钢厂废热回收利用潜力的研究与分析【优秀毕业课程设计】
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中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 毕业论文开题报告 学 生 姓 名： 高连 学 号： 12020143 名 ： 机械工程与自动化系 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 论 文 题 目 ： 钢厂废热回收利用潜力的研究与分析 指 导 教 师 : 武文革 教授 2016 年 3 月 21 日 毕 业 论 文 开 题 报 告 1结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 前言 钢铁生产过程中产生的 大量废热 ,是重要的二次能源。随着废热回收技术在钢铁行业的推广应用 ,这些废热资源被逐渐回收利用起来 ,产生了明显的节能和经济效益。但与 发达国家相比 ,我国钢铁行业的废热回收利用率仍然偏低 ,仍有较大的节能潜力。 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 1，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废热能源，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废热回收装置等，各种废热资源约占全部生产能耗的 68%，说明在目前钢铁生产过程中 2/3 以上的能量 是以废气、废渣和产品废热形式消耗。 废热资源未得到充分利用，会造成资源浪费及对环境的热污染。 2009 年 12 月 29 日 工信部推出了钢铁企业烧结废热发电技术推广实施方案，该方案计划用 3 年时间（ 2010 2012 年），投资超过 50 亿元，在全国 37 家重点钢铁企业，对 82 台烧结机推广实施烧结废热发电技术，以降低这个高耗能行业的能耗水平。这意味着全国钢铁行业约 20%将推广这一技术，形成 t 标煤的节能能力。但我国目前烧结废热发电技术整体推广比例不及 4%。由此可见，烧结工序二次能源高效循环利 用具有相当大的潜力。 国内废热回收利用展现状 在废热发电技术的研发应用方面，与日本、德国等发达国家钢铁工业相比，我国钢铁行业的废热发电技术起步较晚 2。目前，钢铁工业废热发电主要有以下三种方式，一是利用焦化、烧结工序烟气废热换热产生过热蒸汽发电；二是利用炼钢、轧钢工序烟气废热换热产生饱和蒸汽发电；第三种是利用高炉的冲渣热水发电。 具有较好回收价值的烧结废热是指从烧结机尾部风箱排出的废气及热烧结矿在冷却机前段受空气冷却后产生的热废气，温度一般可达到 300 400，这两部分热废气所含热量占整个烧结矿热能消 耗的 23% 28%左右，具有温度高，数量大，运行稳定的特 点，是烧结工序节能和回收利用的重点。 3国内钢铁企业大多将烧结废热用于助燃空气、预热混合料或利用废热回收装置产生蒸汽，回收利用效率不高。特别是现阶段伴随着烧结机的大型化，传统的废热利用途径已无法充分利用废热资源，达到效益的最大化。因此，从实现能源梯级利用的高效性和经济性角度分析，利用废热发电是现今最为有效的废热利用途径。烧结废热发电是指将烧结机生产过程中产生的高温废烟气，经废热锅炉产生中低压过热蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。 4近几年，随着双压、闪蒸 发电和补汽凝汽式汽轮机在技术上获得突破，烧结废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。 5 钢铁行业废热回收利用的潜力分析 钢厂废热主要有以下来源 （ 1）烧结线余热 烧结生产线有两部分余热，一是冷却机产生的热风，二是烧结机尾的高温烟气。用余热锅炉将这两部分余热来产生蒸汽，再通过汽轮机发电。据经验数据，每 10烧结面积可产生 h 的蒸汽，可发电 300合标煤 120kg/h。 