燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)分析

燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)分析1.1燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)余熱發(fā)電系統(tǒng)是利用余熱回收裝置將煙氣產(chǎn)生的動(dòng)力蒸汽來(lái)驅(qū)動(dòng)冷凝發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能。該系統(tǒng)包括煙氣系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)兩部分。其工藝流程是環(huán)冷段的中低溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)煙氣管道分別進(jìn)入余熱鍋爐的中、低溫?zé)煔馊肟?，在鍋爐內(nèi)換熱回收熱量后，余熱鍋爐排出約160℃煙氣，將余熱鍋爐排出的低溫?zé)煔馐占螅ㄟ^(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)鼓入環(huán)冷段下部代替常溫空氣冷卻燒結(jié)礦。同時(shí)將處理過(guò)的水經(jīng)過(guò)給水泵進(jìn)入余熱鍋爐的對(duì)流管束中，通過(guò)余熱鍋爐的高溫?zé)煔鈱?duì)流管束中的水加熱，使其達(dá)到過(guò)熱蒸汽狀態(tài)，再經(jīng)過(guò)保溫管道進(jìn)入汽輪機(jī)組推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電[5]。余熱發(fā)電系統(tǒng)流程圖如圖1.1所示：圖1.1燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)流程圖1.1.1余熱發(fā)電煙氣系統(tǒng)流程在余熱發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，原有燒結(jié)環(huán)冷冷卻風(fēng)機(jī)停運(yùn)，啟動(dòng)循環(huán)風(fēng)機(jī)，煙氣由開(kāi)式排放變成閉式循環(huán)，可進(jìn)一步提高余熱鍋爐進(jìn)口煙氣溫度并穩(wěn)定煙氣工況參數(shù)，鍋爐出口煙氣溫度150℃左右，通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)再次鼓入環(huán)冷機(jī)入口風(fēng)箱，代替常溫空氣冷卻燒結(jié)礦，煙氣再循環(huán)系統(tǒng)是本系統(tǒng)中采用的核心技術(shù)，煙氣再循環(huán)技術(shù)可以提高余熱鍋爐進(jìn)口煙氣溫度，增加余熱回收量，還使燒結(jié)礦的急冷破碎較少，提高燒結(jié)礦的品質(zhì)，利于后續(xù)的煉鐵工藝[2]。燒結(jié)余熱發(fā)電煙氣系統(tǒng)流程如圖1.2所示：圖1.2燒結(jié)余熱發(fā)電煙氣系統(tǒng)流程1.1.2余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)流程余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)是生產(chǎn)用水進(jìn)入軟化水車(chē)間進(jìn)行軟化，除氧器將水中的氧脫掉，之后經(jīng)過(guò)給水泵進(jìn)入余熱鍋爐的對(duì)流管束中，通過(guò)余熱鍋爐的高溫?zé)煔鈱?duì)流管束中的水加熱，時(shí)期達(dá)到過(guò)熱蒸汽狀態(tài)，再經(jīng)過(guò)保溫管道進(jìn)入汽輪機(jī)組推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，最后水流入冷凝器，在打入除