环形加热炉余热再利用系统创新设计

,XXXXXXXX设计,指导老师：XXX报告人：XXXX,2018,XXXX年XX月xx日,目录CONTENT,第一部分|课题背景和意义,第二部分|国内外研究现状,第三部分|论文结构,第四部分|主要工作和成果,第五部分|结论与展望,第六部分|参考文献,1,课题背景和意义,第一部分|课题背景和意义,能源工业是国民经济的重要基础，安全、高效、低碳是现代能源技术特点的集中体现，也是抢占能源技术制高点的核心方向。当前，我国能源行业站上历史转折点，迎接从产业结构到发展路径的深度变革。能源革命所指向的，是清洁低碳、安全高效的现代能源体系，也是低碳、智能、共享的能源未来。我国能源面临的问题和挑战主要有以下几点：能源约束问题十分突出能源利用层次不完善，资源浪费严重对于新能源的开发与利用国家能源安全保障隐患明显,第一部分|课题背景和意义,太阳能：清洁可再生的能源，目前已在我国得到较大范围的使用，只要体现为太阳能热水器的普及。风能：我国的风能源相对来说是比较富有的。然而因为在很多方面受到了技术的限制与实际实施环境的约束，所以我国的风能源目前的开发使用领域较窄。生物质能：我国的生物质能资源主要包括了经济林、薪炭林、田间农作物秸秆与林业相关的资源和有机型垃圾物等。我国的生物能资源储量相对富有，开采潜力较大。水能：在我国早已得到大规模的使用，主要用途是发电。核能：核能是清洁的能源。核电目前是我国主要的发电来源之一，地位仅次于煤炭和水电。洁净煤技术：煤炭仍是我国主要的一次能源。目前比较成熟的洁净煤技术有：型煤、洗选煤、煤炭气化/液化、洁净燃烧和发电技术等。,第一部分|课题背景和意义,节能减排是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是一项极为紧迫的任务。回收余热降低能耗对我国实现节能减排、环保发展战略具有重要的现实意义。同时，余热利用在对改善劳动条件、节约能源、增加生产和降低生产成本等方面起着越来越大的作用，已成为工业生产中不可分割的组成部分。余热资源的回收利用对我国能源意义：提高能源利用率，避免资源浪费推动新能源的开发利用，减少不可再能源的使用使国家能源安全得到保障,第一部分|选题理由及意义,1,2,3,溴化锂吸收式制冷机具有耗能少、余热利效率高、无污染和环境效益好等特性，是余热利用设备，广泛应用于分布式能源生产企业。,低温余热利用是“十三五”重点挖掘领域，工业余热利用推动着我国节能减排事业，低温余热利用在能源体制改革方面发挥巨大潜力。,根据包钢无缝钢管生产过程中环形加热炉排放的大量烟气余热，结合厂区实际情况，按能源利用系统的经济、高效安全运行的原则，提出余热利用系统设计方案。,2,国内外研究现状,第二部分|国内外研究现状,工业余热来源于各种工业炉窑、热能动力装置、热能利用设备、余热利用装置和各种有反应热产生的化工过程等。目前，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为余热总资源的60%。合理充分利用工业余热可以降低单位产品能耗，取得客观的经济效益。,常见余热种类,第二部分|国内外研究现状,余热的直接利用是最常见的回收利用方式。具体应用领域有：预热空气。利用加热炉高温排烟预热器本身所需空气，以提高燃料效率，节约燃料消耗。干燥。利用工业生产过程的排气来干燥加工零部件和材，如铸工车间的铸砂模型等；还可以干燥天燃气、沼气等燃料。在医学上，工业余热还能用来干燥医用器械。生产热水和蒸汽。利用低温余热来产生7080或更高/更低温度的热水和低压蒸汽，供应生产工艺和生活的不同需求。制冷或制热。利用低温余热来加热吸收式制冷机的蒸发器，或作为热泵的低温热源，达到制冷或供暖的目的。例如：北方冬季供暖、职工提供热水、生产补充热和高温余热热点联产等。,第二部分|国内外研究现状,常见的余热利用方法：余热锅炉、热水法、预热空气、烟气-流体换热器、加工物料等。由于使用的生产方法、生产工艺、生产设备以及原料、燃料条件的不同和工艺上千变万化的需求，余热利用技术面临很多困难。一般的，余热热源有以下特点：热负荷不稳定烟气中含尘量大热源有腐蚀性受安装场所固有条件的限制,第二部分|国内外研究现状,余热锅炉技术利用工业生产过程中的余热作为蒸汽(热水)的设备。,一种依靠自身内部工质相变实现传热，具有很强导热性能的传热原件。