烧结余热回收控制系统设计论文

烧结余热回收控制系统设计论文（通用8篇）

1.烧结余热回收控制系统设计论文 篇一

热管余热锅炉在炼钢电弧炉烟气余热回收系统中的应用

本文以电弧炉炼钢过程烟气余热的回收利用及烟气净化除尘为主线，以热管蒸发器为换热元件，合理控制烟气流速，解决高温烟尘的沉降和蒸发器热管灰堵以及烟气温度波动大的难题，完成了50t电弧炉烟气余热回收净化系统设计与施工。对电弧炉炼钢过程中所产生的高温烟气直接进行余热回收，满足电弧炉炼钢过程中VD真空处理对蒸汽的需求，实现了高温烟气余热回收利用和环境净化，为国内电弧炉节能降耗和清洁生产进行了有益的探索。

进入21世纪后，由于废钢资源的限制，我国电弧炉开始普遍使用铁水装热技术，这是中国在特定情况下的资源利用。对于电弧炉炼钢而言，铁水提供了大量的物理热和化学热，减少了装料次数，改善了电弧燃烧条件，特别是避免了.废钢中残余金属元素带来的污染，是电弧炉炼钢高效、节能的首选条件。然而使用铁水后，电弧炉排放烟气温度增加，最高温度可达1400℃，随烟气显热带走的热量占总投入热量的13%—20%，所以回收电弧炉烟气余热是现阶段电弧炉高效低耗生产的必由之路。

一、50t电弧炉概况

1、电弧炉工艺参数

50t电弧炉主要工艺技术参数见表1

2、电弧炉的烟气特点

1）间歇性、波动性

电弧炉在冶炼过程中，排放出的烟气流量、温度、含尘量在不断地变化，呈现周期性波动，氧化期的烟气温度最高，流量最大，含尘量最多，在出钢期的烟气温度最低，力量最小，含尘量也最小。

2）烟气中粉尘浓度大，粒径小

电弧炉在冶炼过程中，排放出的烟气中粉尘浓度大、粒径小，属于微细尘。烟尘含量一般在8—15g/m3（标态），最大达到30

g/m3（标态）；烟尘粒度小，粒径分布在0—30μm范围内，吸附力大。电弧炉烟尘化学成分见表2.3电弧炉能量平衡

50t电弧炉爱配加30%铁水冶炼时的能量平衡表如图1所示

由图1可知，在50t电弧炉的能量平衡中，高温烟气带走的热量一般约占电弧炉总热量的11%，冶炼强度增加，单位时间内高温烟气带走的热量增加。实现电弧炉余热回收利用，对节能降耗和清洁生产具有重要意义。

4电弧炉烟气系统概况

为了利用电弧炉烟气热能，很多企业将高温烟气用来加热废钢，其中典型的案例便是Consteel电路Fuchs竖炉。但是在烟气加热废钢的过程中，烟尘中对炼钢有害的元素（如Zn、Sn、Pb等元素）产生富集，对冶炼的产品质量有不利影响，同事在废钢预热的过程中有毒物质二噁英的形成会对环境造成污染。鉴于对以上问题的考虑，此电弧炉选择在炉盖第四孔回路上新增一套余热回收装置，经余热回收后的低温烟气在进入单独的一套除尘器进行净化，余热回收装置生产饱和蒸汽，用以满足VD真空炉生产。改造后的系统示意图如图2所示。

二、烟气余热回收系统设计

1、余热回收系统工艺流程

余热回收系统工艺流程如图3所示，电弧炉产生的1200℃左右的高温烟气，经过炉盖第四孔静茹移动烟道，在进入燃烧沉降室，CO等可燃物进一步燃烧，同时大颗粒得以沉降，通过调整燃烧沉降室出口混风阀将烟气出口温度控制在800℃以内，在经过高温烟道进入热管蒸汽发生器进行热量回收，热交换后的温度降到160℃左右进入除尘器净化，热管蒸汽发生器生产的饱和蒸汽通过分气缸供生产和生活实用。

2、余热回收系统设备组成1）移动烟道

移动烟道两端分别连接炉盖第四孔和燃烧沉降室，移动烟道要满足炉盖旋入或旋出时不与第四孔弯烟道发生干涉，并且还要满足在吸入高温烟气的同时，也要吸入足量的外界空气，供后部沉降室内蓄积的CO的二次燃烧，故设计为活动烟道，其结构如图4所示。

2）燃烧沉降室

沉降室主要作用有两个，一是从电弧炉内排出的大颗粒粉尘有足够的时间沉降，避免大颗粒烟尘进入后部设备，以防导致设备堵塞或损坏；二是烟气中未燃烧的CO在沉降室内可继续燃烧，防止CO进入后续工艺设备，导致安全事故发生，燃烧需要的氧气从第四孔烟道和移动烟道连接处混入空气中得到。

沉降过程中共受到三个力的作用，重力、浮力和烟气对颗粒的曳力。重力和浮力之差是使烟尘发生沉降的动力，曳力则是阻碍烟尘发生沉降的力。为保证烟气中大颗粒粉尘的沉降效果，沉降室烟气的进、出口设置在顶部。沉降室外形轮廓如图5所示。

3）高温烟道

高温烟道是指连接沉降室与热管蒸汽发生器之间的管路，为避免热量散失，从沉降室出口至热管蒸汽发生器入口管道均采用内保温形式，内保温分两层，分别为耐磨层和隔热层。

4）热管蒸汽发生器

为适应电弧炉炼钢烟气的特点，要求余热锅炉必须具有启动速度快、负荷适应能力强、连续无故障运行时间长、单向传热强度大等特点，故选用热管蒸汽发生器。

（1）热管蒸汽发生器的原理

热管蒸汽发生器由若干根热管元件组成，工作原理如图6所示，热管的受热段置于高温烟道内，高温烟气横掠热管受热段，热管元件的放热段因插在汽—水系统内，则使该系统的受热及循环完全与热源分离而独立存在于高温烟道之外，不受高温烟气的直接冲刷。高温烟气的热量由热管传给水套管内的饱和水使其汽化，所产生的蒸汽经蒸汽上升管到达汽包，经过汽水分离后再经主汽阀输出。这样，热管不断将热量输入水套管，通过外部汽—水管道的上升及下降完成基本的汽—水循环，达到将高温烟气降温并转化为蒸汽的目的。

