山东科技大学学士学位论文 烧结余热发电系统分析
图2.3 烧结余热发电热力系统流程图
图2.4 烧结余热发电烟气系统工艺流程
2.2烧结余热发电烟气系统
烧结余热发电烟气系统流程如图2.4所示，环冷段的中低温烟气通过烟
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气管道分别进入余热锅炉的中、低温烟气入口，在锅炉内换热回收热量后，余热锅炉排出的约150℃烟气，将余热锅炉排出的低温烟气收集后，通过循环风机鼓入环冷段下部代替常温空气冷却烧结矿。循环风机设置冷风吸入口，当余热锅炉正常工作时，余热锅炉排出收集的烟气经循环风机增压后，鼓入环冷机下部冷却烧结矿。当余热锅炉停机检修时，打开冷风吸入口的阀门，循环风机鼓入常温空气冷却烧结矿[6]。烟气再循环显著提升了环冷机一区、二区中低温烟气的品质，提高了余热锅炉的能量回收效率，增加了发电量，减少了含尘烟气直接排空，提高了烧结矿料品质[7]。
2.3烧结余热发电热力系统分析方法
常规发电系统常采用抽汽回热系统，在余热发电系统中，汽轮机抽汽回热虽然可以提高给水温度、汽轮机效率，但会提高余热锅炉排烟温度，降低余热锅炉效率，相互作用的结果将降低发电系统的热效率，因此余热发电系统一般不设置回热系统，下面对余热发电系统进行热力学分析。 2.3.1建立数学方程
（1）从热力学角度来考虑，余热锅炉中的每一个模块就是一个烟气放热和汽水吸热的能量平衡方程[8]，即：
Q烟气放热 = Q汽水放热 （2-1） 结合余热锅炉的T-Q图，将这一能量平衡方程具体应用到每一个模块，
图2.5是典型的余热锅炉T-Q图，是研究余热锅炉热力特性的基础。
对蒸发器和过热器区段：
G(i1－i3) = D(h1－h3w) （2-2） 通过此公式也可计算出锅炉的蒸汽量：
D = G(i1－i3) / (h1－h3w) （2-3）
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对于省煤器区段：
G(i3－i4) = D(h3w－h4) （2-4）
图2.5 余热锅炉中的T-Q图
因此可推出对于整个锅炉：
G(i1－i4) = D(h1 – h4) （2-5） 式中，G—烟气流量，kg/s；
D—蒸汽流量，kg/s；
i1 i2 i3 i4—余热锅炉各区段的出口烟气焓，kJ/kg； h1—过热蒸汽出口蒸汽焓，kJ/kg； h3—省煤器出口水焓，kJ/kg； h4—省煤气进口水焓，kJ/kg。
（2）余热锅炉的热效率ηh为余热锅炉利用的能量与输入余热锅炉的能量之比[8]，即：
ηh = D (h1 – h4) / G(i1 – ie) = G(i1－i4) / G(i1 – ie) （2-6） 如果认为在余热锅炉的整个温度范围内，烟气的比热近似相等，同时
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忽略余热锅炉保温热损失的影响，则上式可表示为：
ηh = (θ1－θ4) / (θ1 – te)
（2-7）
式中，θ1—烧结预热的烟气温度，℃；
θ4—余热锅炉的出口温度，℃； te—环境温度，℃。
2.3.2窄点温差和接近点温差
图2.5表明了余热锅炉各个受热面的换热量和每一点上汽水和烟气的温度。在不带补燃循环中，烟气温度与蒸汽或水的温度最接近的点，是烟气从蒸发器离开的地方。图中δp是窄点温差，即烟气的温度与进入蒸发器的饱和水的温度的差值，通常是整个余热锅炉中烟气侧与工质侧温度差的最小点。窄点温差的合理选择是设计余热锅炉的重要因素之一[9]。如果窄点温差过小，虽然余热锅炉的蒸汽参数会提高，吸热量增加，但是它会造成平均传热温差减小，从而导致受热面积增加，相应的增加成本。
图中的δt是接近点温差，即省煤器出口的水温与相应压力下的饱和水温之间的差值。为了避免余热锅炉的省煤器内发生给水汽化现象，在设计余热锅炉是总是要求省煤器的出口水温略低于其相应压力下的饱和水温。 2.3.3余热锅炉的排烟温度
根据方程(2-3)和(2-4)可以得出余热锅炉的排烟温度，并且有着两个方程可以看出：当主蒸汽参数提高时，余热锅炉的排烟温度也随之升高，其主要原因在于，当主蒸汽参数升高时，余热锅炉的蒸发量减少，锅炉的给水量就随之降低，直接导致省煤器内的吸热量减少，所以余热锅炉的排烟温度就会很高。因此，余热发电系统通常采用双压和闪蒸系统来降低余热锅炉的排烟温度；对于带补燃装置的余热锅炉，其排烟温度也较不带补燃
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装置的余热锅炉的排烟温度低，这点将在以后章节详细论述。 2.3.4汽轮机的热力学计算
汽轮机的进气参数由烧结烟气的温度值来确定，一般来讲，进入汽轮机进口的蒸汽初温应是烧结烟气温度减去余热锅炉中的传热温差（一般为25~50℃）。汽轮机的进气压力比余热锅炉主蒸汽压力低5%~10%，从而可以确定余热锅炉的主蒸汽压力[10]。 （1）汽轮机的相对热效率
汽轮机组的相对热效率是汽轮机的有效焓降与等熵焓降(绝热焓降)之比。
ηi = (h0 – hc) / ( h0 – hnl) (2-8) 式中，h0—汽轮机进气出焓，kJ/kg；
hc—汽轮机实际排气焓，kJ/kg；
hnl—汽轮机理想过程(等熵过程)的终焓，kJ/kg；
（2）汽轮机的内功率Pi[11]
Pi = D0(h0 – hnl) ηi / 3.6 (2-9)
式中，D0—汽轮机的进气量，t/h；
ηi—汽轮机的相对内效率；
（3）汽轮机的轴端功率Pe
Pe = Pi ηm (2-10)
式中，ηm—汽轮机的机械效率； （4）发电机功率[12]
Pel = Pe ηg
(2-11)
式中，ηg—发电机效率； （5）汽轮发电机组的绝对电效率
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