【正文】 ............................................................ 13 熱力參數(shù)優(yōu)化過程的結果 ............................................................................... 13 熱力參數(shù)動態(tài)優(yōu)化模型建立 ..................................................................... 13 蒸汽參數(shù)優(yōu)化過程 ..................................................................................... 15 計算結果及優(yōu)化分析 .................................................................................... 15 河北 聯(lián)合大學 畢業(yè)論文目錄 IV 主蒸汽溫度的優(yōu)化 ..................................................................................... 15 主蒸汽壓力的優(yōu)化 ..................................................................................... 16 窄點溫差的優(yōu)化 ......................................................................................... 16 排汽干度的優(yōu)化 ......................................................................................... 17 補汽壓力的優(yōu)化 ......................................................................................... 18 3 燒結余熱雙壓系統(tǒng)幾種結構的優(yōu)化 .................................................................... 19 雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無低壓過熱器的比較 .................................................... 19 3. 2 雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無低壓省煤器的比較 ................................................... 20 3. 3 雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無給水預熱器的比較 ................................................... 23 結 論 .......................................................................................................................... 27 參考文獻 ...................................................................................................................... 28 致 謝 ............................................................................................................................ 30 河北 聯(lián)合大學 畢業(yè)論文引言 1 引 言 最近幾年，燒結余熱發(fā)電技術作為鋼鐵企業(yè)二次能源利用的核心技術受到國家的高度重視。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。節(jié)約能源，降低能耗，是我國一項長期的基本國策。余熱鍋爐作為一種有效的節(jié)能設備在很多行業(yè)得到了廣泛的應用。我國是世界鋼鐵生產(chǎn)大國，鋼的全年產(chǎn)量已超過 4億噸接近 5億噸，居世界第一。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。除去熱風燒結、熱風點火、熱風保溫所用熱風之外，熱風還有大量剩余。 燒結煙氣和冷卻機熱廢氣屬于中、低溫熱源，對其進行回收利用，提高熱回收率和經(jīng)濟性是十分重要的。 就現(xiàn)階段燒結機設計建造而言，若還是停留在不回收余熱或只是低效率生產(chǎn)蒸汽的水平上，仍大量排放高溫廢氣或低壓蒸汽，這不僅是對大量可用能源的浪費，而且還會對環(huán)境造成熱污染。 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)。 我國重點鋼鐵企業(yè)的燒結工序能耗平均水平為 ，國內最好水平為 kgce，最差為 kgce，國內企業(yè)之間差距較大 。由于各廠配料不同，采用的工藝不同，燒結機建設水平不同，煙氣和廢氣的具體參數(shù)的差別較大。這部分余熱利用潛力是很大的 ， 理論和工程實踐證明，完全可以在保證燒結正常生產(chǎn)的前提下，利用梯級取熱的方法將熱量重新分配，提高廢氣余熱品位和利用價值，回收燒結廠廢氣余熱用于發(fā)電，而且是經(jīng)濟可行的。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。采用多種回收利用方式 ， 提高熱循環(huán)利用率。為發(fā)展清潔型、節(jié)能型、效益型企業(yè)提供保證條件。鋼鐵產(chǎn)業(yè)作為一個高耗能、高污染的產(chǎn)業(yè) ，是節(jié)能減排 項目中 潛力最大的行業(yè)之一 ， 在我國目前這種日益緊張的能源電力供應狀態(tài)下 ， 應該主動承擔起節(jié)能降耗的責任 ， 盡早實施燒結余熱回收 (發(fā)電 ) 工程 ， 與企業(yè)實現(xiàn)互利共贏。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。對于燒結余熱發(fā)電來講，指的是只有用較高溫度的廢氣才可能生產(chǎn)較高參數(shù)的主蒸汽，來獲得較高的余熱發(fā)電能力。 河北 聯(lián)合大學 畢業(yè)論文 4 因此 ，在考慮到投資成本與實際需要，我們應當優(yōu)化燒結雙壓余熱鍋爐的蒸汽參數(shù)，實現(xiàn)余熱資源的最大化利用。