氧器循環(huán)使用，熱力系統(tǒng)流程圖如圖1.3所示：圖1.3燒結(jié)余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)流程圖圖1.4燒結(jié)余熱發(fā)電煙氣系統(tǒng)工藝流程1.2燒結(jié)余熱發(fā)電煙氣系統(tǒng)燒結(jié)余熱發(fā)電煙氣系統(tǒng)流程如圖1.4所示，環(huán)冷段的中低溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)煙氣管道分別進(jìn)入余熱鍋爐的中、低溫?zé)煔馊肟?，在鍋爐內(nèi)換熱回收熱量后，余熱鍋爐排出的約150℃煙氣，將余熱鍋爐排出的低溫?zé)煔馐占螅ㄟ^(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)鼓入環(huán)冷段下部代替常溫空氣冷卻燒結(jié)礦。循環(huán)風(fēng)機(jī)設(shè)置冷風(fēng)吸入口，當(dāng)余熱鍋爐正常工作時(shí)，余熱鍋爐排出收集的煙氣經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)增壓后，鼓入環(huán)冷機(jī)下部冷卻燒結(jié)礦。當(dāng)余熱鍋爐停機(jī)檢修時(shí)，打開(kāi)冷風(fēng)吸入口的閥門(mén)，循環(huán)風(fēng)機(jī)鼓入常溫空氣冷卻燒結(jié)礦[6]。煙氣再循環(huán)顯著提升了環(huán)冷機(jī)一區(qū)、二區(qū)中低溫?zé)煔獾钠焚|(zhì)，提高了余熱鍋爐的能量回收效率，增加了發(fā)電量，減少了含塵煙氣直接排空，提高了燒結(jié)礦料品質(zhì)[7]。1.3燒結(jié)余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)分析方法常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)常采用抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)，在余熱發(fā)電系統(tǒng)中，汽輪機(jī)抽汽回?zé)犭m然可以提高給水溫度、汽輪機(jī)效率，但會(huì)提高余熱鍋爐排煙溫度，降低余熱鍋爐效率，相互作用的結(jié)果將降低發(fā)電系統(tǒng)的熱效率，因此余熱發(fā)電系統(tǒng)一般不設(shè)置回?zé)嵯到y(tǒng)，下面對(duì)余熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行熱力學(xué)分析。1.3.1建立數(shù)學(xué)方程（1）從熱力學(xué)角度來(lái)考慮，余熱鍋爐中的每一個(gè)模塊就是一個(gè)煙氣放熱和汽水吸熱的能量平衡方程[8]，即：Q煙氣放熱=Q汽水放熱（2-1）結(jié)合余熱鍋爐的T-Q圖，將這一能量平衡方程具體應(yīng)用到每一個(gè)模塊，圖1.5是典型的余熱鍋爐T-Q圖，是研究余熱鍋爐熱力特性的基礎(chǔ)。對(duì)蒸發(fā)器和過(guò)熱器區(qū)段：G(i1－i3)=D(h1－h(huán)3w)（2-2）通過(guò)此公式也可計(jì)算出鍋爐的蒸汽量：D=G(i1－i3)/(h1－h(huán)3w)（2-3）對(duì)于省煤器區(qū)段：G(i3－i4)=D(h3w－h(huán)4)（2-4）圖1.5余熱鍋爐中的T-Q圖因此可推出對(duì)于整個(gè)鍋爐：G(i1－i4)=D(h1–h4)（2-5）式中，G—煙氣流量，kg/s；D—蒸汽流量，kg/s；i1i2i3i4—余熱鍋爐各區(qū)段的出口煙氣焓，kJ/kg；h1—過(guò)熱蒸汽出口蒸汽焓，kJ/kg；h3—省煤器出口水焓，kJ/kg；h4—省煤氣進(jìn)口水焓，kJ/kg。