烧结余热发电系统双压循环热力参数优化毕业论文(编辑修改稿)

烧结余热发电系统双压循环热力参数优化毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

技术达到世界先进水平。 环冷机一段 (中温 )废气用于余热锅炉生产蒸汽，每小时产 蒸 汽 7～ 10t， 环冷机二段 (低温 )废气分别用于循环烧结和代替天然气解冻原料，前者可降低固体燃料消耗 10%～ 15%，后者每年节省 600万 m3天然气。 1999年 鞍山热能院在鞍钢烧结厂三烧车间改造工程中为 1号和 4号烧结带冷机设计并安装了翅片管式余热锅炉，获得的过热蒸汽温度为160～ 250℃，过热蒸汽压力为 ～。 利用烧结带冷机余热发电，是一种节能方式转变的大胆尝试。 马钢烧结带冷余热发电系统是中国第一套利用烧结冷却机余热发电的系统，旨在回收马钢 2台河北 联合大学 毕业论文 7 300m3烧结机带冷烟气余热进行蒸汽动力发电，将烟气余热转变为电能，最大限度的发挥余热利用效果。 烧结带冷机烟罩出口的 360℃ ～ 395℃烟气从余热锅炉顶部进入锅炉 (过热器、蒸发器和省煤器 )进行热交换，烟气温度降至 160℃后可直接排放，也可再由循环风机将部分烟气 (最大约 60%)经烟道返回带冷机循环冷却烧结矿使用。 每台余热锅炉配一台引风机。 余热锅炉产生的过热蒸汽推动汽轮发电机组发 电。 近几年随着纯低温余热发电技术发展和在国内的推广应用，作为其主要设备的纯低温余热锅炉受到哈锅、杭锅等主要锅炉厂家的高度重视。 目前各厂家开发设计的余热锅炉主要用于日产 1200t/d、 2500t/d、 5000t/d水泥窑余热发电系统，从国内已投运的几套 2500t/d、 5000t/d窑配套余热锅。 炉的运行的实践看，尚存在一些问题需要不断改进和完善。 以前国内只有部分较大型的烧结厂设置了余热回收系统，且都没有将回收的蒸汽用于发电。 后来太钢、兴澄特钢建了饱和蒸汽发电机组，但由于饱和蒸汽发电汽耗很高，装机容量均不大。 20xx年 9月 1日，马钢第二炼铁总厂在两台 300m2烧结机上开工建设了国内第一套余热发电系统，该系统于 20xx年 9月 6日并网发电。 废气锅炉采用卧式自然 循环汽包炉 ， 汽轮发电机组采用多级 冲动 混压 凝汽式。 20xx年全年累计发电 千瓦时 ，产生经济效益 2367万元。 节约标煤 t/a，意味着每年减少排放 CO2约 8万 吨 ， SO2约 300吨 ， 具有很好的社会效益和环境效益。 该余热电站采用了自然循环废气锅炉，烟风系统和汽水系统综合了热风循环技术、闪蒸余热发电技术和汽轮机补汽技术，能很好地适应烧结余热电站出力波动性较大的特性，使余热电站在烧结机运行参数经常调整的情况下也能够长期稳定运行。 济钢第二烧结厂 320m2烧结机余热发电工程于 20xx年 5月开工， 20xx年 3月 27日完成 168小时试运行，系统运转逐渐趋于稳定。 该 烧结机余热发电 工程在烟风系统和汽水系统中采用了热风循环技术和 汽轮机 双压补汽技术 ， 用一台 Q390/()— ()/375() 型号的 双 压 余 热 锅 炉 和 一 台— ()+QFW102A补汽凝汽式汽轮发电机组，设计发电能力 8200千瓦 ，日发电量可达 15 104 千瓦时 ，能负担烧结厂 35%～ 40%的用电量。 另外昆钢三烧、昆钢集团玉溪新兴钢铁厂烧结余热电站也于近期投入运行，国内还有多个烧结余热电站正在建设当中。 河北 联合大学 毕业论文 8 存在问题 烧结 余热发电技术至今还为完全成熟，主要由以下三个主要问题： 1. 品质整体较低，低温部分所占比例大 随着烧结矿冷却过程的进行，带冷机烟囱排出的废气温度逐渐降低，烟气温度从 450℃逐渐降低到 150℃以下，如图 2所示。 高温部分温度在 300～ 450℃之间 ，我们的测量结果，这部分废气占整个废气量的 30 %～ 40 %， 低于 300℃的废气量占所有冷却废气量的 60 %以上。 整体来讲烧结余热属于中低品质热源 ， 且低品质所占比例较大。 1 2 3 4 550100150200250300350400450500废气温度烟囱号 图 2 烧结矿冷却过程中废气温度分布 2. 烟温波动幅度 较 大 烧结生产中，随着烧结矿在烧结机上的烧成情况不同，其冷却过程中产生的废气温度也不同。 