,工业余热利用技术主要有：安装换热器或采用蓄热燃烧技术，预热助燃空气或煤气，安装余热锅炉加热热水或产生蒸汽，预热被加热的物料。,燃气轮机循环吸热平均温度高，纯蒸汽动力循环放热平均温度低，把这两种循环联合起来组成燃气蒸汽联合循环，提高循环热效率。,第二部分|国内外研究现状,无缝钢管生产过程中，环形加热炉利用天然气燃烧产生热量加热管坯，同时排出大量热烟气，排烟温度达到400500，含有大量可用余热。天然气燃烧时需要按10:1的空燃比提供空气，为了降低能源消耗，常温状态下的冷空气经过换热器换热后温度提高为250以上，进入环境炉炉膛内使用。此时，经过一次热交换后烟气温度降低到300350，属于低热值烟气。以溴化锂吸收式技术为基础的各种溴化锂吸收式冷(热)水机组及热泵机组，由热能驱动运行。其驱动热能一般为蒸汽、热水、直接燃烧燃料(燃气、燃油)产生的高温烟气或外部装置排放的余热烟气、余热热水。针对上述无缝钢轨生产过程中排放的余热烟气，本课题采用溴化锂吸收制热泵机组，利用排放的余热烟气驱动溴化锂吸收式冷(热)热泵机组，提供空调和工艺冷(热)水，满足生产车间空调需求和供热需求。,第二部分|国内外研究现状,溴化锂制冷机属于热力制冷机，以热能为动力，利用的是液体在发生气化反应时会吸收周围热量的原理。溴化锂吸收式制冷机以水为制冷剂，溴化锂溶液为吸收剂，基于外部持续提供的热能，完成热力循环。一般用途都是供空调或工艺过程冷却。溴化锂制冷技术系统具有优良的经济性和环保性，其主要优点有：具有优良的经济性和环保性性能稳定可靠制冷系统机体小，方便安装，机房占地面积小,第二部分|国内外研究现状,第一类溴化锂吸收式热泵机组,第一类溴化锂吸收式热泵机组是一种以热能作为补偿，从低温热源取热，对外提供工艺用或生活用热的供热设备。,第二类溴化锂吸收式热泵机组,第二类溴化锂吸收式热泵机组属于升温型热泵机组，采用中温废热源驱动，用低温冷却水冷却，对外提供温度高于废热源温度的采暖或工艺用热水。,第二部分|国内外研究现状,3,论文结构,第三部分|论文结构,1,2,3,4,第1章绪论,介绍了我国能源发展现状和环形加热炉烟气余热利用及意义；阐述了溴化锂吸收式制冷技术和课题研究背景。,第2章烟气补燃型双效溴化锂吸收式制冷机工作原理,介绍了溴化锂机组的组成及各组件的工作原理和热力参数等，为后续系统的参数确定工作奠定基础。,第3章环形加热炉余热量参数分析,根据包钢无缝厂现场得到的环形加热炉主要技术数据，结合溴化锂机组在冷热负荷参数，确定了烟气余热利用系统的热交换方式和合理匹配方案。,第4章烟气补燃型环形加热炉余热再利用系统设计,提出了烟气补燃型环形加热炉再利用系统设计方案；阐述了系统节能管理系统的控制方式和外部结构设计。通过系统运行，分析了该系统产生的经济效益。,4,主要工作和成果,第四部分|主要工作和成果,提出了采用溴化锂烟气余热空调技术对环形加热炉余热再利用的方案,确定烟气余热利用系统的热交换方式，环形加热炉与系统的合理匹配方案,环形加热炉烟气余热再利用系统总体设计方案,三层节能管理系统控制方式：管理层、控制层和设备层外部结构设计：水系统、轻/重油系统、燃气系统排烟系统和电气系统,验证了该系统设计的可行性，经济性,1,2,3,4,5,第四部分|主要工作和成果,研究确定烟气余热利用采用的热交换方式:该项目初期设计确定采用三台余热锅炉进行余热利用，后续配备暖风机采暖，厂房冬季采暖系统为:余热站产生蒸汽-换热器-厂房内主电室、操作室采暖。夏季制冷系统为:利用余热锅炉产生的蒸汽用于溴化锂空调机组生产冷水进行制冷。一台采用蒸汽型溴化锂空调机组,另一台选用天然气溴化锂机组,在出现特殊情况如环形炉检修无烟气或蒸汽(余热锅炉)存在问题时,使用天然气做备用来满足电气设备使用条件。通过对溴化锂空调机组的实际性能参数，方案更改为:针对该项目的运行工况,适合采用两台蒸汽与直燃混合型双效溴化锂吸收式一体化制冷机组并联运行,互为备用,这样既节省了初期设备投资费用,又保证了设备运行的可靠性。上述方案在初期设计的基础上进行了优化,但在夏季制冷时热烟气先经过余热锅炉转换成蒸汽,再由双效溴化锂吸收式一体化制冷机组将蒸汽转换成冷水,经过两次转换热量损失巨大,从节能方面是不经济的。经过与相关溴化锂空调机组专家进一步技术交流,项目组提出能不能减少一次热量交换,直接由热烟气转换成冷水,取消余热锅炉先转换成蒸汽这一环节,最终提出采用烟气补燃型溴化锂吸收式冷热水机组方案。