（2）余熱鍋爐的熱效率ηh為余熱鍋爐利用的能量與輸入余熱鍋爐的能量之比[8]，即：ηh=D(h1–h4)/G(i1–ie)=G(i1－i4)/G(i1–ie)（2-6）如果認(rèn)為在余熱鍋爐的整個(gè)溫度范圍內(nèi)，煙氣的比熱近似相等，同時(shí)忽略余熱鍋爐保溫?zé)釗p失的影響，則上式可表示為：ηh=(θ1－θ4)/(θ1–te)（2-7）式中，θ1—燒結(jié)預(yù)熱的煙氣溫度，℃；θ4—余熱鍋爐的出口溫度，℃；te—環(huán)境溫度，℃。1.3.2窄點(diǎn)溫差和接近點(diǎn)溫差圖1.5表明了余熱鍋爐各個(gè)受熱面的換熱量和每一點(diǎn)上汽水和煙氣的溫度。在不帶補(bǔ)燃循環(huán)中，煙氣溫度與蒸汽或水的溫度最接近的點(diǎn)，是煙氣從蒸發(fā)器離開(kāi)的地方。圖中δp是窄點(diǎn)溫差，即煙氣的溫度與進(jìn)入蒸發(fā)器的飽和水的溫度的差值，通常是整個(gè)余熱鍋爐中煙氣側(cè)與工質(zhì)側(cè)溫度差的最小點(diǎn)。窄點(diǎn)溫差的合理選擇是設(shè)計(jì)余熱鍋爐的重要因素之一[9]。如果窄點(diǎn)溫差過(guò)小，雖然余熱鍋爐的蒸汽參數(shù)會(huì)提高，吸熱量增加，但是它會(huì)造成平均傳熱溫差減小，從而導(dǎo)致受熱面積增加，相應(yīng)的增加成本。圖中的δt是接近點(diǎn)溫差，即省煤器出口的水溫與相應(yīng)壓力下的飽和水溫之間的差值。為了避免余熱鍋爐的省煤器內(nèi)發(fā)生給水汽化現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)余熱鍋爐是總是要求省煤器的出口水溫略低于其相應(yīng)壓力下的飽和水溫。1.3.3余熱鍋爐的排煙溫度根據(jù)方程(2-3)和(2-4)可以得出余熱鍋爐的排煙溫度，并且有著兩個(gè)方程可以看出：當(dāng)主蒸汽參數(shù)提高時(shí)，余熱鍋爐的排煙溫度也隨之升高，其主要原因在于，當(dāng)主蒸汽參數(shù)升高時(shí)，余熱鍋爐的蒸發(fā)量減少，鍋爐的給水量就隨之降低，直接導(dǎo)致省煤器內(nèi)的吸熱量減少，所以余熱鍋爐的排煙溫度就會(huì)很高。因此，余熱發(fā)電系統(tǒng)通常采用雙壓和閃蒸系統(tǒng)來(lái)降低余熱鍋爐的排煙溫度；對(duì)于帶補(bǔ)燃裝置的余熱鍋爐，其排煙溫度也較不帶補(bǔ)燃裝置的余熱鍋爐的排煙溫度低，這點(diǎn)將在以后章節(jié)詳細(xì)論述。1.3.4汽輪機(jī)的熱力學(xué)計(jì)算汽輪機(jī)的進(jìn)氣參數(shù)由燒結(jié)煙氣的溫度值來(lái)確定，一般來(lái)講，進(jìn)入汽輪機(jī)進(jìn)口的蒸汽初溫應(yīng)是燒結(jié)煙氣溫度減去余熱鍋爐中的傳熱溫差（一般為25~50℃）。汽輪機(jī)的進(jìn)氣壓力比余熱鍋爐主蒸汽壓力低5%~10%，從而可以確定余熱鍋爐的主蒸汽壓力[10]。（1）汽輪機(jī)的相對(duì)熱效率汽輪機(jī)組的相對(duì)熱效率是汽輪機(jī)的有效焓降與等熵焓降(絕熱焓降)之比。ηi=(h0–hc)/(h0–hnl)(2-8)式中，h0—汽輪機(jī)進(jìn)氣出焓，kJ/kg；hc—汽輪機(jī)實(shí)際排氣焓，kJ/kg；hnl—汽輪機(jī)理想過(guò)程(等熵過(guò)程)的終焓，kJ/kg；（2）汽輪機(jī)的內(nèi)功率Pi[11]Pi=D0(h0–hnl)ηi/3.6(2-9)式中，D0—汽輪機(jī)的進(jìn)氣量，t/h；ηi—汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率；（3）汽輪機(jī)的軸端功率PePe=Piηm(2-10)式中，ηm—汽輪機(jī)的機(jī)械效率；（4）發(fā)電機(jī)功率[12]Pel=Peηg(2-11)式中，ηg—發(fā)電機(jī)效率；（5）汽輪發(fā)電機(jī)組的絕對(duì)電效率ηa,el=(h0–hnl)ηel/(h0–hc′)(2-12)式中，hc′—汽輪機(jī)排氣壓力下的飽和水焓，kJ/kg；（6）汽耗率和熱耗率汽耗率是指每生產(chǎn)1kW·h所消耗的蒸汽