余热回收动力转换的研究与应用讲解

1、余热回收动力转换的研究与应用1.引言进入二十一世纪以来，全球经济增长速度很快，能源供应和需求之间的矛盾日渐突出，各个国家经济的竞争其中很重要的一方面体现在能源的竞争上。改革开放以来，随着我国经济发展水平的不断提高，能源消耗不断增加，而世界范围能源储量随着工业发展逐步消耗而面临紧缺，主要能源价格居高不下，能源供应和需求之间的矛盾成了制约我国经济快速、持续、稳定发展的瓶颈。尤其是2003年接踵而至的水荒、煤荒、电荒、油荒、气荒等等，所有的信息指向都在预示着我国将会面临更加严峻的能源压力。能源短缺和价格的居高不下造成全球工业企业生产的成本不断增加和市场竞争压力的增大，如何节能降耗、降低成本成为全世界

2、工业企业生存竞争的关键。改革开放以来，我国党中央、国务院就提出了“能源开发与节约并举，把节约放在首位”的指导方针，2000年原国家计委、国家经贸委、国家环保总局、建设部四部委为落实节约能源法中关于“国家鼓励发展热电联产、集中供热，提高热电机组利用率”的规定以急计基础1268号文下达了关于发展热电联产的规定，推动了我国热电联产事业的发展。2004年更是提出了建设节约型社会的重要指导思想，成立了以温家宝总理为组长的能源领导小组，并出台了一系列节约能源的政策，国家对节约能源的认识已经有了相当的高度。尤其进入“十一五”以来，针对2000年我国单位GDP能耗为世界均值3.38倍的严峻现实，国家提出了五年

3、内降低单位GDP能耗20的具体目标纳入国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要。2006年7月25日，国家发展改革委会同科技部、财政部、建设部、国家质检总局、国家环保总局、国务院机关事务管理局、中共中央直属机关事务管理局等七部委联合组织编制、下发了发改环资20061457号文“十一五”十大重点节能工程实施意见，把区域热电联产工程、余热余压利用工程、能量系统优化（系统节能）工程等和热电（功）联产有关的工程列入重点实施工作内容，明确了配套措施和组织实施单位。余热回收利用可以分解为两个过程：1、余热回收过程，即通过高效换热设备将废热回收，使废气中的热量转变成可利用的状态。2、余热利用过程，对上述可利用

4、的热量加以充分利用。余热回收过程在各企业基本相同，绝大多数是利用高效换热设备（余热锅炉），将热废气里的热量传递给水，来生产蒸汽。蒸汽参数可根据不同的要求进行调整。而余热利用过程则各有不同，大体可分为以下几种方式：a、供本厂区生产、供热、采暖使用。b、供本厂区使用，并且并网。c、将蒸汽供给汽轮发电机组，发电。d、将蒸汽供给汽轮机，将汽轮机作为动力装置直接驱动水泵、风机、压缩机等旋转设备。为了更好的贯彻党中央的指示精神，搞好热电（功）联产工作，近年来一般不直接采用a和b两种利用方式，而是将a和b作为辅助利用方式，即先利用蒸汽做功，然后供热。近年来，利用余热回收生产的蒸汽发电应用比较广泛，经济分析比

5、较可知，发电系统正常运转后，在2年内可以收回投资，以后每年可以给企业节约几千万元的成本，经济效益十分显著。但是余热发电有其无法消除的缺点：1.所发电能并网困难，只能供本厂区使用；2.发电过程增加了热能转化为电能的过程，使能源的利用率降低了20%。另一种利用方式是将汽轮机作为动力装置直接驱动水泵、风机、压缩机等旋转设备，则可以消除发电的缺点。直接拖动不但设备简单，投资少。而且经济效益比发电要高得多。因为它没有发电机和电动机等中间环节，当然就没有这方面的中间机械的损失。因此效率就高了，效益就大了。但也有其自身的缺点，1.汽轮机布置分散，不便于管理；2.旋转设备需要配备辅助动力，增加双出轴电动机，用

6、于汽轮机维护或故障时，及系统刚开始运行时，驱动旋转设备，增加了投资。2.余热回收在烧结厂的动力转换节约资源和保护环境，已经称为当前和今后我国经济社会发展必须面对和解决的重大课题。节能减排作为一项基本国策将在较长时期内贯穿于我国的经济生活，影响到各行各业。钢铁行业是高消耗、高污染的“大户”，如何贯彻党中央的指示精神，从源头上解决这些问题，进而推动钢铁行业的大发展，已经成为我们科技型企业迫在眉睫的重要任务。我国烧结工序能耗在钢铁企业中仅次于炼钢而居第二位，据统计，烧结工序的能耗约占冶金行业总能耗的15%，比国外先进指标高出20%以上，主要原因是余热资源回收与利用水平太低。在烧结生产中，通过热废气和

