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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,3110 3543.in in of is of to To is of to a 10EG s ( to at of 012. EG 6 6 of EG at is of an in To is of as of FEs ( to at of an of EG s of EG at EG 6 6 of is m 9 2 m, a EG of m. 2, 2014; 6, 2015;4, 2015)44, 6, 2015015 of EG EG of of n- 4 W 53 K 03 K. 53 K at 23 K or 23 K at of a c= 303 K. at =0, o, 2 V 4 h= 523 K 53 K, V , a EG In i= 553 K, X. be to EG = V 9 I. i= r. 8 W h= 523 K 53 K, A 6 in EG EG by a an to a as a 10s EG of 00 280 by an of 1. EG EG 2. FEs of EG we an of 012(1)12(2)by at I of q. (3)q. 4(4)a On 53 K. it is to q. 1(5)e is r is F is of A is of EG DT is a( is be a of of , of 15, of EG is in EG by a is by EG on of r). F is q. (6)12to r as q. 5 is a of to is to as of EG in as a of or of EG in a of of of of EG to be to 158 K .5 of EG 3. 4. EG as a of 5. EG as a of 6. (= EG 7. EG It it of a of EG of EG .6 m. EG .1 an 0.1 kW if or 0 of EG on of to be to 8. (a) EG b) EG 9. of EG .6 m): (a) b) on 10. EG of EG EG We as of T. K. K. T. H. H. . J. 43, 2405 (2014)H. T. S. 1449, 524 (2012)K. . A 1988), p. 中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 毕业论文任务书 系 名 ： 机械工程与自动化系 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 高 连 学 号： 12020143 文 题 目： 钢厂废热回收利用潜力的研究与分析 起 迄 日 期 : 2016 年 2 月 29 日 2016 年 6 月 5 日 指 导 教 师 : 武文革 教授 系 主 任 : 暴建岗 发任务书日期 :2016 年 2 月 29 日 毕 业 论 文 任 务 书 1毕业论文的任务和要求： 1） 学习温差发电理论、 传热理论等 相关知识。 2）收集、整理、分析、研究钢厂生产过程中废热回收利用的相关中、外文资料，研究分析其现状及发展方向； 3）撰写关于钢厂废热 能量、收集 原理、装置、实例应用的研究论文。 2毕业论文的具体工作内容： 1）检索、阅读最新相关文献，要求文献数量不少于 50 篇，其中外文资料不少于 20篇。 2）就钢厂废热 能量特征、收集 原理、装置、实例应用等问题，提出论点，进行论述及分析研究。 3） 外文资料翻译一篇 （原文不少于 5 页 。 4） 撰写 毕业论文，要求内容充实、结构合理，严禁复制 、抄袭网上资源。论文字数不少于 10000 字 。 毕 业 论 文 任 务 书 3对毕业论文成果的要求： 1）外文资料翻译一篇。 2） 毕业论文一份， 字数不少于 10000 字 。 4毕业论文工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 2016 年 2 月 29 日 3 月 27 日 3 月 28 日 5 月 31 日 6 月 1 日 6 月 5 日 收集相关资料，撰写开题报告 提出论点，编写提纲、分析研究、详细论述。 