畢業(yè)論文--燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)雙壓循環(huán)熱力參數(shù)優(yōu)化

1、<p>　　論文題目：燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)雙壓循環(huán)熱力參數(shù)優(yōu)化</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　目前,燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)已有應(yīng)用,但現(xiàn)有的技術(shù)還存在余熱煙氣參數(shù)選取,熱力系統(tǒng)受熱面配置方案及主蒸汽參數(shù)選取不盡合理等問題, 造成發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷與額定負(fù)荷相差較大。鑒于上述現(xiàn)狀, 開展燒結(jié)余熱電站熱力系統(tǒng)分析及優(yōu)化研究,具有非常重要

2、的意義。論文簡要介紹了燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)流程,并在燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)熱力參數(shù)優(yōu)化過程中提出了以余熱有效利用率來評價(jià)燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的性能。通過對不同工況下燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量進(jìn)行理論計(jì)算和比較, 同時(shí)考慮生產(chǎn)設(shè)備及運(yùn)行限制因素, 對燒結(jié)余熱煙氣參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化選取。通過建立燒結(jié)余熱發(fā)電雙壓系統(tǒng)的熱力模型, 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及其選取對系統(tǒng)余熱有效利用率的影響和變化規(guī)律, 為燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)

3、計(jì)與運(yùn)行提供了較科學(xué)的依據(jù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 燒結(jié)；余熱發(fā)電；余熱有效利用率；熱力系統(tǒng)；優(yōu)化</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　At present, the sintering cogeneration technology has been applied, but the existi

4、ng technology to the waste heat of flue gas parameters selected, the thermal heating surface configuration program and the main steam parameters to select the quite reasonable question, causing the difference between run

5、ning load and rated load of the generator setlarger. In view of the above-mentioned current situation, to carry out sintering heat power plant thermal system analysis and optimization study has very</p><p>　

6、　Keywords: sintering, waste heat power generation, waste heat utilizationate,thermal system,optimization</p><p><b>　　目　　錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　

7、　ABSTRACTII</p><p><b>　　引 言1</b></p><p><b>　　1 文獻(xiàn)綜述2</b></p><p>　　1.1 燒結(jié)余熱發(fā)電的研究背景及意義2</p><p>　　1.1.1 燒結(jié)余熱發(fā)電的研究背景2</p><p>　　1

8、.1.2 燒結(jié)余熱發(fā)電的研究意義2</p><p>　　1.2 燒結(jié)余熱發(fā)電的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1.2.1 國外研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀5</p><p>　　1.2.3 存在問題8</p><p>　　1.2.4 發(fā)展趨勢9</p><

9、;p>　　1.3 課題研究方法及研究內(nèi)容9</p><p>　　1.3.1 研究內(nèi)容9</p><p>　　1.3.2研究方法10</p><p>　　1.4 課題預(yù)期目標(biāo)10</p><p>　　2 燒結(jié)余熱雙壓發(fā)電系統(tǒng)熱力參數(shù)優(yōu)化模型11</p><p>　　2.1 熱力參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)11&

10、lt;/p><p>　　2.2 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12</p><p>　　2.2.1 余熱鍋爐入口熱廢氣溫度12</p><p>　　2.2.2 燒結(jié)冷卻機(jī)熱廢氣工藝性波動條件12</p><p>　　2.2.3 主蒸汽溫度的波動幅度及副汽壓力的波動幅度13</p><p>　　2.2.

11、4 乏汽干度13</p><p>　　2.2.5 燒結(jié)礦冷卻終溫13</p><p>　　2.3 熱力參數(shù)優(yōu)化過程的結(jié)果13</p><p>　　2.3.1熱力參數(shù)動態(tài)優(yōu)化模型建立13</p><p>　　2.3.2蒸汽參數(shù)優(yōu)化過程15</p><p>　　2.4計(jì)算結(jié)果及優(yōu)化分析15</p>

12、<p>　　2.4.1主蒸汽溫度的優(yōu)化15</p><p>　　2.4.2主蒸汽壓力的優(yōu)化16</p><p>　　2.4.3窄點(diǎn)溫差的優(yōu)化16</p><p>　　2.4.4排汽干度的優(yōu)化17</p><p>　　2.4.5補(bǔ)汽壓力的優(yōu)化18</p><p>　　3 燒結(jié)余熱雙壓系統(tǒng)幾種結(jié)構(gòu)的

13、優(yōu)化19</p><p>　　3.1雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無低壓過熱器的比較19</p><p>　　3. 2雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無低壓省煤器的比較20</p><p>　　3. 3雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無給水預(yù)熱器的比較23</p><p><b>　　結(jié) 論27</b></p><p>&l

14、t;b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p><b>　　致 謝30</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　最近幾年，燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)作為鋼鐵企業(yè)二次能源利用的核心技術(shù)受到國家的高度重視。在燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)中，發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、安全性是由發(fā)電系統(tǒng)熱力參數(shù)

15、配置的總體水平?jīng)Q定的，所以發(fā)電系統(tǒng)熱力參數(shù)的優(yōu)化是燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)的核心。由于發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(guān)系復(fù)雜，到目前為止，設(shè)計(jì)人員對燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)熱力參數(shù)的優(yōu)化方法還有不同認(rèn)識，文章首先對熱力循環(huán)方案進(jìn)行設(shè)定、設(shè)定余熱鍋爐結(jié)構(gòu)，然后以燒結(jié)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(shí)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

