烧结工序中低温余热梯级回收利用研究

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3.0 高德中 2024-11-19 5 4 2.81MB 77 页 15积分
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摘 要
烧结余热回收是冶金行业烧结工序节能降耗的主要手段，由于缺乏明确的指导
和完整的技术支撑，目前国内冶金行业烧结工序的余热回收存在单一、不充分等
不合理的现象，未能从企业自身情况入手，综合、合理利用烧结工序的各项余能，
具体表现在大部分企业仅对冷却废气中的高温段进行简单热回收，几乎未回收烧
结废气和低温段冷却废气；一味的追求蒸汽产量，未能合理分配、利用蒸汽，导
致厂区夏天蒸汽过剩，冬天蒸汽不足；回收得到的蒸汽品位较低，只能用来供热，
降低了余热回收后被充分合理利用的可能性。
本文根据“温度对口、能级匹配”的原则，以宝钢不锈钢事业部 1#烧结机中
低温余热回收示范项目为研究对象，通过对事业部 1#烧结机系统的调研、分析，
对技改后的 1#烧结系统进行了全面的热工测试，主要包括烧结机本体热工测试、
环冷机热工测试、余热锅炉热工测试。根据热工测试结果，计算分析了宝钢不锈
钢事业部 1#烧结机的质流、能流和火用流。
同时，利用火用分析方法，针对非回热式余热和回热式余热两种余热，计算分
析了在纯热式余热利用系统、背压式热-动力合用系统、调整抽汽凝汽式热-动力合
用系统以及纯动力利用系统条件下，余热回收的火用经济性。
根据计算分析结果，提出了深入挖掘烧结系统余热回收潜力的多项技改建议，
包括烧结机尾部高温段的烟气余热回收，环冷机中、低温段余热回收，烧结机大
小风量烧结，高效换热、余热发电等措施。结合不锈钢事业部 1#烧结系统的余热
回收技改和余热回收潜力的分析，提出了烧结余热梯级回收利用方法。
关键字：烧结 余热 梯级 回收
ABSTRACT
Waste heat recovery is the primary means of energy saving in metallurgical industry
sintering process.By the reason of the absence of clear guidance and complete technical
support, at present, there is a inadequate and unreasonable phenomenon in waste heat
recovery of metallurgical industry’s sintering process,which is not starting from their
own situation,to comprehensive, rational use the complementary energy of sintering
process.The specific performance is most companies only simplely recove the section
of high temperature cooling exhaust heat,and hardly recove the the sintering exhaust gas
and low-temperature cooling exhaust heat; blind pursuit of steam output,and did not
allocate steam,that’s why steam is excess in summer,but lack in winter; get low grade
steam recovery,which can only be used to heating,so that, reducing the potential of use
waste heat recovery after it be recovered.
According to the rule of “Temperature counterparts, energy level matching”,as
“Baosteel Stainless Steel Division 1 # sintering machine in low-temperature waste heat
recovery demonstration projects” the research object, through the research and analysis
of Division 1 # sintering machine systems,make a comprehensive thermal test after the
technological transformation of 1 # sintering system,including sintering machine body
test, central cooler test, waste heat boiler test etc. According to the results of thermal
testing calculation mass flow, energy flow and exergy flow of the Division of Stainless
Steel 1 # sintering machine.
Meanwhile,with the exergy analysis method,base on the non-regenerative waste
heat and regenerative waste heat, calculated and analyzed the exergoeconomic in the
situation of pure thermal waste heat recovery systems, back-pressure heat - Power
combination system, adjusting the extraction condensing heat - power combined system
and the use of pure power system.
According to the calculation results, propose a number of proposals, which is about
digging the potential of waste heat recovery in sintering system,including high
temperature flue gas heat recovery in the tail section of sintering
machine,middle-temperature and low-temperature waste heat recovery in ring cold
machine, sintering with different size of wind, efficient heat exchanger, Waste heat
power generation and other measures.With the transformation and waste heat recovery
potential analysis, proposed cascade recycling method of waste heat in sintering
process.
Key Word: Sintering, waste heat, recovery ,steps
I
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论 ............................................................................................................. 1
§1.1.课题开展的背景、目的 ................................................................................... 1
§1.1.1.中国能源利用的效率问题及节能潜力分析 ............................................ 1
§1.1.2.余热资源的分布 ....................................................................................... 3
§1.2.冶金行业烧结工序能耗 ................................................................................... 4
§1.2.1.国内重点冶金企业烧结工序能耗状况 .................................................... 5
§1.2.2.宝钢不锈钢事业部烧结工序能耗 ............................................................ 6
§1.2.3.国内冶金企业烧结工序余热回收现状 .................................................... 8
§1.2.4.烧结工序单位产品能耗计算.................................................................. 10
§1.2.5.宝钢不锈钢事业部 1#烧结工序技改前余热状况 .................................. 11
第二章 烧结机质量平衡、能量平衡 .................................................................... 13
§2.1.宝钢不锈钢事业部 1#烧结机烧结工艺 ......................................................... 13
§2.2.宝钢不锈钢事业部 1#烧结机余热回收技改措施 ......................................... 16
§2.2.1.余热锅炉余热收系统工艺流程 .............................................................. 16
§2.2.2.热风点火系统工艺流程 ......................................................................... 17
§2.3.烧结机测试 .................................................................................................... 17
§2.3.1.测定体系的确定原则 ............................................................................. 18
§2.3.2.烧结体系热工测试方案 ......................................................................... 18