量，用d來(lái)表示：d=1000D0/Pel(2-13)熱耗率是指1kW·h電能所消耗的熱量，以q來(lái)表示：q=d(h0–hc′)=3600(h0－h(huán)c)/(h0–hnl)(2-14)1.4燒結(jié)余熱發(fā)電四種熱力系統(tǒng)熱力學(xué)分析目前燒結(jié)余熱發(fā)電工藝有如下四種系統(tǒng)：燒結(jié)余熱發(fā)電雙壓系統(tǒng)、燒結(jié)余熱發(fā)電單壓系統(tǒng)、燒結(jié)余熱發(fā)電閃蒸系統(tǒng)以及燒結(jié)余熱發(fā)電帶補(bǔ)燃系統(tǒng)[5]。下面對(duì)燒結(jié)余熱發(fā)電這四種系統(tǒng)進(jìn)行熱力學(xué)分析。1.4.1燒結(jié)余熱發(fā)電雙壓系統(tǒng)雙壓系統(tǒng)是采用雙壓余熱鍋爐和單級(jí)補(bǔ)汽的汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，如圖1.6所示。該系統(tǒng)按照能量梯級(jí)利用的原理，余熱鍋爐設(shè)置兩個(gè)汽包，在受熱面布置上順著煙氣流動(dòng)同方向依次布置了過(guò)熱器、高壓蒸發(fā)器、二級(jí)（高壓）省煤器、低壓蒸發(fā)器、一級(jí)（低壓）省煤器，給水泵將除氧水分別升壓到高、低壓省煤器，進(jìn)入兩個(gè)壓力不同的汽水循環(huán)在余熱鍋爐中生產(chǎn)兩種不同壓力的蒸汽：主蒸汽和低壓蒸汽。低壓蒸汽作為補(bǔ)汽進(jìn)入汽輪機(jī)中部與主蒸汽一起推動(dòng)汽輪機(jī)做功發(fā)電。由于采用這種雙壓結(jié)構(gòu)，鍋爐排煙溫度能降到110℃左右。下面以安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限公司360m2燒結(jié)機(jī)雙壓系統(tǒng)為例介紹熱力系統(tǒng)分析[12]。該系統(tǒng)主蒸汽溫度為335℃，主蒸汽壓力為1.62MPa，余熱鍋爐進(jìn)口廢氣溫度360℃。圖1.6燒結(jié)余熱發(fā)電雙壓系統(tǒng)（1）選定高壓段汽包壓力并查取相應(yīng)的飽和溫度高壓段汽包壓力可按余熱鍋爐主蒸汽壓力105%選取為1.751MPa(汽包壓力在不大的范圍變化時(shí)對(duì)蒸汽循環(huán)部分的熱經(jīng)濟(jì)性影響相當(dāng)小)[8]；（2）選取窄點(diǎn)溫差及確定蒸發(fā)段出口排氣溫度取窄點(diǎn)溫差12℃，余熱鍋爐蒸發(fā)段出口排氣溫度為241.09℃，其后便可確定余熱鍋爐蒸發(fā)段出口氣溫，根據(jù)公式(2-2)可以計(jì)算出鍋爐進(jìn)氣溫度到高壓段蒸發(fā)段出口排氣溫度時(shí)的放熱量Qy1：Qy1=G(i1－i3)=Gρycy(θ1－θ3)=(20+20)×104×1.168×1.2×(360－241.09)=772439636kJ式中，G—360m2環(huán)冷機(jī)的煙氣量，Nm3/h；i1—360m2環(huán)冷機(jī)煙氣進(jìn)入余熱鍋爐的焓值，kJ/kg；i3—余熱鍋爐蒸發(fā)段出口焓值；cy—煙氣溫度為360℃的平均比熱容，1.4kJ/kg·℃；ρy—煙氣的平均密度，1.168kg/m3；θ1—360m2環(huán)冷機(jī)的平均煙氣溫度，360℃；θ3—余熱鍋爐的蒸發(fā)段排氣溫度，241.09℃。（3）選取接近點(diǎn)溫差及二級(jí)省煤器出口給水溫度取接近點(diǎn)溫差10℃，按省煤器的出口水溫略低于其相應(yīng)壓力下的飽和水溫，取省煤器出口給水溫度為219.09℃。（4）余熱鍋爐高壓段的蒸汽量雙壓余熱鍋爐的高壓段蒸汽量D1，可根據(jù)公式(2-3)計(jì)算：D1=Qy/(h1－h(huán)3w)=772439636/(3090.92–1016.83)=36t/h式中，h1—過(guò)熱蒸汽的出口焓值，3090.92kJ/kg；h3w—省煤器的出口焓值，1016.83kJ/kg。