1、 哈尔滨工业大学成人教育学院专科毕业论文（设计） 哈尔滨工业大学 2006 级毕业设计（论文） 日照钢铁 360 烧结余热发电 分析 报告 年 级 : 2011 学 号 : 1177 姓 名 : 吕成广 专 业 : 热能动力设备及应用 指导老师 : 2012 年 12 月 1 日 哈尔滨工业大学成人教育学院专科毕业论文（设计） 摘 要 对余热发电系统而言，关键就是在主工艺生产条件下保证余热资源的连续与稳定，再遵循能源梯级利用原理，将烧结冷 却机的烟气余热用于发电，建立余热发电系统，使余热资源得到充分利用。蒸汽发电是一个稳定连续的过程，由汽轮机的运行特性决定了所需要的蒸汽压力、温度和流量能连续和
2、保持稳定。 当前蒸汽轮机发电技术已经很成熟，但要与具体的工艺过程相适应，对具有显著主工艺过程的系统却是一个新课题。要成功实现上述烧结冷却机余热发电系统，需要对烧结机整个主工艺过程进行深入了解，对主工艺与发电系统之间相互影响的关系进行分析，并在此基础上实现最佳耦合。 烧结余热发电热源品质较低，在环冷机中 60%以上的烟气温度低于300；烧结余热发电废气温度 波动较大，当烧结矿欠烧时烟温能达到450，过烧时只能达到 260，如此大范围变化，给烧结余热发电带来很大的困难。 根据烧结余热发电实践来看影响烧结余热发电高低的主要因素有进入冷却机上烧结矿的温度、烧结矿产量、冷却机密封、烧结余热发电系统运行热
3、效率及烧结机意外停机次数密切相关。 关键词 烧结余热发电主要配置及技术参数；烧结余热发电工序能量平衡及节能诊断分析；下一步提高发电量的措施 哈尔滨工业大学成人教育学院专科毕业论文（设计） III Abstract Waste heat power generation system, the key is in the main process waste heat from production under conditions ensuring the continuity and stability of resources, and then follow the principle
4、of energy cascade use, flue gas waste heat of sintering cooler for power generation, establishment of a cogeneration system, to fully use the waste heat. Steam power was a stable and continuous process, by the steam turbine operation characteristics determine the required steam pressure, temperature
5、 and flow can be continuous and stable. The current steam turbine power generation technology has matured, but to adapt to specific processes, systems with a significant primary processing is a new topic. To successfully achieve the above sinter cooler waste heat generation system, and requires in-d
6、epth understanding of the entire primary process of sintering machine to the primary process and power systems analysis of the interactive relationship between, and on this basis optimal coupling. Heat source lower-quality sinter waste heat power generation, in ring cooler 60% flue gas temperatures