7、烟气排放的热量约占烧结总能耗的45%。高效回收这部分热量并加以充分利用（称为：余热回收利用），对企业的节能增效、提高能源利用率、降低烧结工序能耗和成本有重大的意义，可以为企业带来十分可观的经济效益，并且可以有效的减少烟气热、粉尘的排放，减少对环境的影响。所以余热回收利用不只是节能的需要，也是减排的需要，更是改善烧结工艺和提高烧结矿质量的需要，一举多得。在过去的一年里，回收效率有了很大的提高，每吨烧结矿回收蒸汽量达到100kg，发电达到15千瓦时。现在国内最高水平，每吨烧结矿回收蒸汽量可以达到150kg，发电最高可以达到20千瓦时。2.1 发电2.1.1方案一以450m2烧结机为例，余热锅炉回收

8、环冷机1、2冷却段废气，约可产中压蒸汽60t/h，低压蒸汽30t/h，选用双进汽单缸凝汽式汽轮机，型号BN14.5-1.6/320/0.35，配一台QF-K15-2汽轮发电机。2.1.1.1汽轮发电站发电主厂房主跨30m（五个柱距）16m，运转操作平台在7m平面，辅助平台在+3.5m平面。副跨30m（五个柱距）8m，分三层，1层（0.00）布置电气装置，2层（+3.80）为电缆夹层，3层（+7.00）为主控室。主厂房内设电动双梁桥式起重机（32t/5t）1台，轨顶标高14.5m。汽轮发电机组辅机布置在主跨0.00m平面和辅助平台（+3.5m）。汽轮机选用双进汽单缸凝汽式汽轮机，型号BN14.5

9、-1.6/320/0.35，配一台QF-K15-2汽轮发电机。主汽门、高压调节汽阀蒸汽室与汽缸为一体，新蒸汽从主汽门下部直接进入高压调节汽阀蒸汽室，汽缸下部有补汽口，汽缸排汽室通过排汽接管与凝汽器刚性连接。2.1.1.2主汽水系统1、补水系统在蒸汽输送及凝汽过程中，难免造成凝结水损失，为了保证余热锅炉和汽轮发电机的正常安全运行，本工程在主给水管路上设两个补水点，两个补水点分别位于余热锅炉除氧器和汽轮机凝汽器。2、凝结水系统凝汽器热井中凝结水通过凝结水泵送至环冷机余热锅炉的凝结水加热器，经初步加热后进入除氧器。凝结水泵设回流管路，凝结水泵出口水量可以直接回流至凝汽器热井。设汽封加热器，并在凝结水

10、管路设旁路，凝结水可通过汽封加热器，也可通过旁路绕过汽封加热器。凝结水管路在环冷机余热锅炉凝结水加热器进出口设旁路，旁路上设温控阀，用于控制凝结水加热器出口水温。3、余热锅炉汽水系统凝结水经过凝结水加热器预加热后，至除氧器，除氧后进入除氧水箱。除氧水箱上预留低压给水接口和中压给水接口。环冷机余热锅炉低压过热蒸汽：低压给水泵由除氧水箱低压给水接口取水，接至低压汽包，低压汽包炉水经下降管至低压蒸发器，产生低压饱和蒸汽，经上升管至低压汽包，低压饱和蒸汽经低压汽包顶部管道至低压过热器，过热后，通过外部管道供至汽轮机。低压给水泵后设给水流量调节阀，并设至除氧水箱的回流系统，用最小流量保护阀来控制回流水量

11、。锅炉给水泵采用变频电机，用来稳定锅炉压力。环冷机余热锅炉中压过热蒸汽：中压给水泵由除氧水箱中压给水接口取水，送至中压省煤器（中压预热器），加热后送至中压汽包，中压汽包炉水经下降管至中压蒸发器，产生中压饱和蒸汽，经上升管至中压汽包，中压饱和蒸汽经中压汽包顶部管道至中压过热器，产生中压过热蒸汽，经喷水减温器至中压过热蒸汽出口集箱，然后经外部管道供至汽轮机。中压给水泵后设给水流量调节阀，并设至除氧水箱的回流系统，用最小流量保护阀来控制回流水量。锅炉给水泵采用变频电机，用来稳定锅炉压力。主抽引风余热锅炉低压过热蒸汽：低压给水泵由除氧水箱低压给水接口取水，接至主抽引风余热锅炉汽包，汽包炉水经下降管至蒸