16、等關(guān)鍵問題進(jìn)行討論，為燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)熱力參數(shù)的優(yōu)化提供了參考。</p><p><b>　　1 文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　1.1 燒結(jié)余熱發(fā)電的研究背景及意義</p><p>　　1.1.1 燒結(jié)余熱發(fā)電的研究背景</p><p>　　中國是目前世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快的國家之一，能源是我國民經(jīng)濟(jì)的重要物資基礎(chǔ)

17、之一。節(jié)約能源，降低能耗，是我國一項(xiàng)長期的基本國策。面對日益嚴(yán)峻的能源危機(jī)，各國在開發(fā)新的能源替代方式的同時(shí)，都在積極地研究節(jié)能技術(shù)。余熱鍋爐作為一種有效的節(jié)能設(shè)備在很多行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。人們在不斷追求更有效的節(jié)能技術(shù)的同時(shí)，也在不斷的改進(jìn)余熱鍋爐以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，投入到新的領(lǐng)域中去。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。我國2006年全年出口鋼材4300.7萬噸，比上年增長109.58% ，也是全

18、球鋼鐵產(chǎn)品的出口大國。同時(shí)，鋼鐵產(chǎn)業(yè)作為一個(gè)高耗能、高污染的產(chǎn)業(yè)，也是節(jié)能減排的重點(diǎn)對象之一。</p><p>　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國煉鐵系統(tǒng)能耗占鋼鐵工業(yè)總能耗高達(dá)69.41%，其中燒結(jié)工序能耗差不多占整個(gè)企業(yè)能耗的10%，是僅次于煉鐵的第二大耗能工序，燒結(jié)工序中有50%左右的熱能被燒結(jié)煙氣和冷卻機(jī)的廢氣帶走。除去熱風(fēng)燒結(jié)、熱風(fēng)點(diǎn)火、熱風(fēng)保溫所用熱風(fēng)之外，熱風(fēng)還有大量剩余。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國燒結(jié)工序余熱利用率還不足

19、30%，與發(fā)達(dá)國家差距非常大，整個(gè)燒結(jié)工序能耗與先進(jìn)國家差距也是非常大的。</p><p>　　燒結(jié)煙氣和冷卻機(jī)熱廢氣屬于中、低溫?zé)嵩矗瑢ζ溥M(jìn)行回收利用，提高熱回收率和經(jīng)濟(jì)性是十分重要的。余熱利用有兩種方式：一是動力利用，即將熱能轉(zhuǎn)化為電或機(jī)械能；二是熱利用，即利用余熱來預(yù)熱、干燥、供熱、供暖等。</p><p>　　就現(xiàn)階段燒結(jié)機(jī)設(shè)計(jì)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

20、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(fèi)，而且還會對環(huán)境造成熱污染。因此燒結(jié)企業(yè)必須開展燒結(jié)系統(tǒng)節(jié)能工作，建設(shè)燒結(jié)余熱電站，這樣既能有效提高企業(yè)自供電率，實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能減排，降耗增效，又能取得良好的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。</p><p>　　1.1.2 燒結(jié)余熱發(fā)電的研究意義</p><p>　　對于燒結(jié)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F

21、-85(Fluorino185)的有機(jī)介質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(ORCS) 或油-氟利昂循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。由于F-85工質(zhì)的沸點(diǎn)比水低，蒸發(fā)潛熱小和比容比水小(水的1/5)，所以發(fā)電效率高，在相同工況下，發(fā)電效率比蒸汽輪機(jī)高出10％～15％，ORCS機(jī)組的大型化使其在燒結(jié)余熱發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。</p><p>　　我國重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)的燒結(jié)工序能耗平均水平為64.83kgce，國內(nèi)最好水平為 54.68 kgce，最差為8

22、9.87 kgce，國內(nèi)企業(yè)之間差距較大。而且國內(nèi)先進(jìn)水平與國外先進(jìn)水平相比，能耗高7.2％，差距也較大。由于各廠配料不同，采用的工藝不同，燒結(jié)機(jī)建設(shè)水平不同，煙氣和廢氣的具體參數(shù)的差別較大。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％。這部分余熱利用潛力是很大的，理論和工程實(shí)踐證明，完全可以在保證燒結(jié)正常生產(chǎn)的前提下，利

23、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(jià)值，回收燒結(jié)廠廢氣余熱用于發(fā)電，而且是經(jīng)濟(jì)可行的。</p><p>　　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、馬鋼等建了飽和蒸汽發(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。</p><p>　　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

24、措施。采用多種回收利用方式，提高熱循環(huán)利用率。燒結(jié)余熱回收系統(tǒng)對節(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)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。為發(fā)展清潔型、節(jié)能型、效益型企業(yè)提供保證條件。</p><p>　　燒結(jié)余熱回收發(fā)電是鋼鐵企業(yè)開展節(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。鋼鐵產(chǎn)業(yè)作為一個(gè)高耗能、高污染的產(chǎn)業(yè)，是節(jié)能減排項(xiàng)目中潛力最大的行業(yè)之一，在我國目前

25、這種日益緊張的能源電力供應(yīng)狀態(tài)下，應(yīng)該主動承擔(dān)起節(jié)能降耗的責(zé)任，盡早實(shí)施燒結(jié)余熱回收(發(fā)電) 工程，與企業(yè)實(shí)現(xiàn)互利共贏。</p><p>　　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)換過程中，總量保持不變。對于燒結(jié)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。熱力學(xué)第二定律講的是能量在轉(zhuǎn)換過程中質(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。對于燒結(jié)余熱發(fā)電

26、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。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。</p><p>　　因此，在考慮到投資成本與實(shí)際需要，我們應(yīng)當(dāng)優(yōu)化燒結(jié)雙壓余熱鍋爐的蒸汽參數(shù)，實(shí)現(xiàn)余熱資源的最大化利用。</p><p>　　圖1 燒結(jié)余熱雙