（2）蒸发器的空间布置

蒸发器在空间上采取垂直布置，设备安装紧凑，占地面积小，高温烟气自上而下，温度逐渐降低，经过冲击波震动后，灰尘自上而下靠重力即可散落在最下方，容易清理积灰，整个热交换过程温度均匀，交换充分。蒸汽发生器空间布置如图7所示。

（3）蒸发器设备的基本特点

A

.采用热管作为传热元件，整个汽—水系统的受热及循环完全与热流体隔离二独立在热流体烟道外，使本系统有别于一般的余热锅炉。

B

.设备中热管元件间相互独立，热流体与蒸汽发生区双重隔离互不影响，即使单根或数根热管损坏，也不会影响系统正常运行，同时水、汽也不会因热管的破损而进入热流体。

C

.实际时通过调节热管两端的传热面积可有效调节和控制壁温，防止低温酸露点腐蚀。

D

.操作简单、维修方便、工作可靠，整个系统的热量输送过程不需要任何外界动力，故障率低，效率高。

（4）热管蒸汽发生器设计参数

热管蒸汽发生器设计参数见表3，设备外形尺寸见表4.5）冲击波清灰装置

电弧炉冶炼时的烟气量大，灰尘多，带有电荷，易吸附，热管容易堵塞，因此解决在线热管清灰问题是保证余热系统正常运行的关键。现场运行中发现，声波清灰对蒸发器壳体损伤太大，蒸汽清灰也是会造成热管板结堵塞，实践证明两种清灰方式在本系统中均不可行，最终选用冲击波清灰，满足了热管在线清灰的需求，保证了余热系统的安全稳定运行。

6）蓄热器

蒸汽蓄热技术是将间断供汽变为连续、稳定的汽源以利用用户使用。蓄热器是利用高压与低压时饱和水的焓差使水闪蒸，放出蒸汽。初期使用时充入除氧水，当高压蒸汽过量时，蒸汽通过内部充热装置喷人水中，并迅速凝结放热，使蓄热器内水位和压力升高，直至压力与蒸汽压力相等，完成冲热过程。这是蓄热器内的水是高压下的饱和水；当低压蒸汽用量大于锅炉产气量时，与蓄热器汽空间相连的低压管道压力下降，蓄热器中的饱和水成为过热水，将自行沸腾放热，水位下降，产生低压蒸汽供给设备，完成放热过程。

为保证余热回收系统产生稳定流量的蒸汽，该方案配套两台150m3的蓄热器，设计充水系数85%，入口蒸汽压力1.6MPa，出口蒸汽压力1.0MPa。实践证明系统自产蒸汽足以满足生产生活需要。

3系统控制方案（略）

三、结论

1电弧炉余热回收利用系统工程的实施实现了余热回收和环境治理的双赢，是电弧炉炼钢企业节能能源、降低能耗和实现清洁生产的有效途径。

2系统自产蒸汽量平均15t/h左右，折合吨钢产汽量约为200kg/t，能够满足VD正空处理的蒸汽需求。燃油锅炉的停运，每年可减少的燃油消耗费用2256万元，经济效益可观。

3冲击波在线清灰系统成功应用于电弧炉余热系统中，有效的保证了系统的畅通，防止了翅片板结积灰，4风机变频器技术成功应用于电弧炉余热回收系统之中，通过风机频率与沉降室出口温度的连锁，完成温度自动控制，实现热量回收最大化。

5实践证明，高温烟气余热回收利用技术是集环境保护、余热余能回收利用为一体的新型环保项目，在国内外有很高的推广价值

2.烧结余热回收控制系统设计论文 篇二

西宁特钢现有3座高炉, 年产铁水160万t, 有烧结机2台, 为加大对烧结环冷机一段冷却段及二段冷却段部分高温废气的余热回收, 新装一套20t余热回收锅炉, 为西宁特钢的节能减排工作创造条件。

二、设计技术要求

1. 余热锅炉主要设计条件

废气流量:23.76万m3/h (一段) /7.92万m3/h (二段) ;入口废气温度:380℃ (一段) /280℃ (二段) ;出口废气温度:约155℃;软水给水温度:20℃;软水给水压力:0.3MPa。

2. 余热锅炉主要性能要求

中压产汽压力:1.4MPa;中压产汽量:约20t/h;中压产汽温度:330±10℃;低压产汽压力:0.4MPa;低压产汽量:约7t/h;低压产汽温度:151.8℃。

三、余热锅炉系统流程

余热锅炉系统采用双压产汽系统。即高温废气产中压过热蒸汽并网;低温废气产的低压蒸汽, 一部分供自身系统热力除氧用, 多余部分并网。实现了能量梯级利用、逐级回收。

1. 废气系统

环冷机一段引出的高温废气约350℃, 首先经由过热器、一级中压蒸发器使温度降至约250℃, 然后与环冷机二段引出的废气汇流后进入二级中压蒸发器、二级水预热器、低压蒸发器和一级水预热器将温度降至约155℃, 最后通过循环风机进入环冷机一段底部冷却风道。

2. 汽水系统

自界区外来的20℃软化水首先送入软水箱, 然后经软水泵送入热力除氧器除氧。除氧水一路由低压给水泵送入低压锅筒;一路由中压给水泵送至二级水预热器预热后送至中压锅筒。软水泵、给水泵出口均设有回水管, 保证给水系统安全运行。

