烧结余热回收再利用技术与产业发展研讨会2讲解.pptx

中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日烧结余热能高效发电技术报告人：赵报告人：赵 斌斌 华北电力大学华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室电站设备状态监测与控制教育部重点实验室河北理工大学河北理工大学现代冶金技术省重点实验室现代冶金技术省重点实验室 20202020年年3 3月月3 3日日中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会 余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日 烧结余热能烧结余热能高效发电技术高效发电技术报告题目作作者者：赵斌（1968-），华北电力大学国家重点学科热能工程博士生，师从于徐鸿教授、杜小泽教授。现工作于河北理工大学，教授，高级工程师，硕士生导师，主研方向为工程热物理及先进发电技术。烧结工序焦化工序炼铁工序炼钢工序轧钢工序钢铁工业烧结工序有烧结工序有烧结矿烧结矿显热显热（部分回收）（部分回收）和和烧结机烟气显热烧结机烟气显热（几乎没有回收）（几乎没有回收）两部分余热资源。两部分余热资源。钢铁化工水泥建材交通中低温余热三高行业 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日钢铁与钢铁工业钢铁钢铁 “首选材料首选材料”、“必选材料必选材料”人类社会最主要的结构材料人类社会最主要的结构材料 产量最大、覆盖面最广的功能材料产量最大、覆盖面最广的功能材料 钢铁工业钢铁工业 国民经济的重要基础产业之一国民经济的重要基础产业之一 “对于经济竞争力和国家安全都是至关重要的对于经济竞争力和国家安全都是至关重要的”是是“国家的经济命脉国家的经济命脉”中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日钢铁工业副产品钢铁工业副产品钢铁工业副产品(二次能源二次能源)高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气 焦炭显热、烧结矿显热、高炉渣、转炉渣焦炭显热、烧结矿显热、高炉渣、转炉渣 高炉煤气的余压高炉煤气的余压 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日清洁生产和先进发电技术清洁生产清洁生产 节能减排节能减排 循环经济循环经济 先进发电技术先进发电技术 燃气燃气-蒸汽联合循环发电技术蒸汽联合循环发电技术 高炉余压发电技术高炉余压发电技术 干熄焦发电技术干熄焦发电技术 转炉发电技术转炉发电技术 烧结余热发电烧结余热发电 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日资源、能源密集型产业钢铁工业社会关注的焦点节能减排循环经济、可持续发展安居乐业、天人合一科学发展观、和谐社会发电技术清洁生产、绿色制造、环境友好社会可持续发展的基石 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日 图图1 1 钢铁生产过程各种余热余能资源分布图钢铁生产过程各种余热余能资源分布图 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日 报告内容1.引言引言2.烧结余热能流分布规律及用能原则烧结余热能流分布规律及用能原则3.余热能发电系统余热能发电系统热力学优化热力学优化4.余热能余热能高效高效回收利用关键技术及装置回收利用关键技术及装置研发研发6.总结及后续研究总结及后续研究5.余热能梯级回收与发电系统余热能梯级回收与发电系统经济性经济性分析分析 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日 1 引言“国家中长期科学和技术发展规划纲要国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年年)”中特别指出：重点研究开发冶金、化工等流程工业和中特别指出：重点研究开发冶金、化工等流程工业和交通运输业等主要高耗能领域的节能技术与装备。交通运输业等主要高耗能领域的节能技术与装备。国家科技支撑计划项目子课题“钢铁企业低压余热蒸汽发电技术及能量系统优化”（2008BAE67B01）钢铁工业能耗占全国钢铁工业能耗占全国15%15%，其中，其中70%70%消耗的是煤炭；消耗的是煤炭；烧结工序的能耗为钢铁企业总能耗的烧结工序的能耗为钢铁企业总能耗的10%10%20%20%。