27、壓發(fā)電系統(tǒng)工藝流程</p><p>　　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)</p><p>　　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</p><p>　　11 低壓給水泵　12 高壓給水泵　13 引風(fēng)機(jī) 14 補(bǔ)水泵</p><p>　　1.2 燒結(jié)余熱發(fā)電的國內(nèi)外研究

28、現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 國外研究現(xiàn)狀</p><p>　　國外對燒結(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，對燒結(jié)余熱利用技術(shù)的研究與開發(fā)取得了很好的成績。世界上最早利用冷卻機(jī)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(jī)高溫段鼓入100℃的循環(huán)空氣，該部分空氣經(jīng)環(huán)冷機(jī)后溫度可達(dá)350℃，再經(jīng)過余熱鍋爐產(chǎn)生1.4MPa的蒸汽用于發(fā)

29、電。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%。目前，日本燒結(jié)廠的余熱回收技術(shù)從用途來看，可分為用于預(yù)熱混和料，用于點(diǎn)火保溫，用于產(chǎn)生蒸汽以及用于壓差發(fā)電等幾種。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廠，其平均回收率為104.3kg蒸汽/t燒結(jié)礦，壓力為0.883～1.275M

30、Pa，溫度為273℃，燒結(jié)機(jī)廢氣余熱回收是新日鐵公司的大分2號機(jī)為最好，平均回收蒸汽為32.8kg/t燒結(jié)礦，壓力為0.98MPa，溫度為213℃。 </p><p>　　表1 日本部分燒結(jié)廠余熱回收系統(tǒng)</p><p>　　前蘇聯(lián)馬凱耶夫鋼鐵廠燒結(jié)車間利用點(diǎn)火后料層表面的輻射熱加熱空氣，進(jìn)行燒結(jié)料層表面熱處理，即利用點(diǎn)火表面余熱進(jìn)行熱風(fēng)燒結(jié)。該方法既可改善表層燒結(jié)礦的質(zhì)量，又可利用換熱器

31、的熱空氣(300～400℃)進(jìn)行熱風(fēng)燒結(jié)，節(jié)省固體燃料2.56%。德國蒂森鋼鐵公司施韋爾根廠利用冷卻機(jī)廢氣余熱預(yù)熱燒結(jié)點(diǎn)火助燃空氣。具體做法是在3號燒結(jié)機(jī)的卸礦處和冷卻機(jī)排氣罩上裝有三級循環(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。該冷卻機(jī)排出的廢氣通過風(fēng)管進(jìn)入2、3和4號燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火器作助燃空氣用，每臺燒結(jié)機(jī)可節(jié)約熱量平均為30MJ/t燒結(jié)礦，整個(gè)系統(tǒng)回收的總熱量為40

32、GJ/t燒結(jié)礦。</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前，國內(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。</p><p>　　國內(nèi)包鋼、萊鋼等在

33、燒結(jié)廠應(yīng)用了熱風(fēng)燒結(jié)技術(shù)，即將預(yù)先加熱的空氣抽入料層進(jìn)行燒結(jié)。熱風(fēng)燒結(jié)有以下好處：</p><p>　　1. 于熱風(fēng)帶入部分物理熱，可大幅度節(jié)約固體燃料；</p><p>　　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)；</p><p>　　3. 由于固體燃料用量減少，燒結(jié)氣氛得到改善；</p><p>　　4. 由于抽入熱風(fēng)，料

34、層受高溫作用的時(shí)間較長和冷卻速度緩慢，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大，各種礦物結(jié)晶較完全，減少急冷而引起的內(nèi)應(yīng)力；</p><p>　　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。熱風(fēng)燒結(jié)所用固體燃料減少，由燃料帶入的灰份降低了，燒結(jié)礦氧氣含量也相應(yīng)降低，燒結(jié)礦的TFe品位升高。熱管技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)余熱回收利用新技術(shù)。它的主要特點(diǎn)是利用氣化相變傳熱，傳熱效率高

35、，性能可靠，投資回收期短。為了有效的利用帶冷余熱，南京化工學(xué)院熱管技術(shù)開發(fā)中心與武鋼一燒合作，在武鋼一燒4號帶冷機(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的蒸汽用于預(yù)熱燒結(jié)混合料，以提高燒結(jié)礦產(chǎn)量。該系統(tǒng)投運(yùn)后，運(yùn)行安全可靠，達(dá)到了設(shè)計(jì)能力，產(chǎn)汽量達(dá)4～5噸，每噸燒結(jié)礦產(chǎn)汽50～60kg，蒸汽壓力為0.4～0.5MPa。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、安陽鋼鐵

36、公司燒結(jié)廠及攀鋼燒結(jié)廠等廠的投運(yùn)，均取得了令人滿意的效果。熱管余熱蒸汽發(fā)生系統(tǒng)用于燒結(jié)廢氣的余熱回收具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，節(jié)能效果顯著，經(jīng)濟(jì)效益良好，具有重要的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。</p><p>　　寶鋼的能源消耗在全國重點(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。燒結(jié)工藝中，一期工程一號燒結(jié)機(jī)采用環(huán)冷機(jī)熱風(fēng)預(yù)熱煤氣裝置，將環(huán)冷機(jī)產(chǎn)生的部分廢氣用作點(diǎn)火爐和保溫爐的助燃風(fēng)，以降