撰写论文 答辩 学生所在系审查意见： 系主任： 年 月 日 炼钢过程余热发电技术的研究与发展 1 。 环 境 过 程 研 究 部 钢 铁 研 究 实 验 室 ， 公 司 配 给 ， 1崎古，川崎，神奈川 210本。 2。 热发电业务发展部， 司 3宫， 卡，神奈川 254本。 3。 电子邮件： 日本过去的几十年里，钢铁联合企业大大降低他们的能源使用，通过节能工艺和设备投资，保持最高的能源效率 世界。然而，鉴于能源安全，钢铁行业需要大力发展新技术，以进一步节约能源。余热回收可的关键技术之一热回收，特别是辐射热钢产品，没有有效 的 使用 ，但温差发电（ 一种最有效有效的技术，能够将热能直接转换成电能。日本 公司（ 现一个 10 千瓦级并网 统 连铸线与客 司（ 并开始验证试验，以在 2012财年年底连铸坯热辐射产生电能。 6甘醇的单位，每一个包含 16 块。本文介绍了温差发电系统的性能和耐久性进行了研究，并在不同的操作条件下，在连续生产线。 简介 余热回收是一种将在未来发挥重要作用的途径之一。回收余热，特别是未被有效利用的钢铁产品的辐射热 T，温差发电（ 一种最有效的技术，这样的设备可以将热能直接转换成电能。他们没有机械运动部件，操作范围宽，可扩展性，在运行过程中的二氧化碳排放量不足，寿命长使 日本 公司（ 现一个 10 千瓦级并网热电发电（ 连铸系统 并开始验证试验，以在 和 2年底连铸坯热辐射产生电能显示说明和安装在 统照片。 图 1。 温差发电系统。 图 2。安装在 东日本热电发电系统工程（京滨） 。 在炼钢厂 的 温差发电系统 统有 56 个单位每泰宁 16 甘醇， 块和温差发电系统的大小约为 4米 9， 2 米，与 2 米板和热温差发电单元之间的距离在 单位收集板是由连铸坯热辐射加热。 碲化铋 数 由具有 24 W 和 最大转换效率的最大输出功率为热端温度为 553 K，冷端温度为 303 K，最高工作温度为 553 K，在高温侧，与正常运行在 523或以下，最大为 423 在低温边。的最大输出和转换效率的评价进行了冷端温度为 303 K = 当前我 = 0，即，开路电压， 12 V 和 14 V 523 K 和 553 K，分别。 v 线性减小与我，与边坡产生的 i。 553 K 时，为 2 X 输出 P 可以从外部负载 R 连接到 块为 P = V 9 I P 达到最大值 阻抗匹配计算，当日 = R 的最大输出为 18 瓦和 24 瓦，分别为 523 和553。 总共 16 个 块连接在每个 元系列。每个 块被夹在了集热板和水的冷却板弹簧结构，即应用层组播 压应用到模块，即使温度差产生的。压力被设置为 1兆帕作为一个标准，与冷却水的流速为 9 0 4 每 收集板的大小为 400毫米 280毫米 9毫米。铜是用于集热板和冷板。集热板被使用的表面处理 用化学镀镍的产量约 率 。 验证试验 探讨 统的性能，我们采用了一种利用实验和模拟评价方法。方程 1 和 2是 eT 21 (1) TK (2) 在这里，热质量是通过在热面热源提供，和 是内部电阻，和客是热传导。我代表电流。 3这些方程的推导从热传导方程包括塞贝克效应和热边界条件的四焦耳加热德温（ 冷端温度（热电偶接点）。 发电输出的 给出。 ( r (3) 在这里，通过外部电阻。另外，当 大代输出 给出。 e 2m a x(41 （ 4） 在这里， 温差 得发电输出高，温差很大的行业要求。另一方面， 须保持低于最大耐受了因此，温度 553 K，它是模拟各种条件下的幽默很重要。在这个系统中，质量保证主要是从板的辐射热。 实验条件。当连铸线运行， 生的温度差，动力通过的 距离和方向（ R）。 表示 TQ )( 44 (5) 在这里， E 是发射率， R 是斯特凡 波耳兹曼常数， f 是主客观因素， 铸坯温度、日是 元的热端温度，一个是面积的集热 P 晚期的 元， 境温度），和 函数 系统，电流，和热传导率的热收集板。 使用均衡器。 1 5，几个数值研究了 连铸线运行， 元通过辐射热加热，产生的温度差，动力通过 元输出。 因子取决于它们之间的小区域， R）。 给出。 12121 c o sc o s (6) 在 1 / 2的单位法线的区域和线路联接两区之间的角度，如图 3所示。 图 3。几何视图因子定义。 视角因子 中是一个板坯宽度函数和从板距离的 此，热输入质量保证变大，作为板坯变宽。