蒸发器与锅筒通过上升、下降管实现汽水循环。中压蒸发器及低压蒸发器分别产生1.4MPa和0.4MPa饱和蒸汽, 在锅筒内经过汽水分离送出。

中压锅筒产生中压饱和蒸汽, 经过热器产生1.4MPa、330℃的过热蒸汽并入厂区管网。

低压锅筒产生的低压蒸汽一路送至热力除氧器的除氧头, 同时自该蒸汽管线引出2根管线, 分别送至除氧器水箱, 作为二次蒸汽及辅助加热蒸汽。多余的低压蒸汽外供。

3. 排污系统

余热锅炉锅筒设有连续排污和定期排污口, 过热器、中、低压蒸发器、水预热器都设有定期排污口, 可定期清除内部残留污物及水垢。

4. 取样系统

余热回收系统设有各种压力等级的给水、炉水、蒸汽取样器, 取样用冷却水采用工业水, 排放引至余热锅炉框架外1m后接至除尘冷却水池。

四、余热锅炉系统技术要求

余热锅炉采用翅片管式结构, 自然循环产汽系统, 机旁布置, 采用立式布置方式。

环冷机第一冷却段高温废气先进入中压过热器和一级中压蒸发器换热降温, 降温后的废气与环冷机第二冷却段高温废气混合后依次经过二级中压蒸发器、二级水预热器、低压蒸发器和一级水预热器, 再次降温至约155℃后通过循环风机送回至环冷机下部风箱内。中压、低压锅筒设于蒸发器旁边的钢架上。

该余热锅炉本体换热部分如翅片管、集箱等承压管件选用GB3087《低中压锅炉用无缝钢管》, 材质均为20#钢, 换热模块基管规格为准42mm×3.5mm、壳体材质为Q235、锅筒材质为Q345R。

其他各部分的设计性能参数如表1所示。

在设计条件下, 余热锅炉中压蒸汽产量考核值≥20t/h、温度为330±10℃、压力1.4MPa;外供低压饱和蒸汽考核值≥4t/h、压力0.4MPa。

五、结语

余热锅炉投产后, 各项指标均达到设计要求, 其低压蒸汽供余热锅炉的除氧器, 烧结伴热及采暖和脱硫;其中压蒸汽供三炼脱气钢脱气及给公司的蒸汽管网补充蒸汽。从而降低了燃天然气锅炉的开动率, 减少了天然气外购, 降低了能源消耗, 减少了污染, 产生显著的经济效益和社会效益。

摘要：介绍了西宁特殊钢股份有限公司利用余热锅炉系统回收环冷机一段冷却段及二段冷却段部分高温废气余热的改造过程, 最大限度的产生了高品质蒸汽, 提高了能源利用率。

3.棉纺织厂余热回收循环利用实践 篇三

棉纺织厂余热回收循环利用实践

摘要：针对目前纺织行业的`现状,节能减排工作势在必行.我公司正常生产时日排放高温染纱污水1000t左右,经过余热回收系统循环利用后,取得了良好的经济效益和社会效益.作 者：任进和 乔学胜 于光 李晓健 Jin-He REN Xue-Sheng QIAO Guang YU Xiao-Jian LI 作者单位：山东德棉股份有限公司,山东,德州,253002期 刊：染整技术 Journal：TEXTILE DYEING AND FINISHING JOURNAL年，卷(期)：2010,32(6)分类号：X79关键词：余热回收 节能减排 浆纱 染纱

4.烧结余热回收控制系统设计论文 篇四

摘要：将风机盘管加新风系统的设计做出部分调整，使其冬季或过渡季在室外空气为冷源，对建筑物的内区或其它需供冷区域进行供冷，达到节约能源的目的。

关键词：新风系统 内区余热

0 引言

随着生活水平的提高，人们对室内热环境舒适度的要求也越来越高。然而对于建筑物的内区所产生的余热，在设计中较难处理或处理失当，造成冬季供热后内区室内温度不能满足要求。也有些房间虽没有外扰负荷，但产生大量的余热、余湿(此问题在餐厅包间尤其突出)。这些房间在冬季即使停止供暖，温度仍然偏高，需要供冷才能达到较满意的舒适度。由于风机盘管加新风系统是我国较普遍采用的一种空调系统方式，本文将重点论述这类系统在过渡季或冬季运用新风系统对有余热区进行供冷，达到室内要求温度节约能源的设计思路。

1 冬季供冷方式的比较

冬季供冷就冷源来划分有许多种方式，应结合工程实际，初投资和运行费用的比较来选择。

1.1 内区单设制冷机的方式：

在一些工程设计中，冷水系统是按内、外区划分的，根据内区冷负荷单独选择一台冷水机组，在过渡季及冬季可以独立启动这台机组对内区供冷。这种方式的特点是：能够较充分的满足内区所需的冷量，达到舒适要求;在夏季该制冷机仍可以与其它冷水机组并联运行，所以对初投资影响不大;但在非夏季仍需运行冷水机组、水泵、冷却塔、冷却塔加热防冻等用电设备，增大了运行费用。这种系统是目前国内应用最普遍的方式。

与该系统相类似的是四管制的风机盘管水系统，可对各房间或区域供冷(热)，温度调节更加灵活，可以满足房间个性化的舒适度要求，但工程量增加了，初投资及运行费用均较高，国内采用的较少。

1.2 利用冷却塔换热供冷:

冷水系统内、外区分开设置。在过渡季或冬季时利用冷却塔循环水与外界冷空气进行热交换实现供冷。此方法容易使污物进入冷水循环系统，故一般加设热交换器或采用闭式冷却塔。该系统已在国内的一些工程中采用，其主要特点是：能够利用天然冷源消除余热，室内管路不需增加，节省空间;但同时需要增加换热器、闭式冷却塔及相应循环泵等初投资，另外增加了循环水泵及冷却塔风机的用电;在比较寒冷的地区，冬天的室外管路需要电辅助伴热来防冻。

1.3 直接利用室外冷空气供冷：

即把室外的冷空气(新风)作为冷源，通过风机引入内区以消除余热。带有双风机的全空气系统虽然可以实现新风与回风的任意比例调节(在过渡季节常实现全新风)。这种系统只适用于大空间或区域负荷特征较简单的场合，且仍应按内、外区划分系统。

国内最常用的空调系统是风机盘管加新风系统。可以通过增大新风量的方法，对内区直接实现供冷。此系统有以下优点：

(1)初投资增加较小。仅需要适当放大新风机组型号和新风管尺寸，不需要额外购买其它设备，节省和投资机房空间。

(2)节省运行费用。充分利用天然冷源，没有增加制冷用电及其附属设备的用电，仅需适当增加通风机的功率。

(3)新风量增加，提高了室内空气品质，减小传染病的传播。

(4)保留了风机盘管加新风系统控制灵活的特点，适用于功能复杂，使用时间变化大及负荷特征复杂的房间;条件受限制情况下，水路系统可以不按内、外区划分，适合房间功能有重大改变的改造工程以及已竣工但运行不理想的工程。

