【正文】 中壓省煤器的換熱方程： )()1()( 254 zszszthyy hhDiiG ???? ?? ?????????????? (6) 式中： 5yi — 為低壓過(guò)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 。 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(guò)程 TQ 圖 根據(jù)能量和質(zhì)量守恒 ,可以得出 ： 壓過(guò)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(guò)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)， %。在燒結(jié)余熱發(fā)電熱力參數(shù)動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型中，上述邊界條件演化為：燒結(jié)礦冷卻終溫提高幅度不超過(guò) 10℃ 。 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(guò)低，乏汽干度設(shè)計(jì)值要求不低于 。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 。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。 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。 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。 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。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)。 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 。 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 。 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。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。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 ?！?“ 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。 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 。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。 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。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℃。 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。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。 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。 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。時(shí) ，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益 2367萬(wàn)元 。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。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。 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。 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。每臺(tái)余熱鍋爐配一臺(tái)引風(fēng)機(jī)。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?，最大限度的發(fā)揮余熱利用效果。 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 ～ 。 鞍鋼作為大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，截止到 1992年，鞍鋼新燒結(jié)分廠的全部冷卻廢氣的余熱都得到回收利用，其技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平 。二號(hào)燒結(jié)機(jī)投產(chǎn)后，自行開(kāi)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。 寶鋼的能源消耗在全國(guó)重點(diǎn)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。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(yáng)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(mǎn)意的效果。為了有效的利用帶冷余熱，南京化工學(xué)院熱管技術(shù)開(kāi)發(fā)中心與武鋼一燒合作，在武鋼 一燒 4號(hào)帶冷機(jī)上設(shè)計(jì)安裝了一套熱管蒸汽發(fā)生系統(tǒng) ， 生產(chǎn)低壓蒸汽 ， 其蒸汽替代熱力廠來(lái)的蒸汽用于預(yù)熱燒結(jié)混合料，以提高燒結(jié)礦產(chǎn)量。熱管技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)余熱回收利用新技術(shù)。熱風(fēng)燒結(jié)有以下好處： 1. 于熱風(fēng)帶入部分物理熱，可大幅度節(jié)約固體燃料； 2. 燒結(jié)料層的溫度分布均勻，克服了上層熱量不足的缺點(diǎn)； 3. 由于固體燃料用量減少，燒結(jié)氣氛得到改善； 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 6 4. 由于抽入熱風(fēng)，料層受高溫作用的時(shí)間較長(zhǎng)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(zhǎng)大，各種礦物結(jié)晶較完全，減少急冷而引起的內(nèi)應(yīng)力； 5. 熱風(fēng)燒結(jié)改善了上層燒結(jié)礦質(zhì)量，有利于提高燒結(jié)礦的成品率。 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(guò)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。具體做法是在 3號(hào)燒結(jié)機(jī)的卸礦處和冷卻機(jī)排氣罩上裝有三級(jí)循環(huán)冷卻器，出口與電除塵相連，除塵器的氣流量為 285000/m3，平均溫度為 200℃，粉塵含量低于 30mg/m3。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 %。在用余熱產(chǎn)生蒸汽的工廠中，冷卻機(jī)廢氣余熱回收量最高的是日本住友公司的小倉(cāng)廠，其平均回收率為 /t燒結(jié)礦，壓力為 ～ ，溫度為 273℃ ， 燒結(jié)機(jī)廢氣余熱回收是新日鐵河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 5 公司的大分 2號(hào)機(jī)為最好，平均回收蒸汽為 ，壓力為 ，溫度為 213℃。 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%。 圖 1 燒結(jié)余熱雙壓發(fā)電系統(tǒng)工藝流程 1 燒結(jié)礦冷卻機(jī) 2 廢氣收集裝置 3 雙壓余熱鍋爐 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)。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。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。 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(guò)程中，總量保持不變。 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(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。 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。 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。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％。 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。河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 3 由