世界上最早利用冷卻機廢氣產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電的是日本鋼管公司的扇島廠和福山廠，其余熱回收方式是在環(huán)冷機高溫段鼓入 100℃的循環(huán)空氣，該部分空氣經(jīng)環(huán)冷機后溫度可達 350℃，再經(jīng)過余熱鍋爐產(chǎn)生 。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。 表 1 日本部分燒結廠余熱回收系統(tǒng) 公司（廠） 燒結機規(guī)格 /m2 產(chǎn)汽量（ t/h） 蒸汽壓力 /MPa 發(fā)電額定功率 /kw 和歌山 4號 和歌山 5號 鹿島 2號 鹿島 3號 小倉 3號 君津 3號 189 122 500 600 223 500 15 33 60 26 500 14800 前蘇聯(lián)馬凱耶夫鋼鐵廠燒結車間利用點火后料層表面的輻射熱加熱空氣，進行燒結料層表面熱處理 ，即利用點火表面余熱進行熱風燒結。 德國蒂森鋼鐵公司施韋爾根廠利用冷卻機廢氣余熱預熱燒結點火助燃空氣。 該冷卻機排出的廢氣通過風管進入 3和 4號燒結機點火器作助燃空氣用，每臺燒結機可節(jié)約熱量平均為 30MJ/t燒結礦，整個系統(tǒng)回收的總熱量為 40GJ/t燒結礦。 國內包鋼、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。熱風燒結所用固體燃料減少，由燃料帶入的灰份降低了，燒結礦 氧氣 含量也相應降低，燒結礦的 TFe品位升高。它的主要特點是利用氣化相變傳熱，傳熱效率高，性能可靠，投資回收期短。該系統(tǒng)投運后，運行安全可靠，達到了設計能力，產(chǎn)汽量達 4～ 5噸， 每噸燒結礦產(chǎn)汽 50～ 60kg，蒸汽壓力為 ～ 。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 。燒結工藝中，一期工程一號燒結機采用環(huán)冷機熱風預熱煤氣裝置，將環(huán)冷機產(chǎn)生的部分廢氣用作點火爐和保溫爐的助燃風，以降低焦爐煤氣的消耗量。該裝置每小時能生產(chǎn)過熱蒸汽 ～ ， 即每噸燒結礦能產(chǎn) 蒸 汽 ～。 環(huán)冷機一段 (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)冷機二段 (低溫 )廢氣分別用于循環(huán)燒結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。 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。燒結帶冷機煙罩出口的 360℃ ～ 395℃煙氣從余熱鍋爐頂部進入鍋爐 (過熱器、蒸發(fā)器和省煤器 )進行熱交換，煙氣溫度降至 160℃后可直接排放，也可再由循環(huán)風機將部分煙氣 (最大約 60%)經(jīng)煙道返回帶冷機循環(huán)冷卻燒結礦使用。余熱鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽推動汽輪發(fā)電機組發(fā) 電。目前各廠家開發(fā)設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)，從國內已投運的幾套 2500t/d、 5000t/d窯配套余熱鍋 。 以前國內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。 20xx年 9月 1日，馬鋼第二煉鐵總廠在兩臺 300m2燒結機上開工建設了國內第一套余熱發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)于 20xx年 9月 6日并網(wǎng)發(fā)電。 20xx年全年累計發(fā)電 千瓦 節(jié)約標煤 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。 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 。時 ，能負擔燒結廠 35%～ 40%的用電量。 河北 聯(lián)合大學 畢業(yè)論文 8 存在問題 燒結 余熱發(fā)電技術至今還為完全成熟，主要由以下三個主要問題： 1. 品質整體較低，低溫部分所占比例大 隨著燒結礦冷卻過程的進行，帶冷機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。整體來講燒結余熱屬于中低品質熱源 ， 且低品質所占比例較大。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。如此大范圍的溫度波動給利用燒結余熱發(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)電機組頻繁啟動， 這是燒結余熱發(fā)電設計過程中要重點解決的問題。燒結余熱主要來自熱燒結礦所攜帶的物理顯熱，只有當煙氣回收段連續(xù)不斷的有燒結礦通過時，燒結余熱河北 聯(lián)合大學 畢業(yè)論文 9 才能成為一種連續(xù)的熱源。在燒結生產(chǎn)中由于設備運行的不穩(wěn)定性，短時間的停機很難避免，燒結礦物流的中斷是經(jīng)常出現(xiàn)的情況，所以燒結余熱熱源的連續(xù)性難以保證。 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 。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，主要來自燒結機煙氣顯熱、紅焦顯熱、轉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%。 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 )。在全國能源資源日益緊張的嚴峻形勢下，根據(jù)國家產(chǎn)業(yè)政策加強高耗能產(chǎn)業(yè)的節(jié)能工作，淘汰落 后產(chǎn)能，實行企業(yè)節(jié)能技術改造項目“以獎代補”新機制，將促進更多的鋼鐵企業(yè)淘汰效率低下的產(chǎn)蒸汽設備，新上高效的換熱設備，在滿足工藝用熱的前提下建設余熱發(fā)電系統(tǒng)。 課題研究方法及研究內容 研究內容 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 。 3. 余熱雙壓發(fā)電系統(tǒng)幾種結構的優(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)有無給水預熱器的余熱鍋爐有效利用率的 比較 ，確定適合 燒結余熱發(fā)電雙壓循環(huán)系統(tǒng)最佳 結構組合和配比 。 課題預期目標 通過課題的研究， 得出燒結余熱發(fā)電系統(tǒng)雙壓循環(huán)熱力參數(shù)優(yōu)化方案 。 河北 聯(lián)合大學 畢業(yè)論文 11 2 燒結余熱雙壓發(fā)電系統(tǒng)熱力參數(shù)優(yōu)化模型 熱力參數(shù)優(yōu)化 的目標函數(shù)