5 （ 2）转炉余热 转炉汽化冷却烟道间歇产生的蒸汽， 通过蓄能器变为连续的饱和蒸汽，采用我机内除湿再热的多级冲动式汽轮机发电。每炼 1t 钢，可产生 80和蒸汽，每吨饱和蒸汽大约可发电 150合标煤 606 转炉煤气经过汽化冷却烟道冷却后温度仍高达 800 900，采用干法煤气显热回收技术，通过下降管烟道、急冷换热器回收显热生产蒸汽，经蓄能器调节后发电。 （ 3）电炉余热 电炉冶炼过程中产生 200 1000的高温含尘废气，采用余热锅炉将其回收，电炉烟气属于周期波动热源，因此余热锅炉产生的蒸汽需要经过蓄能器调节后方可进入汽轮机发电。 7 （ 4）加热炉余热 加热炉有两处余热可以利用：一处是炉内支撑梁的汽化冷却系统，另一处是烟道高温烟气。根据炉型不同，加热炉的烟气量在 7000 300000h，若用来发电，以烟气量 10 万 气温度 400计算，发电量约 2000合标煤 化冷却系统可生产 饱和蒸汽，每吨蒸汽（ 发电 120合标煤 48 （ 5）高炉冲渣水 用高速水流冲击炉渣使之充分急冷、粒化的过程中，会产生大量的冲渣热水。每吨铁排出约 ，每吨渣可产生 80 95， 5 10t 的冲渣水，将这部分热水减压产生低压蒸汽，再进入饱和蒸汽凝汽式汽轮机发电。每吨 90热水可发电 80热水可发电 1标煤 9 （ 6）干法熄焦 采用惰性气体来冷却红焦，加热后的气体在余热锅炉中产生蒸汽，蒸汽可发电或并入蒸汽管网。吨焦可生产 300的蒸汽 发电 85 115合标煤 35 4610 各个废热的比例和特点 如下表 : 工序 种类 产生量 /收量 /收比例 /% 所占比例 吨产品 折吨钢 吨产品 折吨钢 工序 吨钢 焦化 焦炭显热 0 热 9 热 烟气显热 计 00 结 烧结矿显热 气显热 0 计 00 炉 热 热 项余热 00 渣显热 风炉烟气显热 计 00 炉炼钢 热 5 热 渣显热 计 00 钢 加热炉废气显热 00 据以上废热来源，目前国内钢企业可回收的废热资源量为 t,而已回收的废热资 t，仅为可回收废热资源总量的 还有 废热有待回收。据统计资料显示，在已回收的废热资源中以高温废热居多，回收率为 其次是中温废热，回收率为 低温废热的回收率还不足 1%。若按携带废热的物质形态统计， 回收最多的是产品显热，回收率为 其次是烟气显热，回收率为 冷却水的显热回收率只有 各种渣显热的 回收率更少，为 5610111213 钢厂废热回收目前的主要技术和分析 : 目前，钢铁企业常用的余热回收技术包括：烧结余热发电技术、高炉炉顶余热发电（ 术、转炉煤气回收利用技术等。 (1)烧结余热发电技术 烧结余热发电是将烧结生产过程中产生的高温废烟气经过余热锅炉产生中低压过热蒸汽，驱动汽轮机组发电。具体流程是 : 给水经给水泵进入余热锅炉，经废气加热后，一部分变为过热蒸汽，进入汽轮机做功发电；另一部分经余热锅炉低温段加热后，产生过热饱和蒸汽进入汽轮机相应的低压进气口做 功发电。冷凝水经低压省煤器后由中压锅炉给水泵供给低压汽包，实现一个完整的热力循环。 10 (2)干熄焦（ 术 干熄焦技术是首先将焦炉推出的大约为 1050的炽热焦炭置于熄焦室中，在熄焦室中被逆向流动的冷惰性气体（主要成分为氮气，温度 170 190）熄灭，同时惰性气体被加热到 700 800，然后经除尘后进入余热锅炉，最后将产生的余热蒸汽再送往汽轮机发电。 (3)高炉炉顶余热发电（ 术 高炉炉顶压力高达 顶煤气中存在着大量压力能。 利用高炉炉顶 煤气的压力能和热能经过透平机膨胀做功，从而拖动发电机发电。 (4)转炉煤气回收技术 转炉煤气回收是把转炉生产过程中的副产品 行回收再利用的生产工艺。转炉生产时氧枪顶吹脱碳过程中产生的 含量的烟气在经过冷却、除尘、分析、回收进柜、精除尘、利用（如发电）的全过程统称为转炉煤气回收利用。 111314 总结 因此，废热回收已经受到越来越多的钢铁企业重视，并为钢铁企业带来了可观的节能和经济效益。目前，钢铁行业废热回收仍有较大的潜力可挖，应成为钢铁企业重点关注的节能方向。 