以上是过渡季节与冬季利用新风管道送冷与其他冷源方式送冷的一些比较。同时，在设计中还需注意与普通新风系统相比较需特殊的地方。

2 设计注意事项

2.1 系统的划分原则

我们通过对各房间的冷热负荷特性的分析及计算，划分出内区需要供冷的区域，内区的新风系统应该单独设置。同时空调水系统也最好按内、外区分区设置，有利于日常运行的管理和节能，方便对房间温度的调节。对于有些建筑物的内区房间过于分散或数量较少，则可考虑不按内、外区划分空调循环水系统。

对于空调改造的`工程，由于受空间限制及投资的影响，可考虑内、外区合用新风系统，但应对现有设备进行校核计算并进行相应的改造。通过冷负荷计算确定新风系统所增加的风量，校核新风机组的风机是否满足风量及风压的要求。此外，需计算现有新风管道及内区房间的新风风口是否满足增加送风量的要求，并做出相应修改。对于发热量较大的房间，所需送风量增加过多，受空间的限制，新风管道的尺寸可能很难满足要求，应考虑其它供冷方式联合使用。对于建筑物内其它有外围结构耗热需供暖的房间，由于送风温度低于室内温度(新风风量保持不变)，这部分新风负荷须由房间内的风机盘管承担，所以需校核风机盘管加热能力是否满足要求，

2.2 内区房间送风量的确定

新风送风量的确定应按以下计算方法取最大值：

(1)满足人员卫生要求的新风量;

(2)满足建筑物微正压所需的新风量;

(3)满足房间消除余热所需的新风量;

一般情况下，按第(3)条所计算的新风量较大，所需的风量是通过计算房间冷负荷而确定的。冷负荷主要包括人员、灯光、机械设备、食物和加热装置及其它外负荷等所产生的潜热及显热。

室外新风温度的选取直接影响新风量的计算，从消除余热创造舒适的室内热环境考虑，最不利的时期是过渡期，但新风太大，不仅增加投资，有时受建筑安装空间的限制(尤其改建工程)而无法实现，这时可采用提前送冷冻水(增加运行费)的方法来解决。因此应根据工程特点进行技术经济比较选取最优化的室外新风计算参数。

2.3 设计中应注意的问题

2.3.1 应注意控制送风温度不能过低，并应做好焓-湿图分析，防止风口处及空气射流过程中出现结露现象。新风应避免直接吹在人员活动范围内，应使新风与室内空气充分混合后再进入空调区域，以免有吹冷风的感觉。通过实践表明，新风直接引入风机盘管，末端水管设置电动阀(由室内温度控制)的系统运行较好，易于调节。

2.3.2 内区房间相对比较封闭，应注意采取相应的排风泄压措施。如果排风量不够，房间内压力偏高，将影响新风送入房间，运行效果较差，且门扇开启困难。对于所需送风量较大或封闭性比较强的房间，建议增加机械排风等措施，以保持房间正常压力。

2.3.3 冬季室外温度较低的地区，新风机组仍需要对新风进行预热，以控制送风温度。由于新风的送风温度较低，表冷器的换热能力可能远大于冬季所需换热量，可在机组的空调循环水管上设电动阀来进行调节。条件允许情况下可单设换热器专门用于冬季加热新风，同时应注意换热器的防冻问题。

3 结语

风机盘管加新风系统的集中空调方式应用十分普遍，而一些大型宾馆、写字楼和公用建筑等都存在大量的内区，由于其特殊的位置条件，造成空气流通差，散热困难，即使在冬季也存在室内余热，需要供冷冻水，才能创造舒适的热环境。本文提出了利用新风系统送入室外新鲜空气供冷的方法，实现既消除余热，满足室内温度要求，又提高了室内空气质量，节约了能源，文章还通过对比的方式讨论了这一方法的优点及存在问题，并结合在设计实践中遇到的问题提出了一些观点及设计中应注意的事项。

参考文献

[1] 郑小梅《空调内区余热问题解决方法探讨》暖通空调第5期

5.烧结余热回收控制系统设计论文 篇五

锅炉余热资源的回收利用是节约能源的重要措施, 工业锅炉排烟余热所占锅炉热量的比重较大, 尤其对于燃气锅炉。在天然气锅炉热损失中, 主要为排烟热损失。通常燃气锅炉的排烟温度较高, 一般在160~240℃。烟气中含大量过热态水蒸气, 是烟气热量的主要携带者, 约为55%~75%。天然气锅炉尾部增设烟气冷凝换热装置, 可回收利用排烟显热与烟气凝结潜热, 并减少有害气体排放量, 烟气冷凝水可经简单处理后回收利用。

烟气凝结换热包括水蒸气凝结和烟气中的不凝结气体对流换热2个过程。烟气在流经换热器时, 由于水蒸气的凝结造成了烟气的组成成分发生变化, 使得换热过程比较复杂。当冷凝换热器的表面温度低于水蒸气露点温度时, 烟气中水蒸气释放潜热后, 开始凝结, 换热器表面形成凝结液膜包围, 同时在该液膜外还存在一层不凝结气体。

烟气冷凝热能回收利用装置集成了防腐技术与传热传质强化技术等多项关键技术, 可使热能回收装置耐腐蚀、高效紧凑、流动阻力小、全寿命周期废弃物少, 可以适应我国天然气高效利用和节能减排的迫切需要。

1 园区锅炉机组概况

北京三元食品工业园共配置4台燃气锅炉, 2台20t/h (带省煤器) 、1台10t/h和1台8t/h燃气蒸汽锅炉, 提供工业园的生产和供暖用热。20t/h锅炉经省煤器后排烟温度仍有150℃, 10t/h和8t/h锅炉的排烟温度在230℃左右, 锅炉运行中排出了大量的高温烟气, 因此有很多的热量没有得到有效利用就排到大气中, 包括烟气余热及水蒸气的凝结热 (即汽化潜热) , 浪费了大量的能源, 又污染了环境。