中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日2.1 余热能流分布规律2.2 余热资源特性2.3 余热能贬值规律2.4 余热回收与利用原则 2 烧结余热能流分布规律及用能原则 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日 图图 2 烧结工序余热量分布烧结工序余热量分布热平衡计算2.1 余热能流分布规律 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日图图3 3 烧结工序余热温度分布图烧结工序余热温度分布图2.1 余热能流分布规律热平衡测试 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日烧结余热烧结余热资源特性资源特性余热源品位较余热源品位较低，低温部分低，低温部分比例大比例大冷却机废气温冷却机废气温度波动大度波动大250520烧结工序短期烧结工序短期停运热源连续停运热源连续性难以保证性难以保证2.2 余热资源特性 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日烧结工序烧结工序热量传递热量传递冷却机冷却机气固换热气固换热余热锅炉余热锅炉气液换热气液换热传递过程必然产生传递过程必然产生“质质”和和“量量”的贬值的贬值2.3 余热能贬值规律 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日2.4 余热回收与利用原则降低烧结机能量消耗与减少余热生成量协同原则直接热利用与动力回收协同原则分段回收与梯级利用协同原则四协同原则余热回收工艺与装备研发协同原则 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日动力回收直接热利用200300250500200250300400冷却机废气烧结机烟气2.4 余热回收与利用原则同一温度范围烧结矿温度 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日图图4 4 济钢烧结余热发电工艺流程图济钢烧结余热发电工艺流程图冷却机3 烧结余热发电系统热力学优化 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日项目名称数值/（GJ/h）相对百分率/%热平衡平衡热平衡平衡进口废气携带热量（）值211.3869.15100100余热锅炉换热（）损8.2711.96出口废气热（）损83.3613.1339.4418.99余热锅炉内部散热（）损2.561.121.211.62主蒸汽管道热（）损0.340.440.160.64汽轮机内部热（）损4.166.02冷凝器热（）损89.166.0642.188.76除氧器热（）损1551.560.732.26总热（）损176.9734.7483.7250.24汽轮机输出有用功34.4134.4116.2749.76余热锅炉的废气出口损和，内部换热 损所占比例较大小结表1 热力系统热平衡与 平衡对比分析3.1 能量平衡分析 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日图图5 5 烧结余热发电改进工艺流程图烧结余热发电改进工艺流程图增加了凝结水加热器冷却机提提高高余余热热利利用用率率3.1 能量平衡分析 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日应先点击系统按钮，再从系统下拉菜单中选择对程序中主、副蒸汽压力和流量的“检查框输入与标签相应热力参数；选择计算类型主程序子程序图5 程序计算界面软件著作权登记软件著作权登记3.2 余热发电系统热力计算软件余热发电系统热力计算软件 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日3.3 三种热力系统的比较小结选定合理热力系统配置方案对系统 总 损的影响更大双压系统总 损最小提出不同区段废气混合降低了余热品位，降低了进口热废气 值，开发新型回收装置图6 总 损随主蒸汽压力变化 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日4 烧结余热能高效回收利用关键技术及装置烧结余热能高效回收利用关键技术及装置研发研发 4.1 关键技术4.2 装置研发1）品位提升技术2）显热提取技术）显热提取技术 1）立式冷却装置）立式冷却装置2）双工质余热锅炉）双工质余热锅炉 3）双余热源参数控制）双余热源参数控制4）余热链接传递转换3）三）三进口进口余热锅炉余热锅炉 4）风罩式余热锅炉）风罩式余热锅炉 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日 4.1.1 烧结余热品位提升技术132中低品位热能中低品位热能常规回收常规回收利用方法利用方法仅回收仅回收40左右冷却区左右冷却区热废气余热热废气余热中低品位热能中低品位热能分段回收及分段回收及梯级利用方法梯级利用方法回收回收60%左右左右冷却区的冷却区的热废气显热热废气显热 解决漏风解决漏风 逆流换热逆流换热 全部回收全部回收 冷却区热冷却区热 废气显热废气显热 常规技术新技术创新技术 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日三进口 余热梯级利用，即“低质低用，高质高用”，冷却机热废气按品位的不同划分成不同区段进行回收回收。