻繁啟動， 這是燒結(jié)余熱發(fā)電設(shè)計過程中要重點解決的問題。 3. 熱熱源的連續(xù)性難以保證 熱源的連續(xù)性是對余熱進(jìn)行有效回收的必要條件。燒結(jié)余熱主要來自熱燒結(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)礦通過時，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 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 。 發(fā)展趨勢 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 個和 2 個百分點，電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)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。而鋼鐵工業(yè)是我國重點的耗能大戶，總能耗約占全國總能耗量的 15%左右，鋼鐵生產(chǎn)工藝流程長，工序多，且主要以高溫冶煉、加工為主，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量余熱能源，主要來自燒結(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 則將是一個大蛋糕，十二五將迎來發(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。在全國能源資源日益緊張的嚴(yán)峻形勢下，根據(jù)國家產(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，實行企業(yè)節(jié)能技術(shù)改造項目“以獎代補(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)勢使得其發(fā)展迅速。 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(xué) 畢業(yè)論文 10 通過對以往國內(nèi)外 燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)流程 ， 對不同工況下燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量進(jìn)行理論計算和比較 ， 同時考慮生產(chǎn)設(shè)備及運(yùn)行限制因素 ， 對燒結(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)， 通過建立燒結(jié)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(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 通過鍋爐熱平衡計算，兼顧安全性， 分別比較雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無低壓過熱器、雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無低壓省煤器、雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無給水預(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 課題研究主要是開展應(yīng)用基礎(chǔ)研究，理論與實踐相結(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 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 ) 來評價余熱發(fā)電系統(tǒng)的效率 。 課題預(yù)期目標(biāo) 通過課題的研究， 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，通過大量科技文獻(xiàn)的閱讀和對專業(yè)知識的深入思考， 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)化的過程，夯實學(xué)生的理論基礎(chǔ)， 提高分析和解決工程實際問題的能力； 通過對文章的整理和圖標(biāo)的制作，豐富了軟件的知識； 通過對英文文獻(xiàn)的翻譯，提高專業(yè)英語水平，為 學(xué)生參加工作 打下堅實的基礎(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)常用的一個指標(biāo) 。 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發(fā)電量的影響。對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 ) 來評價余熱發(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 ， 計算過程如下 ： 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，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，需要通過燒結(jié)冷卻機(jī)氣固換熱過程進(jìn)行描述。因此，在燒結(jié)余熱發(fā)電熱力參數(shù)優(yōu)化過程中，余熱鍋爐入口熱廢氣溫度按定值處理是對發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的錯誤引用，傳統(tǒng)熱力參數(shù)優(yōu)化模型對這一點的忽略，是造成燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)實際運(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)的工藝性波動較嚴(yán)重，實測結(jié)果顯示 ： 燒結(jié)冷卻機(jī)廢氣溫度波動幅度超過 20℃的概率達(dá) 50%，波動幅度超過 30℃的概率仍高達(dá) 28%。因此，燒結(jié)冷卻機(jī)熱廢氣工藝性波動的波幅及概率應(yīng)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(yīng)性的邊界條件 。 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 13 主蒸汽溫度的波動幅度及副汽壓力的波動幅度 在發(fā)電系統(tǒng)中，蒸汽輪機(jī)要求主蒸汽溫度波動幅度一般小于 20℃，補(bǔ)汽壓差要求的副汽壓力的波動幅度不超過 ，通過上述限制條件，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)的最大允許波動限值，并用其