因此，与板宽的 4显示的模拟输出功率分布在板宽度方向的 图因子随单位位置或板坯宽度的变化而变化，从而改变了订单电力输出。 图 4。单元之间的位置和功率单元输出的 图 5显示了模拟输出功率 在板宽度方向的分布为 板坯温度升高时，热输入质量变大。更大的热输入，热控制 此，在 坯温度。 图 5。单元之间的位置和功率单元的输出作为一个 图 6显示的模拟和对 单位输出功率的测量似乎是类似于模拟输出时铸坯温度为 1158克，板坯宽度为 出功率大多数 位保持不变，但一些 出功率下降。显然，有必要提高之间的 温差发电系统的耐久性进行了研究。图 7 显示了输出功率和时间之间的关系。 图 6角度关系 U=2和 图 7对于 图 8显示了一个照片和示意图说明后 元阵列。图 9为 ，约 出功率。系统如果损坏或损坏的单位给了他们的正常输出，他们会显示出 瓦的输出。图 10 显示了 出功率的估算基于实验数据 图 8。（一）单元阵列 b） 图 9每个单元的输出功率（例如 （ a）和（ b）的实验数据，根据实验数据估算 图 10。 结论 每个 元的输出功率分布模拟使用基本的 程和视图的因素。我们观察到良好协议仿真和实验数据之间的关系。 感谢 进行这项研究的一部分能源和工业技术发展组织 (目 ”研究创新能源发展项目有效率 熟技术 ”。 引用 1。 t . k . k 牧野 ,t . . 。 h . a . j 板牙。 2405(2014)。 2。 tH目牧野 ,s 。 依 1449,524(2012)。 3。 k . i 子 电半导体和应用程序 ) (京 ,1988),页 26。 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。取余热发电每 500元，则可估算全部工 程总投资费用为 6600万元。按照原则 2： 煤，则利用闪蒸系统可节省标煤 。 拟采用的研究手段 以热力学第二定律为基础，介绍了废热升值利用的方式 和选择设备的原则，并以某钢铁企业烧结工序的烟气废热为例，对其废热资源进行了理论分析，提出了升值利用方案，计算了系统的热效率及废热利用率 。 该措施将 有利于减少废热蒸汽的能源浪费，显著提高节能效果和企业的能源利用率 。 毕 业 论 文 开 题 报 告 指导教师意见 ： 指导教师： 年 月 日 所在系审查意见： 系主任： 年 月 日 中北大学信息商务学院 毕业 论文 钢厂废热回收利用潜力的研究与析 2016年 6 月 2 日 学 生 姓 名： 高连 学 号： 12020143 别： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师 : 武文革 职 称： 教授 原 创 性 声 明 本人郑重声明：所呈交的毕业论文，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究所取得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本人的研究做出重要贡献的个人和集体 ，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 作者签名： 日期： 使 用 授 权 声 明 本人完全了解中北大学信息商务学院有关保管、使用毕业论文的规定，其中包括： 学院有权保管、并向有关部门送交毕业说明说的原件与复印件；学员可以采用影印、缩印或其他复制手段复制并保存毕业论文；学院允许毕业论文被查阅或借阅；学院可以学说交流为目的，复制赠送和交换毕业论文；学院可以公布毕业论文的全部或部分内容 。 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 I 钢厂废热回收利用潜力的研究与分析 摘要 ： 钢铁生产过程中产生的大量废热 ,是重要的二次能源。 但大部分都被已废热的形式浪费掉。 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。 本文通过对国内钢铁企业废热回收技术现状的调查和数据的统计并 与国外发达国家比较。对烧结余热回收技术做了详细的研究并以我国宝鸡钢铁厂的烧结余热技术与国外技术做比较。最后得出结论，我国个别钢铁企业在废热回收的技术已近甚至超过了国际发达水平。但是我国钢铁企业之间的水平差距较大，导致我国钢铁企业废热回收平均水平与 但与 国际先进水平 相比 还有一定差距 ,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。 