双进口图7 多进口发电新技术工艺方案 4.1.2 烧结余热资源显热提取技术 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日4.1.3 双余热源参数（温度)稳定控制技术低温汽轮机选型 废气循环自动控制技术 选择允许热源波动范围大的汽轮机冷却机余热发电采用部分烟气循环，一定范围内控制冷却机热废气温度蒸汽参数蒸汽参数相互反馈 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日4.1.4 余热链接传递转换技术冷却机余热锅炉汽轮机气固换热气液换热完成完成余热余热能量能量传递传递功能功能 热功转换完成余完成余热能量热能量热功转热功转换功能换功能通过能量的传递与转换链接在一起 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日4.2 烧结余热能高效回收利用装置研发立式冷却机多进口余热锅炉双工质余热锅炉余热发电工艺小型的罐式热交换密闭装置热废气品位低余热资源回收率低等问题 分级回收梯级利用冷却机废气解决低品位余热回收率低的问题 两种余热资源在同一台锅炉内回收 烧结机 冷却机 锅 炉 汽轮机设备通过能量传递与转化链接在一起 冷却机余热回收双余热源余热回收 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日4.2.1 立式冷却机装置1）密闭腔室2）逆流换热图8 立式冷却装置示意国家发明专利国家发明专利1 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日4.2.2 三进口双压余热锅炉装置 1）本体为上窄下宽阶梯型立式结构，三室相通2）高温室布置螺旋管圈水冷壁，换热强度高3）受热面均采用为蛇形环肋管错列逆流布置 4）热废气环本体四周进入调压风门及气流挡板5）设置了径向及轴向膨胀节和可靠的密封材料图9 三进口双压余热锅炉结构示意国家发明专利国家发明专利2 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日4.2.3 双工质热源余热锅炉装置1）装置集成回收两种余热 2）套管式蒸发器可实现与内外两侧烧结烟气和冷却机热空气同时换热3）受热面均采用为蛇形环肋管错列逆流布置图图10 10 双工质热源余热锅炉示意双工质热源余热锅炉示意国家发明专利国家发明专利3 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University2020年3月3日5.1 唐钢烧结环冷机余热电站工艺方案（原方案）唐钢烧结环冷机余热电站工艺方案（原方案）5.2 烧结双源协同发电工艺方案（方案烧结双源协同发电工艺方案（方案）5.3 烧结双源协同发电工艺方案（方案烧结双源协同发电工艺方案（方案）5.4 烧结双源协同发电工艺方案（方案烧结双源协同发电工艺方案（方案）5 余热能梯级回收与发电系统经济性分析余热能梯级回收与发电系统经济性分析5.5 四种方案热经济计算比较四种方案热经济计算比较 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日5.1 原方案图图11 11 唐钢烧结环冷机余热电站工艺方案流程唐钢烧结环冷机余热电站工艺方案流程 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日图图12 12 烧结双源协同发电工艺方案烧结双源协同发电工艺方案流程图流程图中低品位热能分段回收及梯级利用 提高余热资源回收率及余热利用率5.2 方案国家发明专利国家发明专利4 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日图图13 13 烧结双源协同发电工艺方案烧结双源协同发电工艺方案流程图流程图立式密闭冷却装置5.3 方案极限提高热双余热资源回收率及余热利用率 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日5.4 方案图图14 14 烧结双源协同发电工艺方案烧结双源协同发电工艺方案流程图流程图立式密闭冷却装置双工质热源余热锅炉极限提高热双余热资源回收率及余热利用率 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日表表2 2 四种四种方案余热发电系统热经济计算参数比较方案余热发电系统热经济计算参数比较参数名称单位原方案方案方案方案主蒸汽压力MPa2.062.063.823.42主蒸汽温度375375450475副汽压力MPa0.390.390.390.39副汽温度143143300143余热利用率%61677580废气排出温度161137150127发电功率MW8.210.612.214.2装机容量MW91113145.5 余热发电系统热经济计算余热发电系统热经济计算 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日u 论文基于余热能回收利用现象的热力学优化、能量传递转换设备的高效化和能量利用系统的经济化问题开展了部分基础研究工作，研发的新一代烧结余热发电装备及创新工艺，一体化回收烧结工序中烧结机尾烟气和烧结矿显热，全面提升烧结工序余热资源回收率和余热利用率。u 研究成果可为中低品位工业余热高效回收基础科学问题的研究提供理论参考，也可为大中型钢铁企业烧结余热高效回收提供技术基础。6.1 总结 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日烧结矿冷却过程实验研究余热回收设备结构优化双热源集成工艺耦合揭示中低温余热能在能量传递与转换过程中效率提高的科学本质研究冷却机适应烧结机制变化的响应策略及冷却机热质输运效应及与余热发电系统的耦合机制6.2 后续研究 基础研究实践研究关键科学 中国能源环境科技协会中国能源环境科技协会余热回收再利用技术与产业发展研讨会余热回收再利用技术与产业发展研讨会赵斌 华北电力大学（North China Electric Power University）2020年3月3日感谢各位老师专家感谢各位老师专家 恳请多提宝贵意见！恳请多提宝贵意见！