烧结矿欠烧时，冷却过程中产生的废气温度高 ， 过烧时，冷却过程产生的废气温度低。 以济钢第二烧结厂 320m2为例 ， 余热回收段废气温度最高能达到 520℃，最低时只有 280℃。 如此大范围的温度波动给利用烧结余热发电带来了很大的困难， 继而烟气温度变化频繁，致使汽轮发电机组频繁启动， 这是烧结余热发电设计过程中要重点解决的问题。 3. 热热源的连续性难以保证 热源的连续性是对余热进行有效回收的必要条件。 烧结余热主要来自热烧结矿所携带的物理显热，只有当烟气回收段连续不断的有烧结矿通过时，烧结余热河北 联合大学 毕业论文 9 才能成为一种连续的热源。 若烧结矿物流中断，整个余热回收系统的热源也就中断了。 在烧结生产中由于设备运行的不稳定性，短时间的停机很难避免，烧结矿物流的中断是经常出现的情况，所以烧结余热热源的连续性难以保证。 同时 春 冬季节环境温度低引起烧结烟气温度低 ， 余热锅炉产生的过热蒸汽温度达不到汽轮机要求的最低进汽温度而被迫停机 ， 使烧结余热得不到充分利用。 发展趋势 钢铁企业烧结 余 热发电成为目前业界普遍认可的 的节能减排的渠道之一。 《 “ 十二五 ” 节能减排综合性工作方案》指出到 20xx 年，国内工业锅炉、窑炉平均运行效率比 20xx 年分别提高 5 个和 2 个百分点，电机系统运行效率提高 2～ 3个百分点，新增余热余压发电能力 20xx 万千瓦。 而钢铁工业是我国重点的耗能大户，总能耗约占全国总能耗量的 15%左右，钢铁生产工艺流程长，工序多，且主要以高温冶炼、加工为主，生产过程中产生大量余热能源，主要来自烧结机烟气显热、红焦显热、转炉烟气及加热炉炉底的余热回收装置等，各种余热资源约占全部生产能耗的 68%。 钢铁行业 余热发电 则将是一个大蛋糕，十二五将迎来发展期 3。 目前，很大部分钢铁公司已经建立钢铁企业的独立的能源管理中心 (如武钢、 攀钢、鞍钢等 )。 企业能源中心的建立有利于全厂余热资源的统一调配，并且已将烧结余热回收产生的过热蒸汽或饱和蒸汽供给自备电厂或附近的高炉煤气电站用于发电，将系统产生的低压饱和蒸汽供给厂区低压蒸汽管网，参与全厂蒸汽平衡将成为目前和以后烧结余热发电的指导思想之一。 在全国能源资源日益紧张的严峻形势下，根据国家产业政策加强高耗能产业的节能工作，淘汰落 后产能，实行企业节能技术改造项目“以奖代补”新机制，将促进更多的钢铁企业淘汰效率低下的产蒸汽设备，新上高效的换热设备，在满足工艺用热的前提下建设余热发电系统。 近几年，随着双压、闪蒸发电和补汽蒸汽式汽轮机在技术上获得突破，烧结余热发电技术已逐渐进入成熟阶段，同时其在节能环保、减少污染排放、经济效益等方面的显著优势使得其发展迅速。 课题研究方法及研究内容 研究内容 1. 热双压发电系统 烟气参数优化 选取 河北 联合大学 毕业论文 10 通过对以往国内外 烧结余热发电技术及系统流程 ， 对不同工况下烧结余热发电系统的发电量进行理论计算和比较 ， 同时考虑生产设备及运行限制因素 ， 对烧结余热烟气参数进行了优化选取 并绘图分析。 2. 余热双压发电系统蒸汽参数选取 深入了解 烧结余热发电系统 系统， 通过建立烧结余热发电双压系统的热力模型 建立， 计算分析了主蒸汽温度、主蒸汽压力、低压蒸汽温度和压力等关键参数的 优化 选取并绘图分析。 3. 余热双压发电系统几种结构的优化 通过锅炉热平衡计算，兼顾安全性， 分别比较双压热力循环系统有无低压过热器、双压热力循环系统有无低压省煤器、双压热力循环系统有无给水预热器的余热锅炉有效利用率的 比较 ，确定适合 烧结余热发电双压循环系统最佳 结构组合和配比。 研究方法 课题研究主要是开展应用基础研究，理论与实践相结合， 论文 是 根据 济钢第二烧结厂 320m2 烧结机余热发电 系统优化研究， 通过查阅相关文献及技术资料，结合自身所学 烧结余热锅炉的 相关理论，了解 烧结余热双压发电循环系统 当前发展概况 ， 并以此为基础对 系统 的 的主蒸汽参数、主蒸汽压力、排烟温度等关键参数进行优化，同时在此优化方案的基础上 提出以余热有效利用率 (即单位进口烟气热量发电功率 ) 来评价余热发电系统的效率。 课题预期目标 通过课题的研究， 得出烧结余热发电系统双压循环热力参数优化方案。 