37、低焦?fàn)t煤氣的消耗量。二號燒結(jié)機(jī)投產(chǎn)后，自行開發(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。該裝置每小時(shí)能生產(chǎn)過熱蒸汽56.6～80.2t，即每噸燒結(jié)礦能產(chǎn)蒸汽90.5～128.3kg。</p><p>　　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。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)

38、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(jì)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0.3～0.7MPa。</p><p>　　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

39、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

40、發(fā)電。</p><p>　　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(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，尚存在一些問題需要不斷改進(jìn)和完善。</p><p>　　

41、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。</p><p>　　2004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2005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。2006年全年累計(jì)發(fā)電61

42、00.51萬千瓦·時(shí)，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。</p><p>　　濟(jì)鋼第二燒結(jié)廠320m2

43、燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電工程于2006年5月開工，2007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 Q390/400-36.4(10.4)—2.06(0.39)/375(141.1)型號的雙壓余熱鍋爐和一臺NZ9.0—2.0/(0.4)+QFW-10-2A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)15104 千瓦·

44、時(shí)，能負(fù)擔(dān)燒結(jié)廠35%～40%的用電量。</p><p>　　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(gè)燒結(jié)余熱電站正在建設(shè)當(dāng)中。</p><p>　　1.2.3 存在問題</p><p>　　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)主要問題：</p><p>　　品質(zhì)整體較低，低溫部分所占比例大&

45、lt;/p><p>　　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(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。</p><p>　　圖2 燒結(jié)礦冷卻過程中廢氣溫度分

46、布</p><p><b>　　煙溫波動幅度較大</b></p><p>　　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(shí)，冷卻過程中產(chǎn)生的廢氣溫度高，過燒時(shí)，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(shí)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

47、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(jì)過程中要重點(diǎn)解決的問題。</p><p>　　熱熱源的連續(xù)性難以保證</p><p>　　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(shí)，燒結(jié)余熱才能成為一種連續(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)

48、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。</p><p>　　1.2.4 發(fā)展趨勢</p><p>　　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”

49、節(jié)能減排綜合性工作方案》指出到2015年，國內(nèi)工業(yè)鍋爐、窯爐平均運(yùn)行效率比2010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2000萬千瓦。而鋼鐵工業(yè)是我國重點(diǎn)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

50、%。鋼鐵行業(yè)余熱發(fā)電則將是一個(gè)大蛋糕，十二五將迎來發(fā)展期。</p><p>　　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

51、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(shí)行企業(yè)節(jié)能技術(shù)改造項(xiàng)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(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)勢使得其發(fā)展迅速。</p><p&g

52、t;　　1.3 課題研究方法及研究內(nèi)容</p><p>　　1.3.1 研究內(nèi)容</p><p>　　1. 熱雙壓發(fā)電系統(tǒng)煙氣參數(shù)優(yōu)化選取</p><p>　　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(jì)算和比較，同時(shí)考慮生產(chǎn)設(shè)備及運(yùn)行限制因素，對燒結(jié)余熱煙氣參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化選取并繪圖分析。</p><

53、p>　　2. 余熱雙壓發(fā)電系統(tǒng)蒸汽參數(shù)選取</p><p>　　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(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。</p><p>　　3. 余熱雙壓發(fā)電系統(tǒng)幾種結(jié)構(gòu)的優(yōu)化</p><p>　　通過鍋爐熱平衡計(jì)算，兼顧安全性，分別比較雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無

54、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。</p><p><b>　　1.3.2研究方法</b></p><p>　　課題研究主要是開展應(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，通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)及技術(shù)資料

55、，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(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) 來評價(jià)余熱發(fā)電系統(tǒng)的效率。</p><p>　　1.4 課題預(yù)期目標(biāo)</p><p>　　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(shí)，通過

56、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(shí)學(xué)生的理論基礎(chǔ)，提高分析和解決工程實(shí)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p>　　2 燒結(jié)余熱雙壓發(fā)電系統(tǒng)熱力參數(shù)優(yōu)化模型</p><p>　　2.1 熱力參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)<

57、/p><p>　　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。<

58、;/p><p>　　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) 來評價(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)算過程如下：</p><p><b>　　單位進(jìn)口煙氣熱量：</b></p><p>　　…………

59、……………………(1) </p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　— 為余熱鍋爐進(jìn)口煙氣總熱量，；</p><p>　　— 為余熱鍋爐進(jìn)口煙氣總熱量，；</p><p>　　— 為進(jìn)口煙氣密度，；</p><p>　　—為進(jìn)口工況煙氣量，； </p>

60、<p>　　—為進(jìn)口煙氣焓值，。</p><p><b>　　余熱發(fā)電功率：</b></p><p><b>　　…(2)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—為汽輪機(jī)發(fā)電功率，kW；</p><p>　　

61、—為主蒸汽量，t/h；</p><p>　　—為主蒸汽進(jìn)汽焓，；</p><p>　　—為汽輪機(jī)排汽焓，；</p><p>　　—為補(bǔ)汽量，t/h；</p><p><b>　　—為補(bǔ)汽進(jìn)汽焓，；</b></p><p>　　—為汽輪機(jī)主蒸汽做功效率，%；</p><p>

62、　　—為汽輪機(jī)補(bǔ)汽做功功率，%；</p><p><b>　　—為發(fā)電機(jī)效率，%</b></p><p><b>　　余熱有效利用率：</b></p><p>　　…………………………………(3)</p><p>　　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

63、同余熱發(fā)電系統(tǒng)之間的性能對比。</p><p>　　2.2 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</p><p>　　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(gè)方面進(jìn)行討論。</p><p>　　2.2.1 余熱鍋爐入口熱廢氣溫度</p><