（5）余熱鍋爐低壓段的蒸汽量對(duì)于余熱鍋爐低壓段，取低壓段壓力為0.49MPa，溫度為235℃，其汽包壓力可按余熱鍋爐低壓段蒸汽壓力的105%選取，經(jīng)計(jì)算可得0.5145MPa，可確定余熱鍋爐低壓蒸發(fā)段的排氣溫度為164.92℃，計(jì)算方法同雙壓余熱鍋爐高壓段的放熱量的計(jì)算。根據(jù)公式(2-3)便可計(jì)算出由余熱鍋爐低壓段的放熱量Qy2：Qy2=Gcy′ρy(θ1′－θ3′)=(20+20)×104×1.168×1.4×(241.09－164.92)=49480032kJ/h式中，cy′—煙氣的平均比熱容，1.4kJ/kg·℃；ρy′—煙氣的平均密度，1.168kg/m3；θ1′—余熱鍋爐低壓蒸發(fā)段的排氣溫度，241.09℃；θ3′—余熱鍋爐低壓蒸發(fā)段的排氣溫度，164.92℃。經(jīng)計(jì)算可得一級(jí)省煤器出口給水(進(jìn)汽包的給水)水溫度為141.92℃，計(jì)算方法同高壓段。根據(jù)公式(2-3)可計(jì)算出雙壓系統(tǒng)的低壓段的產(chǎn)氣量D2：D2=Qy2/(h1′–h3w′)=49480032/(2930–601.74)=21.25t/h（6）雙壓系統(tǒng)的總蒸汽量的計(jì)算D=D1+D2=36+21.25=57.25t/h（7）余熱鍋爐效率雙壓燒結(jié)余熱工藝的余熱鍋爐的排氣溫度比較低，本研究取為95℃，因此根據(jù)公式(2-6)便可計(jì)算出雙壓余熱鍋爐的效率為：ηh=(θ1–θ4)/(θ1–te)=(360–95)/（360–15)=77%式中，θ1—燒結(jié)余熱的煙氣溫度，℃；θ4—余熱鍋爐的出口溫度，℃；te—環(huán)境溫度，15℃。（8）汽輪機(jī)的內(nèi)功率Pi為Pi=D0(h0–hnl)ηi/3.6=53×(3305.04–2104.1)×83%/3.6=11996kW式中，D0—汽輪機(jī)的進(jìn)氣量，t/h；ηi—汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率，取0.83；h0—汽輪機(jī)的進(jìn)氣焓值，3305.04kJ/kg；hnl—汽輪機(jī)的理想過(guò)程（等熵過(guò)程）的終焓，2104.1kJ/kg。（9）汽輪機(jī)的軸端功率Pe為：Pe=Piηm=11816kW式中，ηm—汽輪機(jī)的機(jī)械效率，取0.985。（10）汽輪機(jī)的發(fā)電機(jī)效率ηel為：ηel=ηiηmηg=79%式中，ηm—汽輪機(jī)的機(jī)械效率，取值0.985；ηg—發(fā)電機(jī)效率，取值0.96。（11）發(fā)電機(jī)功率Pel：Pel=Peηg=11816×0.966=11414.3kW式中，ηg—發(fā)電機(jī)效率，取值0.966。（12）熱耗率和汽耗率：汽耗率是指每生產(chǎn)1kw·h所消耗的蒸汽量，用d來(lái)表示：d=1000D0/Pel=6.65kg/kW·h熱耗率是指1kW·h電能所消耗的熱量，以q來(lái)表示：ηa,el=(h0–hnl)ηel/(h0–hc′)=981.54×0.83/(3085.65–158.83)=0.26q=d(h0–hc′)=3600(h0–hc′)/(h0–hc′)ηa,el=3600/0.26=13595.5kJ/kW·h1.4.2燒結(jié)余熱發(fā)電單壓系統(tǒng)單壓系統(tǒng)是采用單壓余熱鍋爐和單級(jí)進(jìn)汽汽輪機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)，如圖1.7所示。該系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單，除氧水經(jīng)給水泵依次進(jìn)入余熱鍋爐內(nèi)的省煤器、蒸發(fā)器、過(guò)熱器最后進(jìn)入汽輪機(jī)做功發(fā)電。一般單壓系統(tǒng)余熱鍋爐排煙溫度在170℃，排氣用于烘干物料[13]。燒結(jié)余熱發(fā)電單壓系統(tǒng)熱力學(xué)分析計(jì)算同1.4.1燒結(jié)余熱發(fā)電雙壓系統(tǒng)。