参考文献 ： 1 张鑫 ,冯浚小合同能源管理新进展及在工业炉领域的发展建议 J2013,32(6):32 尹刚，吴方松，张立志低温废热发电技术的特点和发展趋势探讨 J2011,25（ 97）： 1 3 王建芳，胡于圭水泥工业废热发电及其工程 M 北京：中国建材工业 出版社， 2011:66 4 李冰废热发电技术应用及前景 J2009，（ 7） :25 5 林金柱三钢烧结机废热利用现状及技术进展探讨 J节能， 2010，（ 3） :31 6 李彦萍山西太钢烧结废热发电工程介绍 J物流工程与管理， 2010,32（ 11） :119 7 杨普国，李莲珍，周遐，陈俊废热发电技术在炼锌企业中的应用 J昆明冶金高等专科学校学报， 2010， 26（ 1）： 41 8 贾勇，胡攀济钢烧结废热发电生产现状 J 山东冶金， 2010,32（ 5） :47 9 卢红军，戚云峰烧结废热的基本特点及对烧结废热发电的影响 J 烧结球团，2008,33（ 1）： 35 10周翔我国烧结余热发电 现状及有关发展建议 J烧结球团， 2012， 37(1)： 57 11钟桂龙余热发电技术 J热能动力工程， 1991， 32(2)： 99 12齐中勇，李红晓矿热炉烟气余热发电的应用 J铁合金， 2011， (2)： 41 13沈东，张皓，周勇平安钢烧结环冷机低温余热发电工程 J能源工程， 2009(3)：58 14黄伟，刘冬梅济钢 400结机冷却系统余热发电 J山东冶金， 201， 33(3)：46 15 杨爱丽，徐传海联 合循环电站中余热锅炉主要参数的计算与选择 J燃气轮机技术， 2003， 16(2)： 48 16张兴华，欧俭平，马爱纯，吴青娇，王芳，姚旭联合循环余热锅炉热力参数优化运行研究 J金属材料与冶金工程， 2010， 38(1)： 21 17 何语平大型天然气联合循环电厂的设计优化 J电力设备， 2006， 7(10)：11 18赵斌，徐鸿，路晓雯，刘曼烧结余热发电系统的热力学分析和系统优化 J华北电力大学学报， 2010， 37(3)： 43 19胡滨海闪蒸 技术在余热发电中的应用 J电站系统工程， 2004， 20(5)： 53 20徐树伟，彭益成，刘志斌，李新华，周建国，邹公平钢铁企业烧 结余热发电技术发展探讨 J工业锅炉， 2010， (5)： 45 21王维兴 J2002,21(3):522李洪福，温燕明，孙德民 J2010,(1) 23赵宗 燠 M1984. 24连红奎，顾春伟 综述 A2011,29(2) 25 u , 2010 R. 28010. 26. 005. 毕 业 论 文 开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 研究的内容 (1)废热能量特征分析。 对 钢厂 废热的潜力和效果进行了分析，提出加强废热回收并高效利用的改善措施 。 (2)研究废热回收利用技术（转化方法，原理，数据分析）。 本次课题所研究的废热回收利用技术主要是烧结余热发电，余热发电系统是利用余热回收装置将烟气产生的动力蒸汽来驱动冷凝 发电机组产生电能。该系统包括烟气系统和热力系统两部分。 其工艺流程是环冷段的中低温烟气通过烟气管道分别进入余热锅炉的中、低温烟气入口，在锅炉内换热回收热量后，余热锅炉排出约 160烟气，将余热锅炉排出的低温烟气收集后，通过循环风机鼓入环冷段下部代替常温空气冷却烧结矿。同时将处理过的水经过给水泵进入余热锅炉的对流管束中，通过余热锅炉的高温烟气将对流管束中的水加热，使其达到过热蒸汽状态，再经过保温管道进入汽轮机组推动叶轮转动，带动发电机发电。余热发电系统流程图如下图所示： 余热发电系统流程图 (3)对废热 回收 案例 进行 分析。 以安钢的 360结机为例，按每天生产烧结矿 20000t，利用环冷机冷却机产生的300400的废气，设备年运行小时数为 7000h，下面对烧结余热发电系统进行经济性分析： 经过双压系统产过热蒸汽 h，每吨蒸汽发电 200h，烧结矿的品位为 57%，可计算出每生产 的发电量为 h；因此年发电量为 104h，按电价为 /h 计算则采用闪蒸系统所创造的经济效益为 元。取余热
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