关键词 ： 废热回收技术；资源；能耗；利用率；烧结技术；余热回收方案。 中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 of of of a of is an in of of in to of of of on to s in in to a of of is in 中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 录 摘要 . I . 录 . 废热能量特征分析 . 1 我国钢铁厂余热余能资源的现状 . 1 钢铁厂余热资源的 种类 . 2 钢厂废热主要来源 . 4 本章的主要工作 . 6 2 废热回收技术 . 7 钢厂废热回收目前的 主要技术 . 7 烧结过程余热资源分级回收利用技术 . 7 国内废热回收利用发展现状 . 9 钢铁企业的能耗水平及其影响因素分析 . 9 我国钢铁行业与世界发达国家比较 . 13 钢铁厂的节能途径 . 15 本章的主要工作 . 16 3 废热回收案例分析 . 17 烧结环冷机余热回收方案 . 17 烧结大烟道余热回收方案 . 19 国外钢铁企业余热资源的回收与利用技术 . 23 4 研究结论与展望 . 29 参考文献 . 30 致 谢 . 32 中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 1 1 废热能量特征分析 钢铁联合企业生产过程中损失的能量一般约占总输入能量的一大半。设法回收损失的能量加以利用，是节能潜力很大的一个方面。例如： 板坯冷却锅炉。板坯离开板坯轧机时具有 0 千卡 /吨的显热。安装板坯冷却锅炉设备 ,节约的能量约 为板坯生产过程消耗总能量的 25%。 干法熄焦。每干熄 1 吨焦约可回收 0 千卡热量，还能提高焦炭质量，减少环境污染。 回收热风炉废气的显热。利用热风炉废气显热，预热燃烧用的空气，可节约大量热能。 直接利用高温炉排气的显热。 汽化冷却。汽化冷却法已在高炉、转炉、加热炉等方面得到广泛应用。冷却用水量只需水冷时的 1 2%。 采用废热锅炉回收冶金炉废气显热。 降低副产煤气的放散率。高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气等，有时放散烧去。主要产钢国家的高炉和焦炉煤气的放散率都控制在 3%以下。此外，高压高炉煤气膨胀涡轮机发 电也有发展。为了合理使用和节约能源，现代化的钢铁厂设有一个能源中心，对全厂能源进行集中管理。 我国钢铁厂余热余能资源的现状 钢铁工业是国民经济重要基础原材料 的 工业 ， 也是高耗能、高污染 的 工业。钢铁工业 的 节约潜力 是 巨大 的，因 此国外大型钢铁企业纷纷采 用 先进技术 来 节能 ， 降 低能 耗 ，提高经济效益 ， 提高 工业的能耗指标和环保指标 来实现 能耗最少最优。与国外发达水平相比 我国钢铁工业差距 还是很 明显 的 。 通过调查，中国的主要钢铁企业的平均增长率为 占 3 / 2 的可回收量的锅炉热损失。 而在 荷兰 、 意大利 等发达国家，钢铁厂副产煤气基本上全部回收再利用， 没有余能被放散 。 据统计，我国大中型企业吨钢产生的余热总量为 占吨钢能耗的 37%，最终产品或中间产品所携带的热约占余热总量的 39%，各种熔渣的热约占 9%，各种废烟气的热占 37%，冷却水携带的热约占 15%， 由此可见 余热资源 非常 丰富。 据调查，我国钢铁企业余热资源的平均回收率只有 其中，回收高温余热居多 ，回收率为 然后 是中温余热，回收率为 低温余热的回收率还不足 1%。其次是烟气热，回收率为 冷却水的热回收率只有 各种渣热的回收率更少，约 为 （ 1） 红焦、钢坯、铁水 显热情况 各有不同，红焦显热为 坯显热为 水显热为 中红焦和钢坯显热都比烧结余热低，但铁水显热要比烧结矿热多。具 中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 2 体情况如图 示 图 红焦、钢坯、铁水显热 对比示意图 （ 2） 由于熔渣余热是高温余热，回收技术要求不高所以被回收 的比较多，其中主要有钢渣显热和高炉渣显热，转炉钢渣，高炉渣 1500， t 钢。具体对比情况如图 图 钢渣显热与高炉渣显热对比 钢铁厂余热资源的种类 钢厂 余热来源 有很多 ，由于生产方法、工艺、生产设备 和 原料、燃料等条件的 不同 ，使得工业余热的形式 也非常 复杂。 