烟气补燃型溴化锂吸收式冷热水机组利用溴化锂作为中间介质，可直接从烟气中吸取热量进行冷热交换，实现冬季采暖、夏季制冷功能。烟气补燃型机组的补燃燃料为天燃气，补燃负荷按名义制冷量匹配。,第四部分|主要工作和成果,系统工艺流程图,环形加热炉产生的烟气从靠近内环侧墙的排烟口引出，通过过渡烟管连接进入车间地下烟道，经空气换热器、烟道闸板，最后进入烟囱排入大气中。溴化锂系统设置在车间厂房内的烟道附近。在正常生产时烟气主要通过溴化锂系统回收烟气中的余热，在环形炉烘炉、超低负荷生产或烟气温度太低时，烟气不经过溴化锂系统，仍从主烟道直接进入烟囱排放到大气中。,第四部分|主要工作和成果,确定烟气余热利用采用的热交换方式为烟气补燃型溴化锂吸收式冷热水。传统环形加热炉烟气余热利用方式为：环形加热炉产生余热烟气经环形炉烟气预热器吸收后，将烟气中的可用余热经余热锅炉再利用，转换成热蒸汽,利用热蒸汽进行冬季采暖。夏季制冷则采用蒸汽溴化锂吸收式制冷机组将蒸汽转换成冷水达到制冷目的。这样既节省了初期设备投资费用,又保证了设备运行的可靠性。确定环形加热炉产生的余热量、余热烟气的实际可利用温度等性能参数，研究确定烟气采集方式及控制方式。在生产过程中，环形炉排烟量大，经烟气预热器吸收后，排烟温度中仍含有大量可用余热。设计初期首先需要确定环形加热炉产生的余热量、余热烟气的实际可利用温度等性能参数。环形炉加热炉排放的余热烟气进入烟气补燃型溴化锂机组，在烟气余热利用系统中设置高温烟气电动蝶阀、变频引风机和主烟道电动闸板阀，均由烟气补燃型机组的控制系统进行控制，利用环形炉排放的烟气余热驱动烟气补燃型溴化锂吸收式冷热水机组为热轧生产线夏季供冷、冬季供暖。,第四部分|主要工作和成果,烟气补燃型环形加热炉再利用系统的自动控制系统,自动控制系统将烟气余热型空调主机（即烟气补燃型溴化锂吸收式冷热水机组，简称烟气补燃型机组）及其烟气系统、冷（热）水系统、冷却水系统设备进行集中监控，实现设备安全、稳定、节能运行的目的。,自动控制系统,集中远程监控系统,烟气补燃型机组的本机控制系统,第四部分|主要工作和成果,烟气补燃型环形加热炉再利用系统的节能管理系统的控制方式,根据瑞士ABB公司提供的主电室内电气设备的发热量及现场操作室和休息室的数量确定烟气补燃型溴化锂吸收式冷热水机组所需要的准确制冷量，根据制冷量选择烟气补燃型溴化锂吸收式冷热水机房的性能参数和设备构成。该系统采用三级管理系统的控制方式，在整个系统中设置管理层、控制层和设备层，对系统运行进行全面检测控制。,管理层。主要通过计算机和视频录像设备通过光纤通讯网络对烟气型补燃型溴化锂制冷机组设备进行远程监控控制。(2)控制层。主要执行管理层做出的操作指令。(3)设备层。设备层包括现场安装的各类温度、压力、流量传感器、电动调节阀、电动烟气阀，水泵变频控制柜、水泵工频运行控制柜及动力配电柜等。这些设备接收PLC控制器发出控制运行信号。,第四部分|主要工作和成果,标题,水系统,轻油系统,烟气补燃型环形加热炉再利用系统的外部结构,重油系统,燃气系统,排烟系统,电气系统,机组电源为三相五线制交流电源，电压380伏，电源线送至机组电控箱。本项目采用的机组均带有外部系统联动功能。,采用具有较强的抗腐蚀性砖和混凝土制作的烟囱。烟道和烟囱的设计主要考虑因素是机组烟口处压力值，一般压力范围是-50mmH2O。为提高烟气流通性，考虑烟气在烟道转弯处存在堵塞情况，烟道截面采用圆形，烟道转弯处采用圆弧结构。,机房燃气管道架空敷设。机房内燃气管道不穿过易燃或易爆品仓库、配电室、变电室、电缆沟、通风沟、风道、烟道和易使管道腐蚀的场所。,轻油系统的燃油系统适用于燃用轻柴油（GB252）。重油系统的燃油系统适用于燃用重柴油和20号至60号重油（GB445）。油箱上设置直通室外的通气管，通气管上设置阻火器和防雨设施。油管采用铜管，管内油流速小于0.2m/s。,机组和各水泵（含备用泵）的入口安装具有大面积过滤网（58目）且便于拆卸的过滤器，管路设计时要保证清洗过滤器和检修水泵时系统运转不被中断。,5,结论与展望,第五部分|结论,在同等的环形加热炉烟气余热利用设备中，烟气型双效溴化锂制冷机组在降本增效和节能环保等方面都具有一定的优势，可应用于无缝管生产厂。,通过生产车间生产时的烟气温度、烟气量、冬季供暖量需求、夏季制冷量需求等实际情况，综合设备成本、社会及经济效益因素考虑，烟气余热利用系统的热交换方式和匹配方案是合理的。