经现场勘查, 锅炉房现场具备安装施工的条件, 适合采用热交换技术, 不改变余热能量形式, 只是通过换热设备将余热能量直接传递给自身工艺的耗能流程, 降低一次能源消耗, 这是回收工业余热最直接、效率较高的经济方法。

2 烟气余热回收技术方案设计

针对园区锅炉的实际情况设计采用加设余热回收器, 利用余热回收器将热量回收, 回收的热量用于提高锅炉的给水温度, 从而节约能源, 减少高温烟气对环境的污染。

由于8t/h锅炉没有足够的空间加装余热回收器, 故设计只在20t/h和10t/h的锅炉的出烟口处安装1台烟气余热回收器, 其中20t/h锅炉的出口处安装ZCRH-20-Q/S, 通过加装2台循环泵将软化水箱中的软化水循环通过烟气余热回收器, 加热锅炉补水;10t/h锅炉的出口处安装ZCRH-10-Q/S, 通过加装2台循环泵将生活水箱中的水循环通过烟气余热回收器, 加热生活用水。锅炉余热回收系统原理图如图1所示。

余热回收器的设计参数为:余热回收器后的排烟温度降至50℃左右;热能利用率提高7%~11%;ZCRH-20-Q/S的长、宽、高分别为1.7m、1.7m、1.8m;ZCRH-10-Q/S的长、宽、高分别为1.4m、1.4m、1.8m;为解决烟气对余热回收器腐蚀的问题, 回收器的材质采用ND钢。

3 烟气余热回收系统低碳效果分析

烟气余热回收系统的回收器及相应水箱实物图如图2所示。

3.1 节能效果估算分析

1) 20t/h蒸汽锅炉。

燃气消耗量q=1447m3/h, 排烟温度150℃, 经过烟气余热回收器后排烟温度为50℃。此时, 烟气中的比显热γ=13.35k J/ (m3·℃) , 排烟中的水蒸气的焓值hb=2373k J/kg, 根据测试和计算, 燃气燃烧后烟气中的水分含量x约为40%, 烟气实际压力下的水蒸气密度ρ=1.58kg/m3。

每小时烟气中回收的热量为:

式中:Q显—排烟中的水蒸气潜热;

Q潜—烟气中的显热。

代入数据, 得Q回收=4100798k J, 相当于节约燃气量113.9m3, 因此烟气余热回收器的节能率约为7.8%。

2) 10t/h蒸汽锅炉。

燃气消耗量q=750m3/h, 排烟温度为230℃, 经过烟气余热回收器后排烟温度为50℃。其他参数与20t/h锅炉相同。则每小时烟气中回收的热量2927052k J, 相当于燃气量81.3m3。

因此, 该烟气余热回收器的节能率约为10.8%。

3.2 烟气余热回收系统低碳效果测试分析

完成余热回收系统改造后, 对20t/h蒸汽锅炉的节能效率进行了测试验证, 测试依据为《工业锅炉热工性能试验规程》 (GB/T10180-2003) [1]、《设备热效率计算通则》 (GB2588-2000) 。锅炉效率测试数据如表1所示。根据测试的结果, 查表得到的锅炉效率参数如表2所示。

采用正平衡法[2,3]对改造后的锅炉效率进行计算, 有:

式中:D—锅炉实际蒸发量;

h蒸汽—锅炉出口蒸汽焓;

h给水—锅炉进口给水焓;

B—天然气耗量;

Qdw—天燃气的低位发热量。

带入数值后计算得到η=91.4%。根据三元食品工业园原有的锅炉测试报告, 该台锅炉未加装余热回收器的锅炉效率η'=82.28%, 因此加装余热回收器后, 该锅炉效率提高了9.12%。

该烟气余热回收器单位时间回收的热量为:

带入数据, 得Q回收=1618176k J/h。对于10t/h的锅炉, 出口烟气约为230℃, 烟气含热量更大, 因此烟气余热回收器节能效果理论上会高于20t/h锅炉的节能效果。在实际使用中, 20t/h锅炉和10t/h锅炉交替工作, 全天工作约16h, 每年工作300d, 因此可按照20t/h锅炉的余热回收器回收的热量来保守的估算全年回收利用的烟气热量。则Qtotal'=7.77×106MJ, 相当于约265吨标煤或21.6万m3天然气。

烟气余热回收器寿命期内环保减排CO2的计算式为:

式中:QCO2—余热回收器寿命期内减排二氧化碳减排量, kg;

Qtotal'—余热回收器年回收利用的热量, MJ;

n—系统寿命, 取n=15a;

FCO2—二氧化碳排放因子, 取FCO2=0.866;

W—标准煤热值, 取W=29.308MJ/kg;

Eff—常规能源水加热效率, 取Eff=90%。

代入数据, 可得QCO2=14030t。

4 结语

三元食品工业园设计的锅炉蒸汽余热回收方案技术可行、实施方便, 系统投入运行以来, 各设备及装置运行正常, 年可节约天然气约21.6万m3, 该系统不仅回收了大量的余热并得到了有效利用, 同时也减少高温烟气的直接排放带来的环境污染, 取得了良好的经济效益和环境效益。

参考文献

[1]GB/T 10180-2003, 工业锅炉热工性能试验规程[S].

[2]齐国利, 管坚, 冷浩.工业锅炉定型产品热效率测试方法探讨[J].节能技术, 2013, 13 (2) :120-122.

6.烧结余热回收控制系统设计论文 篇六

随着汽车工业的快速发展,车辆的能源消耗与日俱增,近年来面对能源安全和气候变化的压力,迫切需要降低内燃机燃油消耗和CO2排放。内燃机燃料燃烧所产生能量中35%~40%被有效利用,其余的能量以冷却液、机油及排气能量等形式散失到大气中,其中排气散失的能量约占30%~40%[1]。近年来排放法规越来越严格,催化氧化器及微粒过滤器与再生等排气后处理技术的应用越来越普遍,排气温度越来越高使得这部分能量具有很高的品位。所以,以内燃机尾气余热回收利用作为提高内燃机燃料利用效率的有效技术措施之一,有很好的工程应用前景,并日益受到重视[2,3,4]。