根据钢的热与热的形态，热可分为三类，可燃的余热，热压力余热热。 可燃性余热 是 指从 工艺流程 排放出来的可燃 性 废气、废液、 废料等， 例 如 ， 被 放散的高炉气、焦炉气、 炉渣 、木屑、可燃垃圾等。 坯显热 铁水显热 烧结矿显热 中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 3 炼钢厂的余热就属于 载热性余热 。其中 包括冷却介质排出的废气、 制冷 液 和成 品、物料、废 渣 等所 携 带的高温热 和 化学反应热 废气和 内燃机 的 动力机械排 放 出的 废 气 。 常用的载热性余热主要有 废 气余热、 制冷 液余热、和 废 渣余热等。 （ 1） 按照品种分类 钢厂废热的分类方式有很多种，我们按照品种分类可分为冷却水显热，产品显热，废烟气显热和渣显热，其中它们占总废热的比重各有轻重，它们的具体分配对比如图 图 冷却水，产品，烟气和渣显热对比图 产品显热 39% 废气显热 37% 冷却水显热 15% 熔渣显热 9% （ 2） 按照品质分类 钢厂废热的分类还可以按照品质分类，其中可分为高温余热，中温余热和低温余热，它们在总体余热中所占比重各不相同，具体情况如图 示 中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 4 图 3） 按照温度分类 前面我们 分别把余热按品种和温度的不同分了类，具体情况如表 示 表 各行业余热资源情况表 钢厂废热主要来源 （ 1） 烧结线余热 烧结生产线 2 是热空气冷却机产生的余热的一部分，烧结机的高温烟气。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/h5。 （ 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 60 。 （ 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行业 余热资源 余热用途 余热可回收率 钢铁冶金行业 烟气、高炉废气、 循环冷却水、冲渣水 发电、工艺生产用热、生活用 热（供暖、卫生热水） 30%以上 煤矿行业 巷道排水、矿井排风、瓦斯 发电机循环冷却水 井筒防冻、生活热水、建筑供 暖、制冷 30%以上 印染行业 印染废水 热，生活热水，建筑采暖，制 冷 40%以上 有色金属行业 循环冷却水、生产污水 生产工艺用热、 生活热水、建筑供暖、制冷 40%以上 化工行业 工艺循环冷却水、工业废水、 工业废气、烟气、乏汽 生产工艺用热、生活热水、建 筑供暖、制冷 30%以上 石油行业 采油污水 生产工艺用热、生活热水、建 筑供暖、制冷 30%上 火力发电行业 烟气，乏汽冷凝余热 城市供热 50%以上 中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 5 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 。 （ 5） 干法熄焦 用 不活跃的 气体来冷却红焦，加热后的 介质使锅炉中的水 产生 的 蒸汽 用来 发电或并入蒸汽管网 重复利用。 吨焦可生产 300 的蒸汽 发电 85 115合标煤 35 460。 目前我国钢铁行业废热回收再利用的潜力和空间还很多，还有必要继续改进。 在已回收的废热 能 源中高温废热 被回收的最 多， 第二则 是中温废热， 所以在以后钢铁行业废热回收的过程中要加大对低温余热的回收。如果 按 照 携带废热的物质形态 来 统计，回收最多的是产品 余 热， 第二 是烟气 余 热，冷却水的显热回收率 也很少，炉 渣显热的回收率最少 ， 总的来说只要回收难度大，回收技术要求高的废热的回收率相对较低，我国钢铁行业废热回总体情况依然不容乐观。具体各个废热的特点和比例见下表 表 各个废热的比例和特点 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 烟气显热 计 00 结 烧结矿显热 气显热 0 计 00 中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 6 表 各 个废热的比例和特点 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 高炉 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 本章的主要工作 本章主要对废热能量的特征进行分析，本章总共分四小节，第一节对我国钢厂余热余能的现状进行了介绍和分析，第二节对钢厂余热资源从不同的角度进行了分类，并以图和表格的形式对它们的特点性质和量进行分析，第三节对钢厂余热的主要来源进行研究，把每道工序所产生的余热和工序消耗的能量数据归类对比，第四节对本章所做的工作进行总结。