热能与动力工程毕业论文.doc
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1、多品位余热综合发电技术的应用研究上海电力学院本科毕业设计(论文) 题目:多品位余热综合发电技术的应用研究 院系: 能源与环境工程学院 专业年级:热能与动力工程2006级学生姓名: 学号:20061021指导教师: 2010年6月21日目 录中文摘要ABSTRACT 第一章 绪论11.1 余热发电背景、发展及意义11.2国内各行业余热利用现状11.2.1纯低温水泥余热发电利用21.2.2焦炭行业余热利用现状31.2.3钢铁行业余热利用现状31.2.4 浮法玻璃生产余热利用现状3第二章 多品位余热综合发电技术的应用研究介绍52.1 余热发电的基本原理52.2我国水泥窑余热发电技术52.2.1低温低
2、压系统52.2.2次中温中压系统72.2.3 闪蒸余热发电技术92.2.4 单压进汽、双压补汽、闪蒸补汽热力系统比较112.3余热回收发电的效益分析和前景预测122.3.1经济效益估算122.3.2 社会效益预测13第三章 余热回收发电系统主要设备及系统配置143.1 余热锅炉143.2 汽轮发电机143.3 热力系统153.4注意事项153.5 经济评价及投资分析153.6 余热系统应注意的几个问题163.6.1热力循环系统问题163.6.2 各余热锅炉进出口废气参数选取的问题163.6.3预热器出口废气温度的选取问题163.6.4 预热器余热锅炉漏风问题173.6.5 预热器余热锅炉进出口
3、废气管道阀门设置问题173.6.6汽轮机组问题17第四章 闪蒸做功计算和钢厂烧结余热发电应用分析184.1一级闪蒸复合发电系统的做功计算184.1.1 闪蒸扩容基本原理184.1.2 闪蒸后低压蒸汽做功184.1.3 进入汽轮机主蒸汽做功194.2 某钢厂烧结环冷机余热发电应用分析20第五章 结论235.1 余热发电技术总结23参考文献25致谢26附录一 外文翻译27多品位余热综合发电技术的应用研究摘 要现代大型企业,尤其以钢铁、水泥、玻璃等行业中,存在大量的100500左右的各种载体形式、各种品位的余热热能。由于各种余热的品位参差不齐,往往只有限的利用了较高品位的余热,对较低品位热能没有得到
4、充分利用。因此本课题的主要目地在于设计验证一种适用于多种载热工质,能对高、中、低多种品位余热进行综合回收利用的常规发电技术。在各种余热发电技术中,水泥行业纯低温余热发电技术是中国最为先进、推广最为成功的。余热利用技术降低了环境污染和能量浪费,对企业增加收益和节能环保都是非常有利的,有着积极的应用价值。关键词: 多品位热能; 余热利用; 闪蒸复合发电; 余热锅炉 Comprehensive multi-grade waste heat of power generation technologyABSTRACTModern large-scale enterprises, especially
5、iron and steel, cement, glass and other industries, there are a lot of 100 500 various carriers around the form of various grade heat energy. A variety of mixed grade waste heat, often only limited use of a high-grade waste heat, heat the lower grade has not been fully exploited. Therefore, this iss
6、ue is to design the main objective to verify the one for multi-containing thermal transfer, can be high, medium and low grade waste heat a variety of comprehensive recycling of conventional power generation technologies. In a variety of waste heat power generation technology, cement industry, waste