斯特林循环是一种回热闭式热力循环,理论上的热效率为卡诺循环效率。斯特林循环装置具有多种燃料适应性、良好的环境特性和高的转换效率。应用斯特林发动机在余热回收利用方面的优势相当明显,可以直接用余热作为热源加热工质,而不需要任何热能转换装置或介质,就能将余热转换成高价值的动力或电能输出[5,6]。与朗肯循环相比,采用斯特林循环回收内燃机尾气余热具有明显优势,并有良好的工程应用前景,在炼油厂、化工厂、焦化厂、冶炼厂等均可使用[7]。虽然将斯特林发动机和其他热能动力机械联合起来发电并不新奇,科研人员从20世纪80年代开始分析其理论的可行性[8,9],但是使用斯特林发动机来回收内燃机的废气能量,目前还处在研究阶段[4,10,11,12,13,14]。

本文中建立了基于斯特林循环的汽油机尾气余热回收的试验及数据采集系统,并且针对汽油机某个常用转速工况,分别在低、中、高等不同负荷下进行试验,确定了斯特林机转速与电压及负载电阻之间的关系,方便了回收系统工作过程中负载电阻的选取及对斯特林机转速的控制。分析了回收系统中斯特林发动机的输出功率与转速、工质压力、汽油机工况等参数之间的内在联系,并且对系统的回收功率与汽油机功率进行比较;分析了斯特林机的缸内压力随着曲轴转角的变化关系找到进一步提高系统的回收功率的途径。

1 基于斯特林循环的汽油机尾气余热回收系统

试验台架系统图及照片如图1所示。试验采用2.0DCVVT汽油机,基本参数见表1。斯特林发动机为单缸菱形驱动机构,基本参数见表2。汽油机排气管经过改造后与斯特林发动机的换热室相连,汽油机尾气在换热室中流经斯特林发动机加热器的外壁面与工质进行换热,然后经换热室出口排向大气。斯特林机的输出轴与发电机直接连接,然后与负载连接组成回路,在每一相电路中接有电压表和电流表,从而可方便地测量发电量。

2 试验测量、控制及数据采集系统

2.1 测量、控制系统

为了研究斯特林发动机转速和输出功率之间的关系,首先对斯特林发动机的输出功率进行测量。本试验采用一个小型三相交流发电机,与斯特林发动机同轴连接,使斯特林发动机的输出功转化为电能,由负载电阻进行吸收,负载实物及电路如图2所示。根据电路中电压和电流测量值,可计算出与斯特林机转速相对应的输出功率。

图3为试验系统简化图。尾气余热回收系统可以分为两大部分:一部分是汽油机及测功机组成的控制测试系统,通过调节汽油机的转速、负荷等来控制汽油机工况;另一部分是斯特林发动机及发电机控制测试系统,在系统启动之前预先充入一定压力的氦气,当斯特林机起动后,根据具体的功率输出情况通过控制箱中工质充放气按钮自行调节气体的压力。通过调节负载电阻大小控制转速。若试验过程中出现意外情况可以通过斯特林控制箱中急停按钮紧急放出系统中的工质以停止斯特林机的运转。通过改变压力和负载电阻等调节斯特林发动机转速并测量发电机的输出功率。试验过程主要采集的数据包括斯特林发动机转速、负载电路的电压与电流,以及汽油机的转速、功率和负荷。

2.2 数据采集系统

如图3所示,在试验过程中布置了斯特林机气缸压力传感器、温度传感器和排气背压传感器,方便对斯特林发动机的实际工作过程进行实时监测,了解汽油机尾气经过斯特林机换热室前后的温度及排气背压变化,以此来分析余热回收系统尾气的利用情况及对汽油机输出功率的影响。

3 试验结果

本文中在汽油机的常用转速3 000r/min,30%、60%、90%负荷工况下进行试验。考虑到斯特林机的设计压力和试验系统的安全情况,试验中斯特林工质平均充气压力最高值设定为1.4MPa。

3.1 斯特林机转速与电压及负载电阻之间的关系

图4为不同工况下的发电机相电压和斯特林机转速的关系。由图4可见,相电压与斯特林机的转速基本成线性关系,这与所选的三相交流发电机的特性相吻合。此外,斯特林发动机转速不高,发电机的输出电压较低。根据本试验用斯特林发动机的设计功率,选用能够承受大电流的负载电阻进行功率吸收。

图5为汽油机不同负荷及不同斯特林机工质压力下,斯特林机转速和负载电阻之间的关系。由图5可见,斯特林机转速和负载电阻呈线性正相关,即:若保持汽油机负荷和工质压力不变,增大负载电阻可以增大斯特林机的转速;若负载电阻和汽油机负荷保持不变,斯特林机的转速随着工质压力的升高而增大。由此可知,在系统工作过程中可以根据汽油机的负荷状况调节负载电阻及工质压力,对斯特林发动机转速进行有效控制。

3.2 余热回收系统性能试验分析

回收系统中斯特林机的输出功率与汽油机的负荷和工质压力、转速之间有着密切的关系。在汽油机转速为3 000r/min、负荷为60%工况下,调节斯特林发动机负载电阻和工质压力,系统稳定后斯特林机输出功率和工质压力及转速试验曲线如图6所示。斯特林机输出功率随着工质压力的增加而增加,即只要所提供的热源足够,工质的压力越大其输出功率越大;而输出功率随着转速的增加呈现先增加后减小的趋势。由此可知,在确定的汽油机工况下,对应一定的工质压力,存在最佳工作转速,且最佳工作转速随着工质压力的升高而逐渐增大。

图7为汽油机尾气进入斯特林机加热器前、后的温度分布。由图7可见,尾气经过回收利用后温度有明显的降低,并且随着发动机负荷的增高,排气温度增大,热流量增大,一定工质压力的斯特林机输出功率呈上升趋势。如图8所示,工质压力为1.4MPa时,斯特林机输出功率随着汽油机负荷的增加明显提高,90%负荷时,尾气经过回收利用后总功率提高了200~254 W,相当于汽油机功率的0.5%~0.62%;尾气经过回收利用后排气温度由720℃降为415℃(图7)。汽油机的排气背压仅降低0.7kPa对汽油机的功率无明显影响。

