【正文】 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) 。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。余熱有效利用率定義為余熱發(fā)電量與冷卻機余熱鍋爐進(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 。 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)冷卻機氣固換熱過程進(jìn)行描述。 燒結(jié)冷卻機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%。 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，蒸汽輪機要求主蒸汽溫度波動幅度一般小于 20℃，補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)非正常停機及引起補汽系統(tǒng)失效的入爐廢氣參數(shù)的最大允許波動限值，并用其中較大者與規(guī)定概率下的入爐熱廢氣參數(shù)的工藝性波動的波幅進(jìn)行比較，從而對不同熱力參數(shù)配置方案進(jìn)行實際穩(wěn)定性的定量評價。 燒結(jié)礦冷卻終溫 燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)入爐廢氣溫度與廢氣循環(huán)方式有關(guān)，廢氣循環(huán)方案一般按下述原則確定：在保證基本冷卻效果的前提下，廢氣循環(huán)流量及溫度越大越好。 熱力參數(shù)優(yōu)化過程的結(jié)果 熱力參數(shù)動態(tài)優(yōu)化模型 建立 根據(jù)燒結(jié)機雙壓余熱鍋爐中換熱量 Q 與溫度 t 的關(guān)系曲線如圖 3 所示。 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 。 低壓蒸發(fā)器的換熱方程： ))()(1()( 2165 dzdzsdzthyy hhDDDiiG ?????? ?? ????????? (7) 式中： 6yi — 為低壓蒸發(fā)器出口煙氣比焓， kgkJ ； 1dzh — 為低壓蒸發(fā)器飽和蒸汽比焓， kgkJ ； sD — 為燒結(jié)機余熱鍋爐蒸發(fā)量， ht 。 蒸汽參數(shù)優(yōu)化過程 以優(yōu)化選取的燒結(jié)余熱煙氣參數(shù)作為給定條件 , 根據(jù)建立的雙壓熱力系統(tǒng)計算模型 , 對余熱發(fā)電系統(tǒng)的蒸汽參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析 。 余熱鍋爐內(nèi)各段過熱器、蒸發(fā)器和省煤器之間的壓損、溫降、漏風(fēng)系數(shù)忽略不計 ??4 。因此，在余熱鍋爐煙氣進(jìn)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(yīng)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 。計算數(shù)據(jù)如圖 5： 余熱有效利用率/%主蒸汽壓力P / M P a 35 5 ℃ 37 5 ℃ 39 5 ℃ 圖 4 P 和 T 對 余熱有效利用率 ? 的影響 由圖 4 可知，在相同的主蒸汽壓力條件下，冷卻機余熱鍋爐的進(jìn)口煙氣溫度越高，系統(tǒng)的有效利用率就越高，進(jìn)口煙氣進(jìn)口煙氣溫度每提高 20℃ ， 余熱有效利用率 ?增加約 %。進(jìn)口 煙氣 溫度不同，最佳主蒸汽壓力也不同，圖 4 中三個工況下，進(jìn)口煙溫由高到低，汽最佳主蒸汽壓力分別為 、 和 ，最佳主蒸汽壓力也降低。計算數(shù)據(jù)如圖 5： 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 17 余熱有效利用率/%主蒸汽壓力P / M P a Tz= 20 ℃ Tz= 15 ℃ Tz= 10 ℃ 圖 5 P 和 zT? 對 ? 的影響 由圖 5 可知， 窄點溫差從 20℃ 降至 10℃ ，在 余熱鍋爐 主蒸汽壓力均為 的工況下， 余熱有效利用率 ? 由 %增加至 %。窄點溫差分別為 10℃ 、 15℃ 和 20℃ 時，最佳主蒸汽壓力分別為 、 和 。計算數(shù)據(jù)如圖 6： 85 . 085 . 586 . 086 . 587 . 087 . 5排汽干度/%主蒸汽壓力P/MPa 圖 6 排汽干度隨 P 的變化曲線圖 由 圖 6 可知，在其他條件相同的工況下，隨著主蒸汽壓力增加，蒸汽過熱度降低，汽輪機的排汽干度隨之降低，對汽輪機末級葉片的安全性和經(jīng)濟性不利 。 綜合以上因素，當(dāng)燒結(jié)余熱發(fā)電系 統(tǒng)的進(jìn)口煙氣溫度較高時，為使系統(tǒng)的余熱有效利用率達(dá)到最大 ， 適當(dāng)提高主蒸汽壓力 。 補汽壓力的優(yōu)化 100125150175200余熱鍋爐排煙溫度 余熱利用率低壓蒸汽壓力/MPa排煙溫度/℃10 . 0余熱利用率/% 圖 7 dP 對排煙溫度、余熱有效利用率的影響 由圖 7 可知， 隨著冷卻機余熱鍋爐低壓蒸汽壓力的提高，冷卻機余熱鍋爐的排煙溫度 隨之提高，而系統(tǒng)的余熱有效利用率則 先增后減 ，最佳低壓蒸汽壓力為。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 。但是同時蒸汽品質(zhì)提升，做工能力增加。 說明：此時鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)布置為 ： 1. 中壓過熱器、中壓蒸發(fā)器、中壓省煤器、低壓過熱器、低壓蒸發(fā)器。 3. 2 雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無低壓省煤器的比較 對于有無低壓省煤器的各種情況進(jìn)行了分析研究，具體情況如下： 以下幾種情況均是壓力為煙氣量均為 40Nm3/h，入口煙氣均為 375℃。 余熱有效利用率提高了 %。 余熱有效利用率提高了 %。 