同时，通过大量科技文献的阅读和对专业知识的深入思考， 使学生掌握烧结余热发电系统双压循环热力参数优化的过程，夯实学生的理论基础， 提高分析和解决工程实际问题的能力； 通过对文章的整理和图标的制作，丰富了软件的知识； 通过对英文文献的翻译，提高专业英语水平，为 学生参加工作 打下坚实的基础。 河北 联合大学 毕业论文 11 2 烧结余热双压发电系统热力参数优化模型 热力参数优化 的目标函数 吨矿烧结余热发电量是目前衡量烧结余热发电水平技术指标常用的一个指标。 该指标综合体现了烧结生产过程和余热发电系统的性能，但没有考虑烧结矿的形成热、台车上烧结矿层厚度、烧结矿冷却过程产生的烟气温度及烟气量等因素对发电量的影响。 对于上述不同因素的余热发电系统 ， 吨烧结矿余热发电量作为各系统的比较标准不够准确 ， 而且该指标不能体现不同生产线配套的余热发电系统各部分的性能差异 ， 从而确定系统改进和优化的方向。 本文以质量平衡与能量平衡方程为基础 ， 建立了相应的烧结余热发电双压系统热力计算模型 ， 并提出以余热有效利用率 (即单位进口烟气热量发电功率 ) 来评价余热发电系统的效率。 余热有效利用率定义为余热发电量与冷却机余热锅炉进口烟气总热量的比值 ， 计算过程如下 ： 单位进口烟气热量： bininginbininin VhVVQq ,  „„„„„„„„„„„„ (1) 式中： inQ — 为余热锅炉进口烟气总热量， hkJ ； binV, — 为余热锅炉进口烟气总热量， hNm3 ；  — 为进口烟气密度， 3mkg ； ginV, — 为进口工况烟气量， hNm3 ； inh — 为进口烟气焓值， kgkJ。 余热发电功率： 3 6 0 0])()([ , fboutbnibzoutzinztu r b in e hhDhhDP   „ (2) 式中： turbineP — 为汽轮机发电功率， kW； zD — 为主蒸汽量， t/h； znih, — 为主蒸汽进汽焓， kgkJ ； outh — 为汽轮机排汽焓， kgkJ ； bD — 为补汽量， t/h； bnih, — 为补汽进汽焓， kgkJ ； 河北 联合大学 毕业论文 12 z — 为汽轮机主蒸汽做功效率， %； b — 为汽轮机补汽做功功率， %； f — 为发电机效率， % 余热有效利用率： ])3600([ inturbine qP %100 „„„„„„„„„„„„„ (3) 余热有效利用率消除烧结矿形成热、余热烟气温度及烟气量等因素对发电量的影响，可用于不同余热发电系统之间的性能对比。 烧结余热发电热力参数优化模型边界条件的特殊性 正确设置烧结余热发电热力参数动态优化模型的边界条件是确保模型科学性的基础，烧结余热发电热力参数优化模型的边界条件具有很大的特殊性，下面从四个方面进行讨论。 余热锅炉入口热废气温度 在传统的低温余热发电热力参数优化过程中，余热锅炉入口热废气温度均按定值处理，由于烧结余热发电系统采用了废气循环的方案，余热锅炉入口的热废气温度与余热锅炉结构自身及热力参数配置本身产生了复杂的关联关系，其关联方式为 ， 当余热锅炉自身结构及热力参数发生变化时，余热锅炉排烟温度随之变化，即循环废气的温度随之发生变化，最终导致冷却机出口热废气温度的变化，即余热锅炉入口热废气温度变化。 余热锅炉排烟温度与余热锅炉入口热废气温度之间的关联关系是非线性的，需要通过烧结冷却机气固换热过程进行描述。 因此，在烧结余热发电热力参数优化过程中，余热锅炉入口热废气温度按定值处理是对发电系统设计基础数据的错误引用，传统热力参数优化模型对这一点的忽略，是造成烧结余热发电系统实际运行效果不佳的本质原因之一。 烧结冷却机热废气工艺性波动条件 烧结余热发电的特殊性之一就是烧结冷却机热废气参数的工艺性波动较严重，实测结果显示 ： 烧结冷却机废气温度波动幅度超过 20℃的概率达 50%，波动幅度超过 30℃的概率仍高达 28%。 因此，烧结冷却机热废气工艺性波动的波幅及概率应作为热力参数优化过程中约束发电系统动态适应性的边界条件。 河北 联合大学 毕业论文 13 主蒸汽温度的波动幅度及副汽压力的波动幅度 在发电系统中，蒸汽轮机要求主蒸汽温度波动幅度一般小于 20℃，补汽压差要求的副汽压力的波动幅度不超过 ，通过上述限制条件，可以分别反推出不同热力参数配置方案下，引起发电系统非正常停机及引起补汽系统失效的入炉废气参数的最大允许波动限值，并用其。