12、发器，产生低压饱和蒸汽，经上升管至汽包，低压饱和蒸汽经汽包顶部管道至低压过热器，过热后，通过外部管道供至汽轮机。低压给水泵后设给水流量调节阀，并设至除氧水箱的回流系统，用最小流量保护阀来控制回流水量。锅炉给水泵采用变频电机，用来稳定锅炉压力。4、汽轮发电站汽水系统中压蒸汽进电动隔离门前，中压蒸汽经过电动隔离门至主汽门，调节汽门进汽轮机。低压蒸汽进电动隔离门后，低压蒸汽至补汽门进汽轮机。5、疏水系统汽轮机本体疏水。管路疏水均进入疏水膨胀箱。疏水在膨胀箱内扩容后，二次蒸汽至凝汽器顶部，凝结水至凝汽器底部热井。6、排污系统锅炉系统排污排至连续及定期排污扩容器，连续排污扩容器二次蒸汽接至除氧器，定期排

13、污扩容器二次蒸汽放空或接入补水箱，紧急放水直接接至排污井。2.1.1.3主要设备技术参数1、汽轮机名称型号：双进汽单缸凝汽式汽轮机BN14.5-1.6/320/0.35数量： 1台额定功率： 14.5MW额定进汽压力： 1.6MPa额定进汽温度： 320中压进汽流量： 60t/h补汽压力： 0.35MPa补汽温度： 165补汽流量： 10.0t/h排汽压力： 0.007 MPa2、发电机名称型号：发电机QF-K15-2数量： 1台额定发电功率： 15.0MW实际发电功率： 11MW3、冷凝器名称型号：分列二道制表面式凝汽器数量： 1台冷却面积：1450m2冷却水量： 3347t/h冷却水温：

14、25334、汽封加热器名称型号： LQ-20数量： 1台冷却水量： 50t/h最大水压： 1.0MPa加热面积： 20m2轴封风机： AZY10-700-3、380V、3kW5、冷油器名称型号： YL-20数量： 1台冷却面积： 20m2冷却水量： 44t/h油流量： 85.0 l/min润滑油型号： HU-306、射水抽汽器数量： 1台抽汽能力： 12.5kg/h，0.004MPa工作水流量： 180m3/h工作水扬程： 0.405MPa7、电动双梁桥式起重机名称型号： 32t/5t数量： 1台跨距： LK=14.5m，H=14.0m8、其他二台交流油泵，一台直流油泵，二台射水泵，二台凝结水

15、泵，一台潜水排污泵。2.1.1.4项目经济效益概算余热回收所配循环风机功率为2500kW，其他附属设施用电功率约为250kW。由于循环风机运行时，工艺一号冷却风机停机，故需减去一号冷却风机功率710kW，余热回收自用电功率Q1=2500+250-800=1950 kW余热发电功率Q2=11000kW净剩发电功率Q= Q2- Q1=11000-1950=9050kW1、项目收益概算所发电量全部供给本烧结厂区使用，按照年工作8000小时计，全年可以减少90508000=7240万kwh外购电，按照外购电价0.8元/kwh，全年可以为企业节省：72400.8=5792万元。余热回收生产低压蒸汽30t

16、/h，而汽轮机需要低压蒸汽10t/h，剩余20t/h供给本厂区生产及采暖使用，完全可以满足厂区需要。厂区生产用汽自给自足，不需要消耗厂外蒸汽，每年又可以为企业节约大量的外购蒸汽费用，外购蒸汽按照150元/吨，全年节省外购蒸汽费：208000150=2400万元，2、项目投资概算余热回收设备（余热锅炉及辅机）、余热利用设备（汽轮发电机组及辅机）、其他辅机设备、土建投资约为11000万元运行成本费用测算：运行后增加运行监控人员每班3人，运行监控人员工资2000元/月.人，共计21.6万元/年。余热锅炉及汽轮发电机组检修维护费用约30万元/年。2.1.1.5结论扣除汽轮发电机组运行人员工资及检修维护