,本系统的直接经济效益为设计方案的优化节省了设备费用和能源节约费用、系统的社会效益对降低温室效应、节能减排产生积极效果。,第五部分|展望,根据目前查阅资料和参数研究，本文设计系统的参数优化分析比较简单和不够完善，因此，应对溴化锂吸收式冷热机组的性能参数优化，提高溴化锂机组的制冷、供暖效率。同时，系统软件设计的界面不够完善，应改善系统交互界面。,1,2,本文对环形加热炉余热量参数进行了分析，同时根据溴化锂机组工作性能进行了设备选型和数量设定，没有充分考虑设备对系统设计的影响。针对系统热力系数，应考虑热泵等机械设备的功耗对整体系统的热力性能影响，使系统热力性能参数更加合理。,6,参考文献,第六部分|参考文献,1李雪慧,史丹.新形势下我国能源安全的现状及未来战略调整J.中国能源,2016,38(7):11-16.2柴生高.浅谈我国的能源现状及能源对策J.中国外资月刊,2011(11):194-195.3童瀛.中国能源安全现状问题及对策浅析J.能源与节能,2013(11):15-17.4朱维涛.我国能源发展的战略思考转变发展方式由大到强J.中国能源,2011,33(5):5-9.5张丽,付军华.浅析我国能源安全现状及解决路径J.法制与社会,2017(11).6俞培根.对我国能源与环境困境的战略思考J.科学社会主义,2013(2):106-109.7王信茂.对“十二五”加快电力发展方式转变的思考J.能源技术经济,2010,22(5):1-7.8吴吟.中国能源战略思考与十二五能源发展要点J.中国煤炭,2010,36(7):8-10.9丛威,周凤起,康磊.我国能源发展现状及对“十二五”能源发展的思考J.应用能源技术,2010,(09):1-6.10马洁.构建环境导向企业管理体系的探讨J.经济与管理研究,2005(10):29-32.11YaoS,WangC,ZhangL,etal.TheInfluencingFactorsofResourcesandEnvironmentsintheProcessofUrbanizationofChinaJ.ProgressinGeography,2008,27(3):94-100.12HaoC.OccupationalDifferentiationandInfluencingFactorsofLand-lostFarmersDuringUrbanizationJ.ChinaPopulationResources&Environment,2013.13TaoL,YuanjingQI,CaoG,etal.Chinasfloatingpopulationinthe21stcentury:Unevenlandscape,influencingfactors,andeffectsonurbanizationJ.ActaGeographicaSinica,2015,90(1):120-120.,第六部分|参考文献,14KangDH,LorenteS,BejanA.ConstructalarchitectureforheatingastreambyconvectionJ.InternationalJournalofHeat&MassTransfer,2010,53(910):2248-2255.15WildD,MeurerT,KugiA.Modellingandexperimentalmodelvalidationforapusher-typereheatingfurnaceJ.MathematicalModellingofSystems,2009,15(3):209-232.16ShamsiMRRI.Two-dimensionalturbulentheatandfluidflowmodeltostudyeffectofworkinggasandotherprocessparametersonheattransferinplasmafurnaceJ.Ironmaking&Steelmaking,2009,36(2):97-104.17PrasertsanS,Saen-SabyP.HEATPUMPDRYERS:RESEARCHANDDEVELOPMENTNEEDSANDOPPORTUNITIESJ.DryingTechnology,1998,16(1-2):251-270.18JensenJK,MarkussenWB,ReinholdtL,etal.Exergoeconom