圖1.7燒結(jié)余熱發(fā)電單壓系統(tǒng)圖1.8燒結(jié)余熱發(fā)電閃蒸系統(tǒng)1.4.3燒結(jié)余熱發(fā)電閃蒸系統(tǒng)閃蒸系統(tǒng)是采用閃蒸補(bǔ)汽式汽輪機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)，如圖1.8所示。閃蒸原理是將較高壓力及溫度的熱水等熱源，經(jīng)減壓擴(kuò)容，釋放出所需的較低壓力飽和蒸汽。給水經(jīng)給水泵進(jìn)入余熱鍋爐后，一部分熱水經(jīng)廢氣換熱后生成過(guò)熱蒸汽，接入汽輪機(jī)的主進(jìn)汽口；另一部分高溫高壓欠飽和熱水進(jìn)入閃蒸器，生產(chǎn)出一定量的低壓飽和蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)的低壓補(bǔ)汽口，主蒸汽與低壓蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)做功發(fā)電。閃蒸器分離產(chǎn)生的大量飽和水進(jìn)入除氧器，與汽輪機(jī)排出的冷凝水一起經(jīng)除氧后由給水泵供給鍋爐，形成一個(gè)完整的熱力循環(huán)。鍋爐排煙溫度可降低到90℃以下[14]。燒結(jié)余熱發(fā)電單壓系統(tǒng)熱力學(xué)分析計(jì)算除系統(tǒng)產(chǎn)汽量外均同1.4.1燒結(jié)余熱發(fā)電雙壓系統(tǒng)，其中閃蒸系統(tǒng)產(chǎn)汽量計(jì)算方法如下：（1）余熱鍋爐的產(chǎn)汽量閃蒸工藝的余熱鍋爐的蒸汽量D1，可根據(jù)公式(2-3)計(jì)算（忽略了余熱鍋爐這一區(qū)段的散熱損失）；D1=Qy/(h1－h(huán)3w)=78932896/(3090.92－930.9)=36.5t/h式中，h1—過(guò)熱蒸汽的出口焓值，3090.92kJ/kg；h3w—省煤氣的出口焓值，930.9kJ/kg；（2）通過(guò)閃蒸器所產(chǎn)生的蒸汽量對(duì)于通過(guò)閃蒸其所產(chǎn)生的蒸汽量，設(shè)每小時(shí)有Dkg、溫度為tR1的高壓熱水進(jìn)入擴(kuò)容器由于壓力降低至p，熱水溫度降至p所對(duì)應(yīng)的飽和溫度tR2，并且放出熱量，使一部分熱水(dkg)吸熱量而汽化成對(duì)應(yīng)溫度tR2的飽和蒸汽。如果不計(jì)設(shè)備的散熱損失，則根據(jù)下列的熱平衡關(guān)系可以求出產(chǎn)生的蒸汽量：DcptR1=dh+(D－d)cptR2因此：d=Dcp(tR1－tR2)/(h－cptR2)式中，D—每小時(shí)進(jìn)入閃蒸器的熱水量，kg/h；tR1—進(jìn)入閃蒸器的熱水的溫度℃；tR2—經(jīng)過(guò)閃蒸器的熱水的溫度℃；d—閃蒸蒸汽量kg/h；h—閃蒸蒸汽的焓，即溫度tR2下的飽和蒸汽的焓值，kJ/kg；cp—水的低壓比熱容，cp=4.1868kJ/kg·℃；取閃蒸壓力為0.35MPa，tR2為160℃，tR1為217.19℃，閃蒸蒸汽的比焓為2778.1kJ/kg，本工程中每小時(shí)有30000kg的給水流向閃蒸器，則：d=30000×4.1868(217.19－160)/(2778.1－4.1868×160)=3.4t/h（3）閃蒸系統(tǒng)的總的蒸汽量D=D+d=36.5+3.4=39.9t/h圖1.9帶補(bǔ)燃系統(tǒng)的燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)1.4.4帶補(bǔ)燃系統(tǒng)的燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)在副產(chǎn)煤氣富余的企業(yè)如鋼廠，副產(chǎn)煤氣資源豐富，出現(xiàn)了帶補(bǔ)燃的余熱利用系統(tǒng)，如圖1.9所示。