最终得出结论废热的产生伴随着钢铁生产的每一工序，它的特点也因产生的工序和位置的不同而不同，总体来说可以被二次利用的废热有很多，钢铁企业对废热回收要攻克的难题还 很多，钢铁行业回收形式依然严峻。 中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 7 2 废热回收技术 世界各地的钢厂对废热的回收多少都有自己的技术，有的很先进有的则比较落后，各个地方也都有自己的特点，本章我们介绍目前世界主流的废热回收技术。 钢厂废热回收目前的主要技术 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过程中 生成 的高温废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 10。 （ 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。该转换器时，氧在碳的过程中，冷却除尘，分析后产生的烟气 量高，回收到橱柜的过程，一般 2000立方米转炉煤气热值（ 75%对 17%， 90 立方米 /吨回收 率）。在 1400 的烟气温度、烟气显热约 3000 万 吨转炉冶炼时间约为 30 分钟。 回收煤气时间约为 一刻 钟，煤气回收是间断的。要建立转炉煤气柜，以平衡供 给用户 6。 烧结过程余热资源分级回收利用技术 一级余热回收与利用系统 中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 8 取环冷器高温废气再循环 +进入“双压余热锅炉” +“入冷凝汽轮机发电系统”。 二级余热回收与利用系统 取部分烧结废气 +中温冷却废气返回烧结机台面，进行热风烧结、预热点火炉助燃空气 三级余热回收与利用系统 取环冷机的低温冷却废气预热而且干燥烧 的结原料，减少料层中水分含量提高料面温度，利于烧结料面的点火。改善烧结工艺，降低点火煤气消耗，提高烧结料层的透气性，减少漏风率。 图 烧结余热分级回收梯级利用工艺流程系统图 至烟囱 至烟囱 水 00505030080250中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 9 国内废热回收利用 发 展现状 节能和环保既是我国的长期国策，也是公众关心的问题。随着经济快速发展，现在的土地，水，能源等资源紧缺已成为制约我国经济快速发展的瓶颈。以资源和环境为代价，难以支撑我国经济社会的可持续发展。全世界范围内的能源危机引发了各行各业对节能的思 考。 目前钢铁工业废热发电主要有三种方式 ： 利用焦化、烧结工序烟气废热换热产生过热蒸汽发电； 利用炼钢、轧钢工序烟气废热换热产生 高压 蒸汽发电； 是利用高炉的冲渣热水发电 。 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 200kwh，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 04kWh，按电价为 /kWh 计算则采用闪蒸系统所创造的经济效益为 元。取余热发电每资 5500 元，则可估算全部工程总投资费用为 6600 万元。按照原则 2： 等于 煤，则利用闪蒸系统可节省标煤 6。 我国烧结工序能耗约占企业总能耗 国外先进指标 20 。 就是因为我国余热资源回收与利用水平低。 烧结余热回收做得好的国家是日本，住友和歌山钢厂的 4 号烧结机生产每吨烧结矿可回收蒸汽量 110 120 中低压蒸气 为 175 （ 中压蒸汽 375（ 吨矿回收电力 20序能耗 40t。 再以安徽马鞍山钢铁厂为例，引进日本的 2 台 328结机余热发电机组， 2005 年9 月投产， 装机容量 矿发电 10发电 济效益可达 4000万元以上，年节约 3 万 南济钢机采用国产化余热发电系统 1 台 320结余热机组， 2007 年 1 月投产，装机容量 10吨矿发电 17发电 钢铁企业的能耗水平及 其影响因素分析 在研究钢铁企业能源消耗时，同时分析钢比系数和工序能耗这两类因素的方法，称作 析法。 