7、below 300 c above; sintering waste heat power generation exhaust gas temperatures fluctuate, when due to the burning of sintered ore flue gas temperature up to 450 c, had burned only up to 260 c, so widespread changes, brought great difficulties to sintering waste heat power generation. According to
8、 the practice of sintering waste heat power generation the main factors affecting the level of sintering waste heat power generation into the sintering temperature, sinter cooling machine production, cooling, sealing and sintering sintering machine operation thermal efficiency of power generation by
9、 waste heat system and number of unplanned outages are closely related.Abstract Keywords agglutination cogeneration main disposition and technical parameter; Agglutination cogeneration working procedure energy balance and energy conservation diagnostic analysis; Next step enhances the power rate mea
10、sure 哈尔滨工业大学成人教育学院专科毕业论文（设计） 目 录 摘 要 1 Abstract t II 第 1 章 前言 1 1.1 选题的背景及其意义 1 1.2 我国烧结余热发电现状 1 第二章日钢 2*360 烧结余热发电主要技术特点的应用 3 第三章烧结余热发电的设备配置 4 3.1 烧结机的主要配置及技术参数 5 3.2 环冷机的主要配置及技术参数 6 3.3 锅炉的主要配置及技术参数 6 3.4 汽轮机的主要配置及技术参数 6 3.5 发电机的主要配置及技术参数 7 3.6 调节系统 7 3.7 电气系统 7 3.8 供排水系统 8 第四章 烧结余热发电工序能量平衡及节能诊断分析
11、 8 4.1 烧结机热平衡计算 8 4.2 环冷机热平衡计算 13 4.3 锅炉热平衡计算 17 4.4 汽轮机热平衡计算 21 4.5 耗电分析 26 4.6 能量测试分析 28 第五章下一步提高发电量的措施 30 5.1 环冷机改造 30 5.2 烧结机落矿斗及环冷机机头除尘改造及落矿斗保温 31 5.3 环冷机风箱之间隔断密封 32 5.4 将环冷机机头至烧结机点火炉烟气管道改造至环冷机 3 段 33 5.5 环冷机采用废气叠加 33 5.6 烧结机工艺配合 34 5.7 保证汽轮机冷凝器最有利真空 35 结论 37 致 谢 38 参考文献 39 哈尔滨工业大学成人教育学院专科毕业论文（
12、设计） 1 第 1 章 前言 1.1 选题的背景及其意义 余热发电系统作为主工艺流程的一个附属工艺过程，决定了它与常规发电系统有很大的区别。发电系统的建设和运行须以不影响主工艺的正常工作为首要原则；在此前提下发电系统的首要目标是安全、可靠与稳定；其次才是如何最大限度地利用余热资源，提高余热利用的品质与效率。 对余热发电系统而言，关键就是在主工艺生产条件下保证余热资源的连续与稳定，再遵循能源 梯级利用原理，将烧结冷却机的烟气余热用于发电，建立余热发电系统，使余热资源得到充分利用。蒸汽发电是一个稳定连续的过程，由汽轮机的运行特性决定了所需要的蒸汽压力、温度和流量能连续和保持稳定。 当前蒸汽轮机发电
13、技术已经很成熟，但要与具体的工艺过程相适应，对具有显著主工艺过程的系统却是一个新课题。要成功实现上述烧结冷却机余热发电系统，需要对烧结机整个主工艺过程进行深入了解，对主工艺与发电系统之间相互影响的关系进行分析，并在此基础上实现最佳耦合。 本文分析烧结冷却机烟气特性及其主要影响因素的基础上，提出了优化烧结冷 却机烟气余热发电系统，烧结主工艺在生产调整中配合余热发电，产生高效清洁的电能，实现对这部分资源的高效利用。 1.2 我国烧结余热发电现状 钢铁工业是国民经济的重要基础工业，是国家经济水平和综合国力的重要标志。我国已经成为世界钢铁生产大国，钢产量居世界第一。钢铁工业作为高耗能、高污染的产业，也