在常規(guī)單壓、雙壓或復(fù)合閃蒸系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)在余熱鍋爐高溫過(guò)熱段補(bǔ)充燃燒部分富余煤氣，將鍋爐入口煙氣溫度（300~400℃）提高到中高溫?zé)犸L(fēng)（500~600℃），使余熱利用的熱力系統(tǒng)蒸汽參數(shù)達(dá)到中溫中壓參數(shù)，進(jìn)一步提高熱力系統(tǒng)的余熱利用效率和熱電轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)對(duì)煙氣、廢氣溫度的波動(dòng)起到一定的平衡調(diào)節(jié)作用，對(duì)整個(gè)廠網(wǎng)而言還能避免浪費(fèi)，減少管網(wǎng)蒸汽、煤氣放散量，獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。但該系統(tǒng)復(fù)雜，利用范圍存在局限性[10]。帶補(bǔ)燃系統(tǒng)的燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)熱力學(xué)分析計(jì)算除系統(tǒng)產(chǎn)汽量外同1.4.1燒結(jié)余熱發(fā)電雙壓系統(tǒng)，帶補(bǔ)燃系統(tǒng)產(chǎn)汽量計(jì)算如下：帶補(bǔ)燃系統(tǒng)的余熱鍋爐的產(chǎn)汽量，仍然可根據(jù)公式(2-3)計(jì)算，只不過(guò)余熱量是燒結(jié)煙氣的余熱量和通過(guò)補(bǔ)燃裝置產(chǎn)生的發(fā)熱量之和：D1=Qy/(h1－h(huán)3w)=112016436/(3090.92－1016.83)=36.5t/h式中，h1—過(guò)熱蒸汽的出口焓值，3090.92kJ/kg；h3w—省煤氣的出口焓值，1016.83kJ/kg；1.4.5余熱發(fā)電四種系統(tǒng)熱力學(xué)分析對(duì)比1.4.1—1.4.4以雙壓系統(tǒng)為例對(duì)余熱發(fā)電四種系統(tǒng)進(jìn)行了分析計(jì)算，下面將計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1.1所示。其中，四種系統(tǒng)主蒸汽溫度均為335℃，主蒸汽壓力為1.62MPa，汽包壓力1.751MPa，余熱鍋爐進(jìn)口廢氣溫度360℃。由下表可以看出雙壓燒結(jié)余熱工藝的熱力特性最佳，通過(guò)雙壓工藝的余熱鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽量比閃蒸工藝的多了約50%，相應(yīng)的余熱鍋爐的排煙溫度較低，所以排出的污染物較少；單壓系統(tǒng)由于廢氣余熱得不到充分利用，影響了發(fā)電能力，在這幾種系統(tǒng)中單壓系統(tǒng)發(fā)電能力最低；補(bǔ)燃系統(tǒng)所產(chǎn)生的蒸汽量約是單壓系統(tǒng)的余熱鍋爐的所產(chǎn)生的蒸汽量的2倍；閃蒸系統(tǒng)發(fā)電能力較單壓系統(tǒng)得到提高，但閃蒸器的出水未能轉(zhuǎn)換為電能，與雙壓系統(tǒng)相比，系統(tǒng)的發(fā)電能力又有所降低，而且閃蒸器產(chǎn)生的是飽和蒸汽，在進(jìn)入汽輪機(jī)做功后，易使汽輪機(jī)排汽干度不能滿(mǎn)足汽輪機(jī)的要求。表1.1余熱發(fā)電四種系統(tǒng)分析計(jì)算結(jié)果計(jì)算量雙壓?jiǎn)螇洪W蒸補(bǔ)燃余熱鍋爐窄點(diǎn)溫差（℃）12129.412蒸發(fā)段出口排氣溫度（℃）241.09241.09238.49241.09余熱鍋爐排氣溫度（℃）11595150120接近點(diǎn)溫差（℃）10104.910省煤器出口給水溫度（℃）219.09219.09217.19219.09余熱鍋爐蒸汽量（t/h）高壓段低壓段鍋爐鍋爐閃蒸鍋爐3621.251836.53.434.12蒸汽量總量（t/h）57.251839.934.12鍋爐效率77%61%71%70%汽輪機(jī)進(jìn)氣量（t/h）5316.6736