7、heat power generation technology is the most advanced and most successful promotion. Waste heat recovery technology reduces environmental pollution and energy waste, increase revenue of enterprises and are very beneficial to the environment. So waste heat power generation technology has a positive v
8、alue.Key words: Multi-grade heat; Maste heat recovery; Flash hybrid power generation; HRSG31第一章 绪论1.1 余热发电背景、发展及意义余热是在一定经济技术条件下,在能源利用设备中没有被利用的能源,也就是多余、废弃的能源。300500这样一个温度范围的余热资源非常丰富,在我国高能耗行业大量存在。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。根据调查,各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%67%,可回收利用的余热资源约
9、为余热总资源的60%。如果我们能将这些余热资源重新整合利用,不仅能增加企业的经济效益,同时对节能环保也是十分重要的。专家推算,中国的节能潜力约为3亿吨标煤,若按每吨标煤1000元计算,中国的节能产业规模可达到3000亿元,其中余热发电就能拥有1000亿元以上的巨大市场。从能级的品质上,余热资源可以分为高品位和低品位两种。高品位余热资源是指能量密度高、稳定连续的余热资源,如高温的过热蒸汽,焦炉煤气等。由于品位较高,这些余热余能的利用相对较为容易。而低品位余热资源,如300400的烟气、饱和蒸汽或过热度很小的蒸汽、8090的热水等,由于受技术的限制、企业节能意识的淡薄和国家政策的缺失,过去一直没有
10、得到有效的回收利用。工业生产过程中会产生大量的余热资源,有效回收利用这些余热资源,既能减少能源的浪费,又能减少环境的污染,防止温室效应的加速,是降低能耗、提高能源利用效率、降低企业生产成本和提高企业综合经济效益与社会效益的重要途径。1.2国内各行业余热利用现状余热的回收利用途径很多。一般说来,综合利用余热最好;其次是直接利用;第三是间接利用(产生蒸汽用来发电)。依据余热介质的不同,其合理利用顺序如下:(1)余热蒸汽的合理利用顺序是:动力供热联合使用;发电供热联合使用;生产工艺使用;生活使用;冷凝发电用。(2)余热热水的合理利用顺序是:供生产工艺常年使用;返回锅炉及发电使用;生活用。(3)余热空
11、气的合理利用顺序是:生产用;暖通空调用;动力用;发电用。鉴于此,在工业上,余热一般优先供生产自用,当有剩余时,虽然直接利用(如暖通空调用或动力用)对能源的利用率要更高一些,但限于暖通空调用量较小且季节变化较大的特点,以及作为动力用要求负荷相对稳定的特点,该种利用方式具有一定的局限性。更多地,则是选择采用余热发电的技术对能源进行回收利用。 在钢铁、石油化工、建材、水泥、制糖等行业中,生产厂家具有大量低品位余热,包括低品位烟气、蒸汽和热水等,这些热量品位低、数量大、分布较散,基本不能为生产再利用。各行业专家及有关科研机构为了有效回收可资利用的余热资源,进一步就余热回收发电领域进行积极的探索、研究,