14、是节能减排的重点对象。我国重点钢铁企业的烧结工序能耗平均水平为 64.83Kgce/t,国内最高水平为54.68Kgce/t,最差为 89.87Kgce/t,国内企业之间差距较大；而且国内先进水平和国外先进水平相比，能耗高 7.2%，差距较大。在钢铁企业中，烧结工序能耗仅次于炼铁工序，占总能耗的 10%-12%，其中，烧结主抽风哈尔滨工业大学成人教育学院专科毕业论文（设计） 2 机排放的烟气中所含的显热占 20%，冷却机排放的废气中显热占 30%,回收利用烧结生产程序中的余热是降低烧结工序能耗的重要途径，也是国家节能减排政策的要求。 目前，烧结厂余热利用的途径是针对烧结冷却机（包括环冷机、带冷
15、机）进行的。烧结工艺传统的余热利用形式有：热风烧结、余热锅炉产生饱和蒸汽并网或加热烧结混合料，此两种方式回收利用效率都不高。随着低温余热发电技术的发展，冷却机余热发电技术得到越来越多的钢铁厂的采用， 平均每吨烧结烧结矿产生的废气余热发电量可达 12-18kwh,可解决烧结厂 40%的用电，折合吨钢综合能耗可降低 57kg 标准煤。 2009年 12 月 29 日工信部推出了钢铁企业烧结余热发电技术推广实施方案，计划投资 50 亿在国家重点钢铁厂推广烧结余热发电技术。烧结余热发电是一项将烧结废气余热资源转变为电力的有效节能技术，并作为一项产业政策得到国家的鼓励与支持。 烧结机正常生产时，经过烧结
16、的热矿从烧结机的尾部落下，经单辊破碎机破碎后，通过热振筛进行筛分，再经溜槽落到冷却机台车上。烧结工艺需要高达 1200的温度，在溜 槽处的热烧结矿温度可达 800左右，主要以辐射形式向外散热，自溜槽落到冷却机上的料温通常在 600以上。一般烧结冷却机根据大小在其下方布置有数台 (3 5 台 )冷却风机，对烧结矿料层强制鼓风冷却。经与冷却一段、二段矿料换热后，在风罩内聚集的冷却风温度提高到 300500。烧结余热发电是利用烧结过程中热烧结矿在冷却机前段受空气冷却后产生的热废气，经余热锅炉把凝结水加热成中低压过热蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。 从实现能源梯级利用的高效性和经济性角度分析，余热发电是最
17、为有效的余热利用途径，最多每吨烧结矿产生的烟气余 热回收可发电 20kWh，折合吨钢综合能耗可降低 8 千克标准煤。我国烧结余热发电机组按余热锅炉形式分为四种，即：单压余热发电技术、双压余热发电技术、闪蒸余热发电技术和补燃余热发电技术。近年，低温余热发电技术已在建材等行业得到了广泛应用，特别是随着双压、闪蒸发电技术和补汽凝汽式汽轮机技术获得突破，大大提高了余热回收效率，为钢铁企业烧结余热发电技术的推广创造了条件。 中低压余热蒸汽发电技术已在国内外许多钢铁企业中得到推广和应用。而国内应用的有宝钢、首钢、马钢、安钢、邯钢、日钢等。国内一半以上烧结余热发电项目发电量只 能达到设计值的 60%，百分之
18、 20 的项目能哈尔滨工业大学成人教育学院专科毕业论文（设计） 3 达到设计值 80%，另外百分之 20 左右低于设计值 50%，整体效率较低。 第 2 章日钢 2*360 烧结余热发电主要技术特点的应用 2.1 不影响环冷机冷却，系统切换方便，利用烟气再循环提高入炉烟温： 经破碎筛分的烧结矿料通过溜槽落到冷却机台车上，随台车转动，炽热的矿料依次通过冷却机 I 段和段；冷却风在风机的作用下分别进入冷却机 I 段和段的下部风箱，然后通过 I 段和段矿料层，高温的烟气分别在 I 段和段的集气罩内聚集。工段集气罩内的烟气通过烟道进入余热锅炉用于加热锅炉的中压过热器 和部分中压蒸发器，在烟气温度降到与
19、段烟气温度一致时在余热锅炉内与来自段的烟气混合，然后再通过锅炉剩余的受热面；经过锅炉后的烟气温度降到 137左右，在循环风机的作用下被再次分别送入冷却机工段和段下部的冷却风箱，用于冷却矿料。在入炉烟气管道上设有重力除尘器，将烟气中携带的矿尘沉降下来，减少对锅炉受热面的冲刷和磨损。为了充分利用余热资源，余热锅炉分别产生两种不同压力和温度的蒸汽，即中压蒸汽和低压蒸汽。系统正常运行时，循环风机工作，关闭冷却机 I 段和段烟筒风门，环冷机 I 段和段烟气闭式循环。当余热锅炉系统故障时，可打开原冷却机 I 段和段烟筒风门，停止循环风机，此时余热烟气直接从冷却机 I段和段烟囱直接排放，不影响主工艺的运行；