为了衡量回收系统的功率回收程度,系统功率提高率是指回收系统输出功率与汽油机功率的比值,保持斯特林机的转速不变,系统的功率提高率随汽油机的负荷的增加呈下降趋势。如图9所示,30%负荷时功率提高率最高可达1.03%,同转速下60%、90%负荷的功率提高率最高为0.7%和0.4%;若汽油机负荷不变,则功率提高率随着斯特林机转速的升高基本呈线性增大趋势。

4 结论

(1)汽油机余热回收系统运行过程中,在确定的汽油机工况下,对应一定的工质压力,输出功率随着转速的增加呈先增加后减小的趋势,斯特林机存在最佳输出转速,且最佳输出转速随着工质压力增大而增大;其输出转速可以通过调节负载电阻进行有效控制。

(2)斯特林机输出功率与斯特林转速、工质压力、汽油机负荷有着紧密的联系;斯特林输出功率随着工质压力、汽油机负荷增高而增大;功率提高率则随着汽油机负荷的增高逐渐降低。在本试验条件下,汽油机90%负荷、工质压力为1.4MPa时斯特林机输出功率最大达到254 W,对应斯特林机转速为810r/min,汽油机尾气排气温度由720℃降为415℃,系统回收功率相当于汽油机功率的0.62%,而在30%负荷时回收功率可以达到汽油机功率的1.03%。

摘要：建立了基于斯特林循环的汽油机尾气余热回收的试验及数据采集系统以提高汽油机能量利用率。针对2.0DCVVT汽油机某一常用转速下,低、中、高负荷下进行试验,确定了斯特林机转速与输出电压及转速与负载电阻之间的线性关系,便于循环系统工作过程中负载电阻的选取及斯特林机转速的控制。试验结果表明:斯特林机输出功率随着斯特林机转速呈先增大后减小的趋势,斯特林机在工作过程中存在最佳工作转速,且最佳工作转速随着工质压力的升高逐渐增大;在汽油机3 000r/min、90%负荷下,工质压力为1.4MPa时斯特林机输出功率最大达到254W;对应斯特林机转速为810r/min,汽油机尾气排气温度由720℃降为415℃,系统回收功率相当于汽油机功率的0.62%,而在30%负荷时回收功率可以达到汽油机功率的1.03%。

7.烟气余热回收系统应用 篇七

根据现场实际情况, 该项目改造方案是采用在电除尘器出口的水平烟道上安装低压省煤器, 以300MW锅炉为例, 用回收的烟气余热每天生产80度生活热水1000吨, 部分供厂内使用或对外销售。

烟气余热回收其节能原理是利用锅炉排烟余热加热水。常规低省煤器在运行中有以下缺点:首先是腐蚀问题。由于它布置在锅炉尾部低烟温区, 因而不可避免地产生腐蚀, 煤质多变及锅炉承担调峰任务或长时间低负荷运行等, 使得实际运行无法满足设计提出的条件, 因而受热面会产生腐蚀, 影响设备寿命;其次, 由于设计时要控制壁温不应过低满足腐蚀条件, 因而低压省煤器出口烟温设计较高, 一般高于酸露点10-15℃。为了使余热利用处于最佳状态, 在低压省煤器制造时在烟气温度较低的部分采用耐酸腐蚀的ND钢进行制造, 可以提高低压省煤器的抗低温腐蚀性能, 提高低压省煤器使用寿命。

基本参数⑴空气量V=3.444Nm3/kg, 烟气量V=5.54Nm3/kg;⑵热管换热器漏风系数:Δα=0.01;⑶烟气焓ΔI=779 kj/kg;

烟气的酸露点计算按如下公式进行计算:

低压省煤器根据现场要求, 低压省煤器吸收烟气余热加热生活水, 将生活水由20℃加热到80℃。

在锅炉负荷为额定60%时, 低压省煤器的烟气流量大约为698t/h, 在烟气温度从126度降至106度, 则产生3425k W的热, 进口水温为10℃, 出口水温为80℃, 水的流量为42t/h, 节约煤量为422kg/h。

低压省煤器的管径及翅片尺寸的选择是设计的关键。因烟气中的灰尘浓度较低, 可以不考虑管路磨损情况, 翅片管管径选φ32×3.5mm。翅片高度的增加能增大受热面积, 从而使管子根数和总长度减少, 受热面总重量及烟气侧流动阻力也随之降低, 但翅片效率也相应下降, 积灰程度增大。本次改造低压省煤器翅片的高度为12mm, 翅片的厚度为1.5mm, 翅片的间距为12mm。

烟气余热回收系统流程, 见图1。

在现场安装一台容积为400m3相变蓄热水箱, 现场抽取井水, 通过加压泵送至集装箱式换热系统内, 与来自省煤器的循环热水交换热量后, 存入相变蓄热水箱内, 通过移动供热车或管道分别送至厂外用户或厂内用水点。

烟气余热利用的运营费用 (年运行8000小时) , 日产生活热水1000吨。年回收热量9.9万GJ。年节约标煤量3372 (吨) , 直接效益 (标煤单价按600元/吨) 202 (万元) 。

锅炉的排烟温度一般在120℃~150℃, 烟气中有7%~25%的显热和15%的潜热未被利用就被直接排放到大气中。这不仅造成大量的能源浪费也加剧了环境的热污染;一方面, 我们设计的高效烟气余热回收装置不仅能够满足加工生活热水或采暖水的需要, 也能够将锅炉的排烟温度冷却至100度使得锅炉的工作效率显著提高。另一方面, 也为全国蓝天白云环保事业做出了应有的贡献。

摘要：阐述了烟气余热回收机理, 为烟气余热回收可行性提供理论依旧, 论述了烟气余热回收应用原则及应用后的效果。

8.镁熔坨综合余热回收窑设计 篇八

我国是目前全球最大的电熔镁砂生产国和供应国,然而巨大的能量消耗是束缚电熔镁产业发展的重要因素。菱镁矿经过电弧炉熔炼后形成柱状的高温镁熔坨,其表面温度达600℃ 左右,中心温度达2800℃,含有大量的余热资源［1 － 2］。镁熔坨体积和质量较大,存在着外层砂皮导热系数及比表面积小等因素,从而导致取热困难。因此如何科学、有效地回收这部分余热资源是镁熔坨余能回收的难点问题。