64、p>　　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(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)

65、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(jì)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(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。</p><p>　　2.2.2 燒結(jié)冷卻機(jī)熱廢氣工藝性波動條件</p><p>　　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

66、藝性波動較嚴(yán)重，實(shí)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。</p><p>　　2.2.3 主蒸汽溫度的波動幅度及副汽壓力的波動幅度</p><p>　　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

67、副汽壓力的波動幅度不超過0.04Mpa，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(shí)際穩(wěn)定性的定量評價(jià)。</p><p>　　2.2.4 乏汽干度</p><p>　　乏汽干度對汽輪機(jī)的安全性、汽輪機(jī)造價(jià)

68、、汽輪機(jī)相對內(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0.86，由于燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)波動性較大，所以為了防止系統(tǒng)在低負(fù)荷時(shí)乏汽干度過低，乏汽干度設(shè)計(jì)值要求不低于0.88。</p><p>　　2.2.5 燒結(jié)礦冷卻終溫</p><p>　　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

69、。在燒結(jié)余熱發(fā)電熱力參數(shù)動態(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10℃。</p><p>　　2.3 熱力參數(shù)優(yōu)化過程的結(jié)果</p><p>　　2.3.1熱力參數(shù)動態(tài)優(yōu)化模型建立</p><p>　　根據(jù)燒結(jié)機(jī)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。</p><p>　　其中： 熱端溫差： <

70、/p><p><b>　　窄點(diǎn)溫差： </b></p><p><b>　　接近點(diǎn)溫差：</b></p><p>　　圖3 雙壓余熱鍋爐換熱過程 T-Q 圖</p><p>　　根據(jù)能量和質(zhì)量守恒,可以得出：</p><p>　　壓過熱器和蒸發(fā)器段的換熱方程為：</p&

71、gt;<p>　　……………… (4)</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—為余熱鍋爐入口煙氣量,；</p><p>　　—為余熱鍋爐入口煙氣比焓, ；</p><p>　　—為中壓蒸發(fā)器出口煙氣比焓, ；</p><p>　　—為鍋爐的保熱系數(shù)，%；&

72、lt;/p><p>　　—為主蒸汽蒸發(fā)量，；</p><p>　　—為中壓過熱器出口比焓，；</p><p>　　—為中壓蒸發(fā)器飽和汽比焓，；</p><p>　　—為中壓蒸發(fā)器飽和水比焓，；</p><p>　　—為余熱鍋爐排污系數(shù)，%。</p><p>　　低壓過熱段的換熱方程：</p&g

73、t;<p>　　……………………………………(5)</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—為低壓過熱器出口煙氣比焓，；</p><p>　　—為低壓蒸發(fā)器的蒸發(fā)量，；</p><p>　　—為低壓過熱器出口蒸汽比焓，；</p><p>　　—為低壓蒸發(fā)器飽

74、和汽比焓，。</p><p>　　中壓省煤器的換熱方程：</p><p>　　……………………………………(6)</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—為低壓過熱器出口煙氣比焓，；</p><p>　　—為中壓省煤器出口給水比焓，；</p><p&g

75、t;　　—為低壓蒸發(fā)器飽和水比焓，。</p><p>　　低壓蒸發(fā)器的換熱方程：</p><p>　　………………………(7)</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—為低壓蒸發(fā)器出口煙氣比焓，；</p><p>　　—為低壓蒸發(fā)器飽和蒸汽比焓，；</p>

76、<p>　　—為燒結(jié)機(jī)余熱鍋爐蒸發(fā)量，。</p><p>　　預(yù)加熱器的換熱方程：</p><p>　　……………………………(8)</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—為預(yù)加熱器出口煙氣比焓，；</p><p>　　—為預(yù)加熱器出口水比焓，；</p&

77、gt;<p>　　—為余熱鍋爐給水比焓，。</p><p>　　2.3.2蒸汽參數(shù)優(yōu)化過程</p><p>　　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(jì)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。</p><p>　　為了簡化計(jì)算分析, 對余熱發(fā)電系統(tǒng)中相關(guān)參數(shù)假設(shè)如下：；；蒸汽管道壓降去0.1MPa；蒸汽管道溫降取10

78、℃；余熱鍋爐給水溫度為42℃；汽輪機(jī)排汽壓力取0.008MPa；；。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(jì)。</p><p>　　2.4計(jì)算結(jié)果及優(yōu)化分析</p><p>　　2.4.1主蒸汽溫度的優(yōu)化</p><p>　　在相同的工況條件下，雖然余熱鍋爐的蒸發(fā)量隨著主蒸汽溫度的降低而增加，但總體來看，主蒸汽溫度降低會導(dǎo)致汽輪機(jī)做功能

79、力降低，并使汽輪機(jī)的排汽干度降低，增加汽輪機(jī)汽耗率，并致余熱系統(tǒng)的發(fā)電功率不能增加。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(shí)考慮到余熱鍋爐經(jīng)濟(jì)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。</p><p>　　2.4.2主蒸汽壓力的優(yōu)化</p><p>　　主蒸汽壓力的優(yōu)化：在給定的假設(shè)條件下，并非主蒸汽壓力越高，整個(gè)系統(tǒng)余熱有效利用率就高，同樣

80、存在主蒸汽優(yōu)化問題。計(jì)算數(shù)據(jù)如圖 5：</p><p>　　圖4 P和T對余熱有效利用率的影響</p><p>　　由圖4可知，在相同的主蒸汽壓力條件下，冷卻機(jī)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0.7%。在余熱鍋爐進(jìn)口煙氣溫度為375℃同等工況下，主蒸汽從1.0MPa增加至3.0MPa，余熱有效利用率隨壓力提高先較快增