20、同时，在 I 段和段风箱末端均设有隔离风门，将此段风箱与其他部分隔离，形 成独立的风箱，避免系统漏风环冷机烟罩采用分区收集、环冷风箱分区布风、余热锅炉排出烟气全部进入环冷机风箱循环、单风机、闭式循环系统，在不影响烧结料冷却工艺前提下，尽量提高余热锅炉进口废气温度，提高热能利用率。 2.2 采用双压余热锅炉技术： 余热锅炉采用两种不同压力、温度的蒸汽参数，锅炉自带除氧装置，哈尔滨工业大学成人教育学院专科毕业论文（设计） 4 实现能量的梯级回收，提高能量的回收利用率（如果不采用补汽技术额定工况锅炉排烟温度将达到 200，采用补汽后能降低为 137）。发电系统汽轮机的蒸汽来源分两路，机组设计主蒸汽压
21、力 1.8MPa(a) 温度345； 补汽的蒸汽压力 0.4MPa(a)，温度 205；补汽进入汽轮机第 6级之后做功。 2.3 汽轮机滑参数运行模式 采用滑参数运行在烟温低时可以降低余热锅炉中、低压汽包压力，降低中低压汽包内蒸汽饱和温度，在烟温低时提高锅炉蒸发量，降低锅炉排烟温度； 日钢烧结余热发电运行中受环冷机烟罩 盖 点焊漏风率大、烧结机有时短时间发生故障 停机 、烧结机限产、 烧结机料层薄 烧结矿过烧落料温度低等因素影响入炉烟温较低，使汽轮机进汽温度运行中大部分时间达不到额定值， 主汽流量更和额定值相差较大， 又因为烧结余热发电汽轮机进汽采用节流调节，汽轮 机主汽进汽压力只和进汽流量有
22、关，和高调门前的主汽压力无关， 所以汽轮机采用滑参数运行的方式， 尽量降低锅炉中压汽包中压力，增加蒸发量，增加烟气在锅炉中的换热量，提高锅炉热效率 。汽轮机进 汽流量 在设计值 30一 l00时，汽轮机发电机组均能正常运行 ，做到机组运行稳定，提高吨矿发电，最大的实现热能高效化。 2.4 采用螺旋鳍片管管箱 锅炉受热面全部采用管箱结构，管箱内部采用螺旋鳍片管，适应环冷机余热烟气温度低、流量大的特点；采用全疏水结构，锅炉疏排水方便、彻底。 2.5 两台锅炉供汽轮机可以防止一台烧结机短时间故障停机造成汽轮机停机 由于种种原因，在烧结生产中设备难以避免短时间停机，经常出现烧结矿生产中断，冷却机上烧结
23、矿物理热很快被鼓风冷却消耗完，如果一台锅炉供汽轮机，会经常发生余热热源连续性难以保证造成烧结余热发电设备停运，两炉一机可以有效的防止汽轮机频繁停机。 哈尔滨工业大学成人教育学院专科毕业论文（设计） 5 第 3 章 设备配置 日照钢铁 2 360 烧 结 余 热 发 电 设 置 两 台 型 号 为QC450/375-1.9(0.4)/350(212)的余热锅炉和 1 台型号为 NZ22-1.8/0.4的 22MW 汽轮发电机组，利用两台 360 烧结机热烧结矿在环冷机前段受空气冷却后产生的热废 气，通过循环风机将环冷机段烟罩中的高温烟气 (设计值 375 ， 45 万 N m/h) 引出 , 混
24、合后进入余热锅炉 , 加热锅炉内的水，把水加热成蒸汽，设计每台炉产生 1.9MPa/350的过热蒸汽 39.5t/h， 0.4MPa/212 的低压蒸汽 9.3t/h, 供给汽轮机发电 ,做完功的乏汽排入冷凝器凝结成水由凝结泵打入锅炉， 360 烧结余热发电设计发电机功率 18.3MW。工艺流程如下图所示： 3.1 烧结机的主要配置及技术参数 台数： 2 台 烧结机有效长度： 90m 烧结机有效烧结面积： 360m2 台车数量： 95 台车规格： 1.5 4 0.78m 台车运行速度： 1.33.9m/min 栏板高度： 0.78m 哈尔滨工业大学成人教育学院专科毕业论文（设计） 6 每台烧结
25、机处理量： 850t/h 3.2 环冷机的主要配置及技术参数 鼓风环式冷却机 台数： 2 台 安装角度 ： 3.5 有效冷却面积： 415m2 有效冷却长度： 约 104m 带速： 0.3 0.9m/min 台车宽度： 4000mm 料层厚度： 1500mm 冷却时间： 5080min 3.3 锅炉的主要配置及技术参数 型号： QC450/375-39.5(9.3)-1.9(0.4)/350(212) 台数： 2台 额定 /最大主汽蒸发量： 39.5/49.5t/h 中压额定蒸汽压力： 1.9MPa(a) 额定进汽温度： 350 补汽压力： 0.4MPa(a) 补汽温度： 212 补汽量： 9.3 t/h 凝结水进口介质温度： 45 入炉烟温： 375 排烟温度： 137 3.4 汽轮机的主要配置及技术参数 补汽凝汽式汽轮机 型号： NZ22-1.8/0.4