12、相继开发出了纯低温余热发电技术及相配套的汽轮机研发、设计、应用技术,可使发电机增加25%的发电量。该技术能够将企业中大量的低品位废热集中发电,进一步提高企业能源的利用率,为各种类型企业节能环保开辟了一条新路。目前,已经投入运营或立项研究的余热发电技术主要包括(但不限于)如下行业:(1)水泥行业余热发电技术;(2)焦化行业焦炉尾气余热回收发电技术;(3)钢铁行业转炉余热发电技术;(4)钢铁行业烧结余热发电技术;(5)钢铁行业息焦余热发电技术;(6)建材行业浮法玻璃线余热发电技术;(7) 石化行业余热发电技术;目前,余热发电技术在我国水泥行业应用比较普遍,产业和市场化程度都很高,行业发展相对成熟,
13、而有色、钢铁、化工等行业的低品位余热发电技术的应用在我国才刚刚开始。1.2.1纯低温水泥余热发电利用纯低温余热发电是完全利用余热,无外加热源的发电系统,即利用出预热器350的烟气余热产生低压过热蒸汽,并将出篦冷机的烟气出口前移,以获得350左右的烟气,可产生饱和热水和低压过热蒸汽。该系统的特点是系统简单,便于管理。在国内,经过十几年的开发、研究和若干实际工程投产运行,对于水泥窑余热发电来讲,纯低温余热发电技术无论是热力循环系统还是设备(国产化)都已成熟可靠,尤其是补汽式汽轮机的研制成功,使我国余热发电技术及装备除了汽轮机本体效率比日本略低外,总体上的技术水平已经赶上国际先进工业国家,为我国众多
14、的不同窑型水泥生产厂提供了可供选择的余热发电技术及装备。水泥行业纯低温余热发电属于中国最为先进、推广最为成功的余热发电技术。其利用AQC窑头余热锅炉和SP窑尾余热锅炉分别对水泥窑的窑头和窑尾的废气余热进行回收,加热给水产生低温蒸汽冲动汽轮发电机组做功发电。目前对应于水泥生产线的生产能力,通常配置容量如下:(1)1300t/d级水泥生产线纯低温余热电站(余热发电容量1.5MW低压不补汽)(2)2500t/d级水泥生产线纯低温余热电站(余热发电容量3.0MW低压不补汽)(3)5000t/d级水泥生产线纯低温余热电站(余热发电容量6.0MW低压不补汽)此外,杭州易达公司专利设计方案,采用次中压参数设
15、计,发电容量将在现有基础上提高2030。水泥窑余热发电装置利用水泥窑排烟余热,发电时不影响水泥熟料的生产,也不需要额外的补燃燃料,是安全可靠的余热发电技术。水泥余热发电工程造价约为70008000元/kWh,投资回收期通常为34年。1.2.2焦炭行业余热利用现状焦化工艺在生产过程中将产生大量温度约达到1000的烟气,在未被利用之前,直接通过烟囱排放,一方面造成了热污染,另一方面也浪费了大量能源。鉴于此,2005年,联合国工业发展组织(UNIDO)为促进中国的环保和节能降耗工作,以山西省焦化企业为试点推广焦炉尾气发电项目,选定高平兴高焦化有限公司和太原港源焦化有限公司2家为试点焦化企业,并取得成
16、功。总体而言,焦炭行业余热利用较水泥行业余热利用发展要较为缓慢,也未象水泥行业余热利用形成规模化和产业化,只是进入到21世纪后逐步发展,但限于认识和投资等因素,项目建设速度较为缓慢。在全国范围内,山西省内焦化企业相对较多,对应在该领域内也较全国其他地域发展较快,已经有一部分企业余热利用项目建成投产,经济效益和社会效益良好。以年产60万吨的焦化企业为例,其可配套建设212MW余热电站项目,工程投资约为1.21.3亿元人民币,投资回收期约为3年。1.2.3钢铁行业余热利用现状烧结矿余热回收技术,用空气冷却热烧结矿(烧结设计规范中要求生产冷烧结矿),高温空气使锅炉产生高压和中压蒸汽,再进行发电,低温
17、空气可以用于热风烧结。而炼钢转炉中通过安装汽化冷却烟道,构成蒸汽发生系统,可产生饱和蒸汽用于发电。目前,该两类余热利用方式包括济南钢铁、昆明钢铁、马鞍山钢铁等在内的多个钢铁企业都已经付诸实施,并取得了良好的收益。经测算,该类余热发电项目单位造价在6500元人民币/kWh,项目投资回收期为2.54年。钢铁工业领域低温余热发电的市场约合150亿元,而该行业的余热发电真正实施则是从2005年以后陆续有企业建设并投产,因此,于钢铁行业而言,其余热发电尚处于起步和推广阶段,其技术也在逐步完善和提高的阶段。相信在不久的将来,随着技术的成熟和市场的完善钢铁行业余热发电也将迎来一个发展的高峰。 1.2.4 浮