81、加，隨后變化漸緩，存在最佳主蒸汽壓力為1.9MPa。進(jìn)口煙氣溫度不同，最佳主蒸汽壓力也不同，圖4中三個(gè)工況下，進(jìn)口煙溫由高到低，汽最佳主蒸汽壓力分別為2.3MPa、1.9MPa和1.6MPa，最佳主蒸汽壓力也降低。</p><p>　　2.4.3窄點(diǎn)溫差的優(yōu)化</p><p>　　窄點(diǎn)溫差越小，在同等主蒸汽壓力下條件下，系統(tǒng)的余熱有效利用率就越高，同樣存在主蒸汽優(yōu)化問題。計(jì)算數(shù)據(jù)如圖 5：

82、</p><p><b>　　圖5 P和對的影響</b></p><p>　　由圖5可知，窄點(diǎn)溫差從20℃降至10℃，在余熱鍋爐主蒸汽壓力均為2.0MPa的工況下，余熱有效利用率由7.19%增加至7.66%。在窄點(diǎn)溫差相同的條件下，主蒸汽壓力由1.0MPa提高至3.0MPa，余熱有效利用率也隨之先快速增加后漸緩。窄點(diǎn)溫差分別為10℃、15℃和20℃時(shí)，最佳主蒸汽壓力分

83、別為2.2MPa、2.1MPa和1.9MPa。</p><p>　　2.4.4排汽干度的優(yōu)化</p><p>　　排汽干度對汽輪機(jī)的安全性、汽輪機(jī)造價(jià)、汽輪機(jī)相對內(nèi)效率均有顯著影響，由于燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)波動性較大，所以為了防止系統(tǒng)在低負(fù)荷時(shí)乏汽干度過低，同樣存在主蒸汽優(yōu)化問題。計(jì)算數(shù)據(jù)如圖6：</p><p>　　圖6 排汽干度隨P的變化曲線圖</p>

84、<p>　　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(jī)的排汽干度隨之降低，對汽輪機(jī)末級葉片的安全性和經(jīng)濟(jì)性不利。同時(shí)汽輪機(jī)的進(jìn)汽比容減小，高壓葉片損失增加，汽輪機(jī)的內(nèi)效率也降低。</p><p>　　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(shí)，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。而考慮到余熱鍋爐的經(jīng)濟(jì)性，窄點(diǎn)溫差需要較高時(shí)，則可選取較低的

85、主蒸汽壓力。</p><p>　　2.4.5補(bǔ)汽壓力的優(yōu)化</p><p>　　圖7 對排煙溫度、余熱有效利用率的影響</p><p>　　由圖7可知，隨著冷卻機(jī)余熱鍋爐低壓蒸汽壓力的提高，冷卻機(jī)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3.0MPa。</p><p>　　圖8 對余熱有效利用率的影響&l

86、t;/p><p>　　由圖8可知，低壓蒸汽溫度從160℃提高到210℃，系統(tǒng)的余熱有效利用率從7.211%增加到7.22%，略有增大。但一般低壓蒸汽的溫度選取受限于傳熱端差和窄點(diǎn)溫度，考慮到余熱鍋爐受熱面的經(jīng)濟(jì)性，選取過大會影響系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　3 燒結(jié)余熱雙壓系統(tǒng)幾種結(jié)構(gòu)的優(yōu)化</p><p>　　3.1雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無低壓過熱器的比較<

87、/p><p>　　對于有無低壓過熱器對各參數(shù)進(jìn)行了比較，結(jié)果如下：</p><p>　　表2 有無低壓過熱器的參數(shù)比較</p><p>　　由表2可以看出，無過熱器時(shí)主汽蒸發(fā)量不變，低壓蒸發(fā)量增加。但是同時(shí)蒸汽品質(zhì)提升，做工能力增加。經(jīng)計(jì)算，最后得出余熱有效利用率比有過熱器時(shí)增加了0.9%左右，我們可以得出結(jié)論同樣參數(shù)的情況下，無過熱器時(shí)的余熱有效利用率比有過熱器時(shí)要高

88、。</p><p>　　說明：此時(shí)鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)布置為：</p><p>　　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。</p><p>　　2. 中壓過熱器、中壓蒸發(fā)器、中壓省煤器、低壓蒸發(fā)器。</p><p>　　3. 2雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無低壓省煤器的比較</p><p>　　對于有無低壓

89、省煤器的各種情況進(jìn)行了分析研究，具體情況如下：</p><p>　　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℃，2.06Mpa/0.39Mpa的計(jì)算結(jié)果。</p><p>　　熱端溫差25℃、窄點(diǎn)溫差20℃、接近點(diǎn)溫差10℃，汽輪機(jī)內(nèi)效率0.78</p><p>　　表3 無給水預(yù)熱器時(shí)有無低壓省煤器的各項(xiàng)參數(shù)比較</p>&

90、lt;p>　　無省煤器與有省煤器相比較：低壓蒸發(fā)量增加了1.18 t/h，增加了11.1%。余熱有效利用率提高了0.43%。</p><p>　　表4 有給水預(yù)熱器時(shí)有無低壓省煤器的各項(xiàng)參數(shù)比較</p><p>　　無省煤器與有省煤器相比較：低壓蒸發(fā)量增加了1.18 t/h，增加了11.1%。余熱有效利用率提高了0.38%。</p><p>　　結(jié)論：此種情況