§2.4.烧结系统质、能平衡 .................................................................................... 25
§2.4.1.烧结机本体质、能平衡 ........................................................................... 25
§2.4.2.环冷机质流、能流 ................................................................................. 29
§2.4.3.余热锅炉质流、能流 ............................................................................. 30
§2.4.4.烧结机测试效率评价 ............................................................................. 31
§2.4.5.烧结系统未利用余能状况 ..................................................................... 32
第三章 烧结系统火用分析 .................................................................................... 35
§3.1.能量和火用 .................................................................................................... 35
§3.2.不同形式能量的火用 .................................................................................... 35
§3.2.1.热量火用 ................................................................................................ 35
§3.2.2.化学反应火用 ......................................................................................... 36
II
§3.2.3.燃料化学火用 ......................................................................................... 36
§3.2.4.燃气的火用 ............................................................................................ 37
§3.3.火用分析方法 ................................................................................................ 38
§3.3.1.不同系统的能量平衡、火用平衡 .......................................................... 38
§3.3.2.火用的评价指标 ..................................................................................... 39
§3.4.烧结系统火用分析 ........................................................................................ 40
§3.4.1.烧结机本体火用分析 ............................................................................. 41
§3.4.2.环冷机火用分析 ..................................................................................... 46
§3.4.3.余热锅炉火用分析 ................................................................................. 48
§3.5.烧结系统余能流能级 .................................................................................... 49
第四章 烧结余热不同利用方式火用经济性分析 ................................................. 52
§4.1.余热利用系统热力学模型及合理利用指标 .................................................. 52
§4.2.余热不同利用方式火用经济性分析 ............................................................. 54
第五章 烧结余热综合回收利用方法 .................................................................... 58
§5.1.烧结机本体风箱大小风量烧结工艺 ............................................................. 58
§5.2.烧结机尾部 200℃以上烟气余热利用........................................................... 60
§5.3.环冷机敞口段 200℃以上的热废气利用 ....................................................... 61
§5.4.降低余热锅炉排烟温度，提高余热锅炉效率 .............................................. 62
§5.5.余热发电技术提高余能品味 ......................................................................... 63
§5.5.1.烧结余热发电技术 ................................................................................. 63
§5.5.2.以重钢烧结厂为例解析节能减排效益 .................................................. 64
第六章 结论与展望 ............................................................................................... 68
§6.1.全文总结........................................................................................................68
§6.2.主要创新点....................................................................................................68
§6.3.工作展望........................................................................................................69
参考文献....................................................................................................................70
第一章 绪论
1
第一章 绪论
§1.1.课题开展的背景、目的
§1.1.1.中国能源利用的效率问题及节能潜力分析
节能减排是我国能源战略的重要组成部分，是保障国民经济可持续发展和全面
建设小康社会的基本国策之一。我国人均能源保有量是世界最低的国家之一，人
均资源量仅为世界平均水平约 10%，人均耗能量不足世界平均水平的 1/2，但能源
利用率较低。
近年来，我国一次能源消费总量迅速增长。2005 年，我国一次能源消费量为
22.2 亿吨标准煤，仅次于美国 33.38 亿吨标准煤，位居世界第二位，占世界能源消
费总量（150.53 亿吨标准煤）的 14.75%，与 2001 年相比（14.32 亿吨标煤），我国
能源消费量年均增长 11.8%，其中煤炭消费量由 2001 年的 13.5 亿吨上升到 21.66
亿吨。年均增长 12.8%；石油消耗量由 2.28 亿吨上升到 3.25 亿吨，年均增长 9.5%；
天然气消费量由 274 亿立方米上升到 500 亿立方米，年均增长 15.6%。2005 年，
我国一次能源人均消费量相当于世界平均水平的 74.4%，日本的 28.6%，美国的
14.7%，预测到 2020 年我国一次能源消费量将达到 29-39 亿吨标准煤。从能源消费
结构看：一、二、三产业和生活用能分别占 4.4%、69.3%、14.9%和11.4%，凸显
我国正处于制造大国的发展阶段，约 70%的能源消费分布在门类繁多的制造业，
这也正是我国现阶段节能技术发展的重点领域。
我国能源消费存在品种不均，地域分布不平衡等缺陷。其中，化石能源结构以
煤为主，煤占化石能源资源总量的 90%以上，石油、天然气储量较低。我国可再
生能源的储量丰富，有很多的开发利用潜力。其中，可开发水电装机容量为 4.02
亿千瓦，农业生物质能资源量约 3.5 亿吨标煤，可开发风能储量 2.53 亿千瓦，太
阳能理论辐射量 2万亿吨标煤，地热能探明储量 31.6 亿吨标煤。核能资源相对不
足，铀 235 仅够 1500 万千瓦的核电站用 30 年。
从国际比较来看，我国能源人均占有量低，尤其是石油和天然气的前景不容乐
观，煤炭的情况相对较好，与世界人均值基本相当。截止 2005 年，我国煤炭远景
资源约 50000 亿吨，保有储量约 10000 亿吨，探明可采储量由 2000 年的 1102 亿
吨上升到 1892 亿吨，仅次于美国（2466 亿吨），居世界第二位，占世界总资源（9090
摘要：

摘要烧结余热回收是冶金行业烧结工序节能降耗的主要手段，由于缺乏明确的指导和完整的技术支撑，目前国内冶金行业烧结工序的余热回收存在单一、不充分等不合理的现象，未能从企业自身情况入手，综合、合理利用烧结工序的各项余能，具体表现在大部分企业仅对冷却废气中的高温段进行简单热回收，几乎未回收烧结废气和低温段冷却废气；一味的追求蒸汽产量，未能合理分配、利用蒸汽，导致厂区夏天蒸汽过剩，冬天蒸汽不足；回收得到的蒸汽品位较低，只能用来供热，降低了余热回收后被充分合理利用的可能性。本文根据“温度对口、能级匹配”的原则，以宝钢不锈钢事业部1#烧结机中低温余热回收示范项目为研究对象，通过对事业部1#烧结机系统的调研、...

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