18、法玻璃生产余热利用现状目前,国内的平板玻璃行业大多采用浮法玻璃生产技术,一条500t/d的浮法玻璃生产线的烟气余热一般可生产饱和蒸汽7至8t/h,目前这些余热蒸汽主要用于冬季采暖,其他时间除极少量蒸汽用来加热重油外,大量蒸汽白白浪费掉,为此,广州市瑞溥能源环保科技有限公司在多年研发饱和蒸汽发电技术的基础上,开发出适合浮法玻璃生产线用的余热发电技术,每千瓦的投资仅需人民币4000元,投资回收期约1年,其经济效益和社会效益十分显著。1.3本课题研究的内容本课题的主要目地在于设计验证一种适用于多种载热工质,能对高、中、低多种品位余热进行综合回收利用的常规发电技术。从而将其中的热能,按品位高低,充分的
19、转化为机械功,进一步降低余热排放温度和数量,并结合能量的梯级综合利用,大幅度减少对环境的影响。因此对企业增加收益和防止环境污染都是非常有利的,有着积极的应用价值。在给定的余热资源条件下,由于可利用的温差比较小,其理想卡诺循环的效率相对比较低,因此利用现有条件,合理设计余热锅炉、汽水参数、扩容压力等级,以及组织合理的热力系统,是构造这一循环的基本设计因素。本文拟进一步通过优化设计,以得到最佳可行的功率、效率输出,从而增大企业效益和节能环保。第二章 多品位余热综合发电技术的应用研究介绍2.1 余热发电的基本原理余热发电的基本原理是将工业生产中排出的余热通过余热回收装置(如余热锅炉)产生过热蒸汽或者
20、饱和蒸汽来推动汽轮机,实现热能向机械能的转换,再带动发电机发电。用于发电的余热主要有:高温烟气余热,化学反应余热,废气、废液余热,低温余热(低于200)等。2.2我国水泥窑余热发电技术基于水泥行业中纯低温余热发电技术已发展成为中国最为先进、推广最为成功的余热发电技术,所以笔者的研究课题主要针对水泥行业余热发电技术展开。我国水泥窑余热发电技术的研究开发及推广应用工作到目前为止大体上经历的三个阶段:第一个阶段:自1985年起至1995年的干法中空窑高温余热发电技术的研究开发及推广应用阶段。至2005年,利用水泥窑高温余热发电技术累积为水泥行业干法中空窑配套建设了220余台发电机组,发电总装机约72
21、0MW;第二个阶段:自1989年起至2000年的带补燃锅炉的新型干法窑中低温余热发电技术的研究开发及推广应用阶段。这个阶段的工作为开展新型干法窑纯低温余热发电技术的研究开发奠定了基础。至2005年,利用带补燃锅炉的新型干法窑中低温余热发电技术累积为28家水泥厂、34条700t/d至2000t/d新型干法窑配套建设了28台、总发电装机约348MW、单机容量在4.5MW15MW的以煤矸石等劣质燃料的带补燃锅炉的中低温余热电站。第三个阶段:为1996年起至目前的新型干法窑纯低温余热发电技术的研究开发及推广应用阶段。这个阶段的工作开发出了多种成熟的、具有我国自主知识产权的水泥窑纯低温余热发电技术及装备
22、,目前仍在不断完善、提高和发展之中。至2008年,利用新型干法窑纯低温余热发电技术累积为国内263条新型干法窑配套建设了约218台、总发电装机约1635MW、单机容量在2.5MW25MW的纯低温余热电站。经过二十多年的时间,在从事水泥窑余热发电技术研究开发、推广应用工作的同志们努力下,我国水泥窑余热发电技术取得了令世人瞩目的成绩,技术水平基本达到了国际先进水平并在国内、国际水泥企业得到了广泛的应用,为节能减排、保护环境、提高企业效益做出了重要贡献。目前水泥行业已经推广应用的几种纯低温余热发电技术,以蒸汽参数来分,基本上有两类:一类为0.691.27MPa280340的低压低温系统,一类为1.5
23、72.47MPa-325400的次中压中温系统。2.2.1低温低压系统对于0.691.27MPa280340的低压低温系统,其热力系统构成有如下三种模式:其一:单压不补汽式纯余热发电技术,见图21。图21 单压不补汽式纯余热发电技术单压系统是目前最普遍采用的热力系统,其流程如图1所示。本热力系统中,窑头余热锅炉和窑尾余热锅炉生产相同或相近参数的主蒸汽,混合后进入汽轮机,主蒸汽在汽轮机内作功在凝汽器凝结成水,经窑头锅炉加热后到热力除氧器除氧,由给水泵送入窑头余热锅炉加热,窑头余热锅炉生产的热水再为窑头余热锅炉蒸汽段和窑尾余热锅炉供水,两台余热锅炉生产出合格的主蒸汽,从而形成一个完整的热力循环。单
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