91、下，無論有無給水預(yù)熱器，無低壓省煤器的結(jié)構(gòu)均比有低壓省煤器的結(jié)構(gòu)低壓蒸發(fā)量高11.1％左右，發(fā)電量高0.4％左右，同時(shí)排煙溫度高6℃左右。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。</p><p>　　2. 汽輪機(jī)內(nèi)主氣壓力降至0.4305Mpa、副氣壓力在0.4705Mpa進(jìn)入汽輪機(jī)，在0.4505Mpa(副氣壓力高于主氣壓力0.04Mpa，混合取壓力各變化0.02M

92、pa)壓力下混合過程：</p><p>　　表5 無給水預(yù)熱器時(shí)有無低壓省煤器的各項(xiàng)參數(shù)比較</p><p>　　無省煤器與有省煤器相比較，低壓蒸發(fā)量提高了1.18t/h，余熱有效利用率提高了0.2 %。</p><p>　　表6 有給水預(yù)熱器時(shí)有無低壓省煤器的各項(xiàng)參數(shù)比較</p><p>　　無省煤器與有省煤器相比較，低壓蒸發(fā)量提高了1.1

93、8t/h，余熱有效利用率高提高0.3%。</p><p>　　結(jié)論：此種情況下，無論有無給水預(yù)熱器，無低壓省煤器的結(jié)構(gòu)均比有低壓省煤器的結(jié)構(gòu)低壓蒸發(fā)量高1.18 t/h，余熱有效利用率提高0.3%左右，同時(shí)排煙溫度高6℃左右。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(shí)也說明了，只改變副氣壓力對系統(tǒng)的比較沒有影響。</p><p>　　3. 熱端溫差

94、30℃，窄點(diǎn)溫差20℃，接近點(diǎn)溫差20℃，汽輪機(jī)內(nèi)效率0.78</p><p>　　表7 無給水預(yù)熱器時(shí)有無低壓省煤器的各項(xiàng)參數(shù)比較</p><p>　　無省煤器的比有省煤器：低壓蒸發(fā)量降低了0.25t/h，降低了2.2%。余熱有效利用率降低0.3%。</p><p>　　無省煤器的比有省煤器：低壓蒸發(fā)量降低了0.25t/h，降低了2.2%。余熱有效利用率降低了0.

95、34 %。</p><p>　　結(jié)論：經(jīng)過修正重要參數(shù)(熱端溫差、接近點(diǎn)溫差、窄點(diǎn)溫差)之后的各項(xiàng)參數(shù)和原來的結(jié)果正好相反，無論有無給水預(yù)熱器無低壓省煤器的情況與有低壓省</p><p>　　表8 有給水預(yù)熱器時(shí)有無低壓省煤器的各項(xiàng)參數(shù)比較</p><p>　　煤器時(shí)進(jìn)行比較，低壓蒸發(fā)量降低了2.2％，同時(shí)余熱有效利用率降低了大約0.3%左右。這樣看來，就非常有必要

96、去考慮是否布置低壓省煤器，同時(shí)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)。</p><p>　　4. 實(shí)際熵增過程，同時(shí)汽輪機(jī)內(nèi)主氣壓力降至0.4305Mpa、副氣壓力在0.4705Mpa進(jìn)入汽輪機(jī)，在0.4505Mpa(副氣壓力高于主氣壓力0.04Mpa，混合取壓力各變化0.02Mpa)壓力下混合過程：(全部修正)</p><p>　　表9

97、無給水預(yù)熱器時(shí)有無低壓省煤器的各項(xiàng)參數(shù)比較</p><p>　　無省煤器的比有省煤器的：低壓蒸汽量少輸出0.248 t/h，每年少輸出19.5萬kW.h，發(fā)電量降低了0.3%。</p><p>　　表10 有給水預(yù)熱器時(shí)有無低壓省煤器的各項(xiàng)參數(shù)比較</p><p>　　無省煤器的比有省煤器的：低壓蒸汽量少輸出0.248 t/h，余熱有效利用率降低了大約0.3%。&l

98、t;/p><p>　　結(jié)論：根據(jù)上述的計(jì)算結(jié)果，我們得出，熵增的修正對有無低壓省煤器原來的規(guī)律沒有影響。這里也充分說明了，系統(tǒng)運(yùn)行中重要參數(shù)對整個(gè)循環(huán)的效率的影響和優(yōu)化熱力參數(shù)的重要性。</p><p>　　3雙壓熱力循環(huán)系統(tǒng)有無給水預(yù)熱器的比較</p><p>　　燒結(jié)余熱雙壓發(fā)電系統(tǒng)在有、無給水預(yù)熱器如圖9、10所示：</p><p>　　圖

99、9 改進(jìn)前燒結(jié)余熱熱力系統(tǒng)流程圖</p><p>　　圖10 改進(jìn)后燒結(jié)余熱熱力系統(tǒng)流程圖</p><p>　　首先我們理解給水預(yù)熱器的含義，顧名思義就是將給水進(jìn)行加熱的一種設(shè)備，熱源來源于廢氣。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，所以給水預(yù)熱器作用：</p><p>　　1. 可以

100、降低排煙溫度，提高余熱回收率。</p><p>　　2. 可以增加做功的蒸汽量，從而提高最終年發(fā)電量。還有一點(diǎn)我們需要注意，加上給水預(yù)熱器之后，排煙溫度降低。如果我們利用部分煙風(fēng)循環(huán)的話，勢必會影響煙風(fēng)循環(huán)量，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響。</p><p>　　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。但是如果我們采用煙風(fēng)循環(huán)的話，我們必須充分考慮系統(tǒng)才