现已提出的余热回收专利［3］在余热回收窑四周布置换热水管,利用大比热容的水来进行取热。 该专利提出以水作为热能回收的载体,换热温差大,有助于镁熔坨冷却。但刚结束熔炼的镁熔坨具有上千度的高温,用来回收几十度的热水不符合能量梯级利用的原则,并会导致综合热回收效率下降。课题组也提出过单独利用往复炉排预热物料来回收余热的技术［4］,但随着表面砂皮温度的降低,镁熔坨与循环风以及菱镁矿物料的换热效果不明显,换热后期回收热量困难。在前期研究的基础上,设计了一种综合一体式镁熔坨余热回收系统。 这种综合回收系统结构简单,热回收率高,具有很高的投入使用价值。

1综合一体式余热回收新工艺

生产的镁熔坨直径和高度都为3. 2m,质量为25t。根据电熔镁坨的生产周期为24h,采用3个电弧炉同时进行生产,每天可生产3个坨。综合一体式余热回收窑结构如图1所示。该回收窑由预热物料段和循环水段组成。回收窑设计同时容纳12个坨,预热物料段对应3个坨,循环水段对应9个坨。每天由摆渡小车将刚结束熔炼的3个高温坨经窑头送入回收窑,镁熔坨先与往复炉排上的菱镁矿物料进行换热,24h后将初步换热后的这3个镁熔坨移入循环水段与换热水管进行换热,同时物料预热段有3个新的高温镁熔坨补充移入。在循环水段,每个镁熔坨对应自身的一组换热水管,循环水段相当于9个并列的热水锅炉。单个镁熔坨在窑内停留时间为4d,每天从余热回收窑窑头移进3个新出炉的高温镁熔坨,从窑尾移出3个剩余热量不多的低温镁熔坨,从而保证每天回收窑内镁熔坨放出的热量近似相等,同时使得每天供暖量相对均匀。

该工艺的传热过程包括镁熔坨冷却散热过程、 菱镁矿物料预热过程以及循环水换热过程。

1) 镁熔坨冷却散热过程。经过电熔镁炉高温熔炼生产的镁熔坨,在密闭脱壳室内脱掉外壳,然后由摆渡小车送入余热回收窑。高温镁熔坨先在预热物料段完成镁熔坨内部的结晶冷却过程,将热量传给菱镁矿物料,经初步换热后进入循环水段, 进一步将热量传给循环水以及空气。最后经冷却的镁熔坨从窑尾移出,进行破碎、筛选等后续工作。

2) 菱镁矿物料预热过程。经过加工的菱镁矿物料通过提料机装入储料斗内,布洒在预热物料段内的往复炉排上,随着往复炉排由进料口运动到出料口。在预热物料段顶部有引风机将风引出,保证室内空气由镁熔坨底部向上方炉排上的菱镁矿物料流动。菱镁矿物料最终将被加热到230℃ 左右, 从出料口送至电弧炉内进行熔炼。

3) 循环水换热过程。在预热物料段换热后的镁熔坨仍含有大量的余热,因此继续由摆渡小车沿窑长方向送入循环水段。在循环水段顶部同样安装有小功率引风机来加快室内空气循环,强化空气与循环水管间的对流换热。循环水换热产生80℃ 的热水,经水泵等被送到厂房供暖,供暖后的低温水( 约60℃) 经水泵送回余热回收窑循环使用。

2余热回收窑设计

2. 1设计要求

1) 预热物料段每天预热物料180t,使得菱镁矿熔炼过程与镁熔坨余热回收过程匹配。

2) 循环水段产生80℃ 的热水,满足9000m2厂房的供暖需求。

3) 镁熔坨的余热回收率要求超过30% 。

2. 2热工及结构

余热回收窑内衬选用厚度为150mm的低温型硅酸铝耐火纤维针刺毯材质,外壁为4mm厚的钢板［5］。菱镁矿物料由30℃预热到230℃,为满足电弧炉生产量,每天预热菱镁矿180t。摆渡小车是镁熔坨余热回收系统中的重要组成部分,其主要目的是将镁熔坨平稳地运送到余热回收窑中。摆渡小车为长方体形状,尺寸为3500mm × 3500mm × 630mm。给水管的设计是根据正常运行时没有水力冲击,不产生振动运行经济等因素确定的。余热回收窑的主要热力及结构参数如表1所示。

2. 3热平衡计算

该综合一体式余热回收窑中每天的能量平衡表如表2所示。回收窑的热源来自于12个镁熔坨的余热,回收的有效热包括菱镁矿预热量和循环水吸热量。

在该综合一体式余热回收窑中,菱镁矿预热吸热量占镁熔坨总物理热的17. 19% ,循环水的吸热量占镁熔坨总物理热的21. 98% 。在本余热回收窑中,镁熔坨的热量很大一部分将被菱镁矿物料和水吸收,镁熔坨的余热回收率达39% 。

3结语

文中提出一种镁熔坨综合余热回收方案,计算其主要的热工和结构参数,并对回收窑中能量收支情况进行分析。

该设计将余热回收窑分为预热物料段和循环水段两部分,在保证镁熔坨品味的前提下,将凝固后的镁熔坨进行冷却,与此同时回收镁熔坨释放的热量,设计优点如下:

1) 余热回收窑回收的热量一部分用来预热菱镁矿物料,另一部分综合回收热风、热水,用于满足厂房9000m2的供暖需求。该设计实现了镁熔坨余热回收利用与加速冷却过程相结合,符合能量梯级利用的原则,余热回收效率达39% ,同时提高了镁熔坨的生产效率。

2) 该设计将多项功能合为一体,每项功能都能单独使用。在不需要热水时,回收窑内的管束可以通过外部阀门将水排空,并通热风保护管束,换出的热风并入热风总管; 在不进行物料预热时,会增加热风和热水的产率。设计简化了换热设备,运行成本低,具有很大的投入使用价值。

摘要：经过电弧炉熔炼后的镁熔坨含有大量的余热资源,但科学、有效地回收这部分余热仍是镁熔坨余热回收的难点问题。在总结分析已有的镁熔坨余热回收技术的基础上,设计了一种镁熔坨综合余热回收窑,在预热物料段利用往复炉排预热物料,循环水段利用冷却水管获得热水供暖,镁熔坨的余热回收率达39%。