17、费用每年可产生效益8140.4万元。以上计算可以看出，余热发电经济效益十分显著，不到一年零五个月可以收回投资，以后每年可以为企业创造效益8100多万元。2.1.2方案二以360m2烧结机为例，余热锅炉回收环冷机1、2冷却段废气，约可产中压蒸汽45t/h，低压蒸汽30t/h，选用双进汽单缸凝汽式汽轮机，型号BN12-1.5/315/0.3，配一台QF-12-2C汽轮发电机。2.1.2.1汽轮发电机组部分设备选型技术参数1、汽轮机名称型号：双进汽单缸凝汽式汽轮机BN12-1.5/315/0.3数量： 1台额定功率： 12MW额定进汽压力： 1.5MPa额定进汽温度： 315中压进汽流量： 45t/

18、h补汽压力： 0.3MPa补汽温度： 147补汽流量： 14.0t/h排汽压力： 0.007 MPa2、发电机名称型号：发电机QF-12-2C数量： 1台额定发电功率： 12.0MW实际发电功率： 8.2MW2.1.2.2项目经济效益概算余热回收所配循环风机功率为2300kW，其他附属设施用电功率约为150kW。由于循环风机运行时，工艺一号冷却风机停机，故需减去一号冷却风机功率710kW，余热回收自用电功率Q1=2300+150-710=1740 kW余热发电功率Q2=8200kW净剩发电功率Q= Q2- Q1=8200-1740=6460kW1、项目收益概算所发电量全部供给本烧结厂区使用，按

19、照年工作8000小时计，全年可以减少64608000=5168万千瓦时外购电，按照外购电价0.8元/kwh，全年可以为企业节省：51680.8=4134.4万元。余热回收生产低压蒸汽30t/h，而汽轮机需要低压蒸汽14t/h，剩余16t/h供给本厂区生产及采暖使用，完全可以满足厂区需要。厂区生产用汽自给自足，不需要消耗厂外蒸汽，每年又可以为企业节约大量的外购蒸汽费用，外购蒸汽按照150元/吨，全年节省外购蒸汽费：168000150=1920万元，2、项目投资概算余热回收设备（余热锅炉及辅机）、余热利用设备（汽轮发电机组及辅机）、其他辅机设备、土建投资约为9000万元运行成本费用测算：运行后增加

20、运行监控人员每班3人，运行监控人员工资2000元/月.人，共计21.6万元/年。余热锅炉及汽轮发电机组检修维护费用约15万元/年。2.1.2.3结论扣除汽轮发电机组运行人员工资及检修维护费用每年可产生效益6017.8万元。以上计算可以看出，余热发电经济效益十分显著，一年零六个月可以收回投资，以后每年可以为企业节约6000多万元电费。2.2驱动2.2.1方案一以450m2烧结机为例，余热锅炉回收环冷机1、2冷却段废气，约可产中压蒸汽60t/h，低压蒸汽30t/h，利用汽轮机直接驱动余热回收循环风机、环冷风机和除尘风机。利用汽轮机直接驱动风机时，当烧结系统刚开始运行时，余热回收系统还未投入运行，此

21、时汽轮机无法工作，所以需要为风机设双动力，即增加双出轴电动机，用于系统开始运行至稳定期间，或是汽轮机维护或故障时驱动风机。布置方式如下：余热回收循环风机共1台，每台配备2500kW双出轴电动机和凝汽式汽轮机，汽轮机型号N3.0-1.27，进汽压力1.27MPa，进汽量20.4t/h。环冷风机共4台，每台配备800kW双出轴电动机和凝汽式汽轮机，汽轮机型号N0.75-1.27，进汽压力1.27MPa，进汽量5t/h。除尘风机共2台，每台配备1500kW双出轴电动机和凝汽式汽轮机，汽轮机型号N1.5-1.27，进汽压力1.27MPa，进汽量10t/h。2.2.1.1汽轮机选型技术参数1、汽轮机（余

22、热回收循环风机）名称型号：凝汽式汽轮机N3.0-1.27数量： 1台额定功率： 3MW额定进汽压力： 1.27MPa额定进汽温度： 280进汽流量： 20.4t/h排汽压力： 0.007 MPa2、汽轮机（环冷风机）名称型号：凝汽式汽轮机N0.75-1.27数量： 4台额定功率： 0.75MW额定进汽压力： 1.27MPa额定进汽温度： 280进汽流量： 5t/h排汽压力： 0.007 MPa3、汽轮机（除尘风机）名称型号：凝汽式汽轮机N1.5-1.27数量： 2台额定功率： 1.5MW额定进汽压力： 1.27MPa额定进汽温度： 280进汽流量： 10t/h排汽压力： 0.007 MPa2.