中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 10 主张能源按工序进行横向管理，注重每道工序的能源消耗与回收，强化余热余能的回收 利用，以及各工序之间的热衔接 吨钢能耗式： 热价值计算 : 102110211211121211炉气的水当量， 1 2钢坯的水当量， 2 0总换热面积； K传热系数。 ii 第 i 工序的钢比系数，实物产量与钢产量之比， t/t 第 i 工序的工序能耗， t 工序能耗 = （能源 j 实物耗量）（能源 j 折标系数） （能源回收利用量） 统计期内工序的实物产量 的分解： t 产品 第 吨钢能耗 = (第 (第 企业的合格钢产量 热量依附于炉气（空气预热）的热价值 中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 11 举例：某连续式加热炉，燃用混合煤气的热值为 7535气预热温度 500 ，钢坯热装温度 500 ，钢坯出炉温度 1200 。 表 热种类 热价值 kJ/入煤气 化学热 热空气 物理热 坯热装 物理热 热装 V 预热空气 V 燃料化学热 轧钢过程节能提高钢坯热送率和热装温 当空气预热温度较高时 当热装率和热装温度较高时 下面是钢铁企业的能耗水平及其影响因素的一些数据和对照比较分析，具体情况见下表 表 炉子供热负荷不变的情况下 2变小，为保证炉气有较高的热价值，炉气与钢坯热交换的时间应长些，当空气预热温度较低时， 2较大，炉气在炉内热交换时间可短些。 在炉子供热负荷不变的情况下，大，故 2变小，为保证物料有较高的热价值，炉子应短些，选用蓄热式炉型较好；当冷装料或热装温度较低时， 2 变大，炉子应长些，选用换热式加热炉较好。 中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 12 表 国内外大型钢铁企业工序能耗指标比较 指标名称 单位 宝钢 台湾中钢 浦项钢铁 浦项厂 阳光厂 吨钢综合耗能 吨标煤 /t 钢耗电 t 钢耗水 t/t 焦工序能耗 煤 /t 结工序能耗 煤 /t 炉工序能耗 煤 /t 钢工序能耗 煤 /t 炉工序能耗 煤 /t / / 收 t 熄焦蒸汽回收 kg/t 结蒸汽回收 kg/t 炉蒸汽回收 kg/t / 炉煤气回收 kg/t 炉煤气放散率 % 气放散率 % ：（以上数据由上海科学技术情报研究所提供） 中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 13 表 2005 年我国大中型钢铁企业吨钢可比能耗与先进产钢国对照表 我国钢铁行业与世界发达国家比较 下 面 列出了 2003 年我国重点企业主要工序能耗与国际先进水 平 （ 1999 年 ） 的比较 ，数据表明我国转炉工序能耗与国外先进水平差值最大 ， 炼铁工序差值最小。 工序名称 工序能耗 t 产品 钢比系数 t/t） 吨钢能耗差距 发达国家 中国 差距 发达国家 中国 差距 烧结球团 炉炼钢 炉炼钢 炉炼钢 钢 他 +钢能耗差距：不考虑国内外轧钢工序的差别， 7144 +钢能耗差距：考虑国内外差别取国内轧钢工序与国外相同 7148=112 +间 国家 吨钢综合能耗为 2003 中国 770003 日本 656000 荷兰，瑞典等先进水平 642中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 14 这两项指标分别比国外先进水平高出 我国重点企业之间主要工序能耗的差距很大 ， 指标先进的 ， 如宝钢集团已超过国际先进水平 ， 但是 落后的 企业 能耗要高出先进 国家很多 。这说明我国钢铁工业节能的 空间还很大。 “钢铁产业发展政策 ”明确表示，建立一个圆形钢铁厂 ，超过 5 亿吨规模的钢铁联合企业，努力实现权力的忏悔，并实现了。 