.9431.6額定功率（MW）121.563汽輪機(jī)軸端功率（kW）118161421.65703.594877.4熱耗率（kJ/kWh）13595.530718.61800018000汽耗率（kg/kWh）6.6511.346.756.75發(fā)電效率26%12%20%20%發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)功率（kW）11414.31350.55475.454681.3發(fā)電機(jī)效率79%74%78%78%1.5燒結(jié)余熱發(fā)電四種熱力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析1.5.1燒結(jié)余熱發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益的計(jì)算（1）燒結(jié)余熱發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算有以下兩個(gè)假設(shè)原則[15]：原則1：10000m2的300~400℃的低溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)余熱鍋爐，可以產(chǎn)生1t的過(guò)熱蒸汽，發(fā)電200kW·h。原則2：1kW·h電相等于0.39kg標(biāo)煤。（2）燒結(jié)余熱發(fā)電量的計(jì)算燒結(jié)余熱發(fā)電量的計(jì)算是基于上述兩個(gè)基本原則：已知某燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)余熱鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽量為Dt/h，每天生產(chǎn)的燒結(jié)礦為Kt，根據(jù)每噸蒸汽發(fā)200kW·h的電，而燒結(jié)礦的品位為λ，則可計(jì)算出每生產(chǎn)1t鋼的發(fā)電量為：e=D×24×200/(Kλ)(2-15)（3）燒結(jié)余熱發(fā)電工程總投資M=Pe×B(2-16)式中，Pe—實(shí)際的輸出功率；B—每kW的投資額。1.5.2四種燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益分析以安鋼的360m2燒結(jié)機(jī)為例，按每天生產(chǎn)燒結(jié)礦20000t，利用環(huán)冷機(jī)冷卻機(jī)產(chǎn)生的300~400℃的廢氣，設(shè)備年運(yùn)行小時(shí)數(shù)為7000h，下面對(duì)四種燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析：（1）雙壓系統(tǒng)經(jīng)過(guò)雙壓系統(tǒng)產(chǎn)過(guò)熱蒸汽57.25t/h，每噸蒸汽發(fā)電200kw·h，燒結(jié)礦的品位為57%，根據(jù)公式(2-15)可計(jì)算出每生產(chǎn)lt鋼的發(fā)電量為24.11kW·h；因此年發(fā)電量為7290.86×104kW·h，按電價(jià)為0.47元/kW·h計(jì)算則采用閃蒸系統(tǒng)所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益為3426.71萬(wàn)元。取余熱發(fā)電每kW投資5500元，則根據(jù)公式(2-16)可估算全部工程總投資費(fèi)用為6600萬(wàn)元。按照原則2：1kW.h電等于0.39kg標(biāo)煤，則利用閃蒸系統(tǒng)可節(jié)省標(biāo)煤2843.54噸。（2）單壓系統(tǒng)經(jīng)過(guò)單壓系統(tǒng)產(chǎn)過(guò)熱蒸汽18t/h，根據(jù)公式可計(jì)算出每生產(chǎn)lt鋼的發(fā)電量為7.58kW·h；由此可計(jì)算出年發(fā)電量為2291.19×104kW·h，