23、2.1.2项目经济效益概算当系统正常运行时，以下电动机停止用电，有汽轮机代替其驱动风机。1、余热回收所配循环风机，功率为2500kW，1台。2、环冷风机，功率为800kW，5台（其中4台配备汽轮机，另一台为一号冷却风机，余热回收循环风机运行时，一号冷却风机停机）。3、除尘风机，功率为1500kW，2台。余热回收其他附属设施增加电功率约为250kW。余热回收利用正常运行后，相比未上余热回收利用时节省电功率Q1=8005+15002-250=6750 kW1、项目收益概算按照年工作8000小时计，全年可以节约用电67508000=5400万kwh，按照外购电价0.8元/kwh，全年可以为企业节省5

24、4000.8=4320万元。汽轮机消耗60t/h中压蒸汽，剩余30t/h低压蒸汽供厂区使用，剩余部分并网。厂区生产用汽自给自足，每年可以为企业节约大量的外购蒸汽费用，剩余部分并网，还可以为企业创造直接经济效益。蒸汽按照150元/吨，全年创造效益：308000150=3600万元，2、项目投资概算余热回收设备（余热锅炉及辅机）、余热利用设备（汽轮机及辅机）、其他辅机设备、土建投资约为9600万元运行成本费用测算：运行后增加运行监控人员每班3人，运行监控人员工资2000元/月.人，共计21.6万元/年。余热锅炉及汽轮发电机组检修维护费用约50万元/年。2.2.1.3结论扣除汽轮发电机组运行人员工资

25、及检修维护费用每年可产生效益7848.4万元。以上计算可以看出，汽轮机驱动风机经济效益十分显著，一年零三个月可以收回投资，以后每年可以为企业创造效益7800多万元。2.2.2方案二以360m2烧结机为例，余热锅炉回收环冷机1、2冷却段废气，约可产中压蒸汽45t/h，低压蒸汽30t/h，利用汽轮机直接驱动余热回收循环风机、环冷风机。余热回收循环风机共1台，每台配备2300kW双出轴电动机和凝汽式汽轮机，汽轮机型号N2.1-1.27，进汽压力1.27MPa，进汽量16.35t/h。环冷风机共4台，每台配备710kW双出轴电动机和凝汽式汽轮机，汽轮机型号N0.75-1.27，进汽压力1.27MPa，

26、进汽量5t/h。2.2.2.1汽轮机选型技术参数1、汽轮机（余热回收循环风机）名称型号：凝汽式汽轮机N2.1-1.27数量： 1台额定功率： 2.1MW额定进汽压力： 1.27MPa额定进汽温度： 280进汽流量： 16.35t/h排汽压力： 0.007 MPa2、汽轮机（环冷风机）名称型号：凝汽式汽轮机N0.75-1.27数量： 4台额定功率： 0.75MW额定进汽压力： 1.27MPa额定进汽温度： 280进汽流量： 5t/h排汽压力： 0.007 MPa2.2.2.2项目经济效益概算当系统正常运行时，以下电动机停止用电，有汽轮机代替其驱动风机。1、余热回收所配循环风机，功率为2300kW

27、，1台。2、环冷风机，功率为710kW，5台（其中4台配备汽轮机，另一台为一号冷却风机，余热回收循环风机运行时，一号冷却风机停机）。余热回收其他附属设施增加电功率约为150kW。余热回收利用正常运行后，相比未上余热回收利用时节省电功率Q1=7105-150=3400 kW1、项目收益概算按照年工作8000小时计，全年可以节约用电34008000=2720万kwh，按照外购电价0.8元/kwh，全年可以为企业节省27200.8=2176万元。汽轮机消耗45t/h中压蒸汽，剩余30t/h低压蒸汽供厂区使用，剩余部分并网。厂区生产用汽自给自足，每年可以为企业节约大量的外购蒸汽费用，剩余部分并网，还可以为企业创造直接经济效益。蒸汽按照150元/吨，全年创造效益：308000150=3600万元，2、项目投资概算余热回收设备（余热锅炉及辅机）、余热利用设备（汽轮机及辅机）、其他辅机设备、土建投资约为7000万元运行成本费用测算：运行后增加运行监控人员每班3人，运行监控人员工资2000元/月.人，共计21.6万元/年。余热锅炉及汽轮发电机组检修维护费用约50万元/年。2.2.2.3结论扣除汽轮发电机组运行人员工资及检修维护费用每年