表 内外钢铁 行 业能耗比较 单位 t 年份 地区 焦化 烧结 炼铁 转炉 电炉 吨钢综合能耗 吨钢可比能耗 2003年 全国平均 2002年） 2002年） 770 698 2003年 宝钢集团 675 656 1999年 国际先进 56（日本2003） 642（ 2000年） 差值 14 56 在不同的时间段我国节能的方法是不同的，比如在 19801995 年 我国 主要依靠降低各工序能耗， 来实现节能的， 直接节能 间接节能 6； 随着科学技术和我国工业的进步，钢铁企业对节能技术都被升级，在技术不断进步的情况下我国钢铁工业的的结构 得到 调整和流程优化 ， 因此 19962005 年 我国 钢铁工业，间接节能上升到 直接节能下降为 为了更清楚直观的看出我国 1980 年 到 2005 年有关钢铁工业的直接与间接节能的情况和比例，我们通过画值方图来观察，具体情况见图 中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 15 图 我国钢铁工业 1980接与间接节能效果分析图 据调查，我国重点钢铁企业 高炉废热浪费 率平均为 焦炉煤气 浪费 率平均为 转炉废气 吨钢回收仅 合 63m3/t），占可回收量的三分之二。而在日本、荷兰，意大利和法 国等 国际上 发达国家，钢铁厂 产生的废热实现 基本上全部回收再利用 。 据调查，我国钢铁企业余热资源的平均回收率只 有 其中，回收高温余热 站绝大 多 数 ，回收率为 第二 是中温余热，回收率为 低温余热的回收率不足 1%。如果按照材料的材料进行废热，回收是最重要的产品是热，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 6。 钢铁厂的节能途径 节能技术 钢铁厂生产工艺复杂，使用能源种类繁多。为了节约能源，必须充分理解能源结构的实际组成元素和影响因素，了解输入的能量，因什么损失了的能量，最后达到条件的 能量。确定生产各种产品的单位能耗，找出每一生产过程中的能量损失原因。还需要对操作所得的实际数值和技术计算值加以对比，来制定切实可行的节能规划。 降低能源损失。生产流程的合理化是降低能源损失的关键，这方面包括：减少生产工序，或者改变为连续高速的生产工艺。主要技术措施举例如下： 增加连铸生产的比例。连铸和初轧相比，每吨钢约可节能量 0 千卡，即节能 65%。 020406080100806150接）节能比例间接节能 直接节能 中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 16 采用热锭装入均热炉。在热锭温度为 800 ,热锭率为 95 98%的条件下吨钢热耗可降至 (10 千卡 /吨。 热板 坯直接装入加热炉。连铸或轧成的坯料于热态装入加热炉，可节能 (10 千卡 /吨。 扩大直接轧制的范围，取消中间加热的方法。 本章的主要工作 本章主要研究了目前世界主流的废热回收技术。全章共分为七小节，第一节 介绍目前世界主流的废热回收技术，并分别析了它们各自的特点，第二节专门针对 烧结过程余热资源分级回收利用技术 做了分析并画出了它的示意图，第三节详细的介绍了国内废热回收利用的发展现状，第四节对钢铁企业的能耗水平及影响因素做了分析，其中通过公式计算能耗量，把我国的能耗水平与国际先进水 平做了比较，第五节专门用一系列的数据把我国钢铁行业与世界发达国家做比较，第六节把钢厂的节能途径大致归纳成两个方面并介绍这两个方面的特点，最后一节则对本章的主要工作做总结。最后得出结论目前我国个别钢厂的废热回收技术已经超过国际先进水平，但我国钢铁行业总体水平与世界先进水平还有一点差距，说明我国钢铁行业对废热的回收技术还有待提高。 中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 17 3 废热回收案例分析 钢铁行业是能源消耗最大的工业部门之一，烧结矿是烧结余热充分回收的主要原料，是烧结节能和发展趋势的重要途径。所以本章专对烧结余热 发电余热回收系统进行分析。 烧结环冷机余热回收方案 各种余热回收方法各有利弊，应视建设条件的不同选用。结合实际情况，考虑了经济效益、环境保护和安全生产要求的各种因素，在本溪钢铁集团公司 3 设施， 360 L（简称 1 #， 2 #烧结环冷机）烧结余热发电工程为例。 300m、 360m烧结环冷机系统采用将采用机上布置与机下布置烟气循环相结合的余热发电工艺技术。 具体过程见图 却废气 环冷机 图 烧结过程余热资源示意图 （ 1） 组成 烧结产品显热 从冷却机上部排出的冷却废气所携带； 【 17060万 m3/h】 2500万 m3/h 烧结废气 3500万 3000万 2500万 180 30万 【 230150万 m3/h】 烧结机 中北大学信息商务学院 2016 届毕业 论文 18 烧结废气显热
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