若只為提高 余熱有效利用率 ，不考慮 部門 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 ??8 。 表 6 有給水預(yù)熱器時有無低壓省煤器的各項參數(shù)比較 有給水預(yù)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)量提高了 ， 余熱有效利用率高提高 %。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 。 余熱有效利用率降低 %。余熱有效利用率降低了 %。這樣看來，就非常有必要去考慮是否布置低壓省煤器，同時必須考慮布置低壓省煤器的物理意義 (低壓省煤器的煙溫降幅太低，布置低壓省煤器的意義就不大 )??10 。 表 10 有給水預(yù)熱器時有無低壓省煤器的各項參數(shù)比較 有給水預(yù)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 %。這里也充分說明了，系統(tǒng)運行中重要參數(shù)對整個循環(huán)的效率的影響和優(yōu)化熱力參數(shù)的重要性。它的位置在除氧器之前，就是將 20℃ 左右的給水進(jìn)行加熱，提高至 40℃ 左右進(jìn)入除氧器，這樣可以降低除氧器從蒸汽中熱源的獲取 ， 所以河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 24 給水預(yù)熱器作用： 1. 可以降低排煙溫度，提高余熱回收率。還有一點我們需要注意，加上給水預(yù)熱器之后，排煙溫度降低。 所以，如果不采用煙風(fēng)循環(huán)的系統(tǒng)我們利用給水預(yù)熱器的效果會遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于無給水預(yù)熱器的效果。 1) 熱端溫差 25℃ 、窄點溫差 20℃ 、接近點溫差 10℃ ，汽輪機內(nèi)效率 (未修正熵增過程 )。 表 12 無低壓省煤器時有無給水預(yù)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(yù)熱器 有給水預(yù)熱器 有給水預(yù)熱器與無給水預(yù)熱器相比較， 余熱有效利用率 提高了 ％。 2) 汽輪機內(nèi)主氣壓力降至 、副氣壓力在 進(jìn)入汽輪機，在 (副氣壓力高于主氣壓力 ，混合取壓力各變化 )壓力下混合過程： 表 13 有低壓省煤器時有無給水預(yù)熱器對各參數(shù)的影響 有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 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 25 無給水預(yù)熱器 有給水預(yù)熱器 有給水預(yù)熱器與無給水預(yù)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(yù)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(yù)熱器 有給水預(yù)熱器 有給水預(yù)熱器與無給水預(yù)熱器相比較， 余熱有效利用率提高了 ％ ，同時排煙溫度降低了 ℃ 。 表 15 有低壓省煤器時有無給水預(yù)熱器對各參數(shù)的影響 有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(yù)熱器 有給水預(yù)熱器 有給水預(yù)熱器與無給水預(yù)熱器相比較， 余熱有效利用率 提高了 ％。 表 16 無低壓省煤器時有無給水預(yù)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(yù)熱器 有給水預(yù)熱器 有給水預(yù)熱器與無給水預(yù)熱器相比較， 余熱有效利用率 提高了 ％。 4) 實際熵增過程，同時汽輪機內(nèi)主氣壓力降至 、副氣壓力在 進(jìn)入汽輪機，在 (副氣壓力高于主氣壓力 ，混合取壓力各變化 )壓力下混合過程： (全部修正 ) 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 26 表 17 有低壓省煤器時有無給水預(yù)熱器對各參數(shù)的影響 有 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(yù)熱器 有給水預(yù)熱器 有給水預(yù)熱器與無給水預(yù)熱器相比較， 余熱有效利用率 提高了 ％。 表 18 無低壓省煤器時有無給水預(yù)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(yù)熱器 有給水預(yù)熱器 有給水預(yù)熱器與無給水預(yù)熱器相比較， 余熱有效利用率 提高了 ％。 余熱利用率/%主蒸汽壓力/MPa 系統(tǒng)改進(jìn)前 系統(tǒng)改進(jìn)后 圖 11 系統(tǒng)改進(jìn)前后對余熱利用率的比較 由 表 10～ 18，我們可以 看出無論是有無低壓省煤器的結(jié)構(gòu)，有給水預(yù)熱器時，排煙溫度都降低了 19℃ 左右； 余熱有效利用率 提高了 ％左右。 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)論文 27 結(jié) 論 1. 根 據(jù)燒結(jié)余熱資源特性，設(shè)計燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的難點在于如何在大范圍的溫度波動下合理高效地利用廢氣余熱。在此基礎(chǔ)上 采用余熱有效利用率指標(biāo)能更準(zhǔn)確地評價燒結(jié)余熱發(fā)電 雙壓 系統(tǒng)的性能，從而確定 燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng) 系統(tǒng)改進(jìn)和優(yōu)化的方向。 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(shè)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。 雖然如此，由于個人能力有限，設(shè)計中不可避免會存在