101、能作出說明。</p><p>　　1) 熱端溫差25℃、窄點(diǎn)溫差20℃、接近點(diǎn)溫差10℃，汽輪機(jī)內(nèi)效率0.78(未修正熵增過程)。</p><p>　　表11 有低壓省煤器時(shí)有無給水預(yù)熱器對各參數(shù)的影響</p><p>　　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0.57%，同時(shí)排煙溫度降低了18.68℃。</p><p>　　

102、表12 無低壓省煤器時(shí)有無給水預(yù)熱器對各參數(shù)的影響</p><p>　　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0.58％。排煙溫度降低了19.2℃。</p><p>　　2) 汽輪機(jī)內(nèi)主氣壓力降至0.4305Mpa、副氣壓力在0.4705Mpa進(jìn)入汽輪機(jī)，在0.4505Mpa(副氣壓力高于主氣壓力0.04Mpa，混合取壓力各變化0.02Mpa)壓力下混合過程：</p&

103、gt;<p>　　表13 有低壓省煤器時(shí)有無給水預(yù)熱器對各參數(shù)的影響</p><p>　　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0.48％。排煙溫度降低了18.68℃。</p><p>　　表14 無低壓省煤器時(shí)有無給水預(yù)熱器對各參數(shù)的影響</p><p>　　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0.46％，同時(shí)排煙

104、溫度降低了19.2℃。</p><p>　　3) 熱端溫差30℃，窄點(diǎn)溫差20℃，接近點(diǎn)溫差20℃，汽輪機(jī)內(nèi)效率0.78(未修正實(shí)際熵增過程)。</p><p>　　表15 有低壓省煤器時(shí)有無給水預(yù)熱器對各參數(shù)的影響</p><p>　　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0.4％。排煙溫度降低了19.25℃。</p><p&g

105、t;　　表16 無低壓省煤器時(shí)有無給水預(yù)熱器對各參數(shù)的影響</p><p>　　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0.41％。排煙溫度降低了19.13℃。</p><p>　　4) 實(shí)際熵增過程，同時(shí)汽輪機(jī)內(nèi)主氣壓力降至0.4305Mpa、副氣壓力在0.4705Mpa進(jìn)入汽輪機(jī)，在0.4505Mpa(副氣壓力高于主氣壓力0.04Mpa，混合取壓力各變化0.02Mpa)壓

106、力下混合過程：(全部修正)</p><p>　　表17 有低壓省煤器時(shí)有無給水預(yù)熱器對各參數(shù)的影響</p><p>　　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0.44％。排煙溫度降低了19.23℃。</p><p>　　表18 無低壓省煤器時(shí)有無給水預(yù)熱器對各參數(shù)的影響</p><p>　　有給水預(yù)熱器與無給水預(yù)熱器相比較，余

107、熱有效利用率提高了0.43％。排煙溫度降低了19.13℃。</p><p>　　圖11 系統(tǒng)改進(jìn)前后對余熱利用率的比較</p><p>　　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(shí)，排煙溫度都降低了19℃左右；余熱有效利用率提高了0.45％左右。所以在不需要煙風(fēng)循環(huán)時(shí)，加給水預(yù)熱器是相當(dāng)必要的。 </p><p><b>　　

108、結(jié) 論</b></p><p>　　1. 根據(jù)燒結(jié)余熱資源特性，設(shè)計(jì)燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的難點(diǎn)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。綜觀國內(nèi)外燒結(jié)余熱發(fā)電工程，雙壓熱力系統(tǒng)因遵循了能量梯級利用原則，其熱能利用效率更高。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(jià)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。</p><p>　　2. 燒

109、結(jié)余熱煙氣參數(shù)存在一個(gè)優(yōu)化選取過程,燒結(jié)機(jī)尾部余熱煙氣量的選取主要受限于主煙道煙氣的酸露點(diǎn)和尾部幾個(gè)風(fēng)箱的風(fēng)溫,本項(xiàng)目冷卻機(jī)余熱煙氣量采用均等法或者不均等法，對系統(tǒng)的發(fā)電量影響不大。</p><p>　　3. 分析熱端溫差、節(jié)點(diǎn)溫差及接近點(diǎn)溫差對主蒸汽壓力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)及系統(tǒng)余熱有效利用率的影響得出，熱端溫差和接近點(diǎn)溫差對系統(tǒng)發(fā)電功率的影響較小, 而節(jié)點(diǎn)溫差對系統(tǒng)發(fā)電功率的影響較大。</p><

110、p>　　4. 在保證余熱鍋爐傳熱端差許可的范圍內(nèi)，考慮到余熱鍋爐的經(jīng)濟(jì)性,燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的主蒸汽溫度越高越好；主蒸汽壓力在不同工況下存在相應(yīng)的最佳值，結(jié)果表明，在余熱資源條件和主蒸汽溫度一定的情況下，燒結(jié)余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)主蒸汽壓力選取1.6～2.5MPa時(shí)，系統(tǒng)的余熱有效利用率較大；低壓蒸汽溫度在考慮了經(jīng)濟(jì)性和傳熱端差的范圍內(nèi)也是越高越好；低壓蒸汽壓力越高，余熱鍋爐排煙溫度越高，系統(tǒng)的余熱有效利用率就越小，故低壓蒸汽壓力在許可范

111、圍內(nèi)宜取下限。</p><p>　　雖然如此，由于個(gè)人能力有限，設(shè)計(jì)中不可避免會存在一些問題。希望各位老師，專家能夠給予批評指正</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　肖衍黨，李晨飛．燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化分析[J]．燒結(jié)球團(tuán)，2011，(3)：11～20</p><p>　　閆為群，欒穎．燒