山东科技大学学士学位论文 烧结余热发电系统分析
ηa,el = (h0 – hnl) ηel / (h0 – hc′) (2-12)
式中，hc′—汽轮机排气压力下的饱和水焓，kJ/kg； （6）汽耗率和热耗率
汽耗率是指每生产1kW·h所消耗的蒸汽量，用d来表示：
d=1000D0 / Pel (2-13)
热耗率是指1kW·h电能所消耗的热量，以q来表示：
q = d(h0 – hc′)=3600(h0－hc) / (h0 – hnl) (2-14)
2.4烧结余热发电四种热力系统热力学分析
目前烧结余热发电工艺有如下四种系统：烧结余热发电双压系统、烧结余热发电单压系统、烧结余热发电闪蒸系统以及烧结余热发电带补燃系统[5]。下面对烧结余热发电这四种系统进行热力学分析。 2.4.1烧结余热发电双压系统
双压系统是采用双压余热锅炉和单级补汽的汽轮机发电系统，如图2.6所示。该系统按照能量梯级利用的原理，余热锅炉设置两个汽包，在受热面布置上顺着烟气流动同方向依次布置了过热器、高压蒸发器、二级（高压）省煤器、低压蒸发器、一级（低压）省煤器，给水泵将除氧水分别升压到高、低压省煤器，进入两个压力不同的汽水循环在余热锅炉中生产两种不同压力的蒸汽：主蒸汽和低压蒸汽。低压蒸汽作为补汽进入汽轮机中部与主蒸汽一起推动汽轮机做功发电。由于采用这种双压结构，锅炉排烟温度能降到110℃左右。
下面以安阳钢铁集团有限公司360m2烧结机双压系统为例介绍热力系统分析[12]。该系统主蒸汽温度为335℃，主蒸汽压力为2.62 MPa，余热锅炉进口废气温度360℃。
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图2.6 烧结余热发电双压系统
（1）选定高压段汽包压力并查取相应的饱和温度
高压段汽包压力可按余热锅炉主蒸汽压力105%选取为2.751MPa(汽包压力在不大的范围变化时对蒸汽循环部分的热经济性影响相当小)[8]； （2）选取窄点温差及确定蒸发段出口排气温度
取窄点温差12℃，余热锅炉蒸发段出口排气温度为241.09℃，其后便可确定余热锅炉蒸发段出口气温，根据公式(2-2)可以计算出锅炉进气温度到高压段蒸发段出口排气温度时的放热量Qy1 ：
Qy1 = G(i1－i3)
= G ρy cy(θ1－θ3)
=(20+20)×104 ×1.168×1.2×(360－241.09)
=772439636 kJ
式中，G—360m2环冷机的烟气量，Nm3/h；
i1—360m2环冷机烟气进入余热锅炉的焓值，kJ/kg； i3—余热锅炉蒸发段出口焓值；
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cy—烟气温度为360℃的平均比热容，1.4 kJ/kg·℃； ρy—烟气的平均密度，1.168 kg/m3； θ1—360m2环冷机的平均烟气温度，360℃； θ3—余热锅炉的蒸发段排气温度，241.09℃。
（3）选取接近点温差及二级省煤器出口给水温度
取接近点温差10℃，按省煤器的出口水温略低于其相应压力下的饱和水温，取省煤器出口给水温度为219.09℃。 （4）余热锅炉高压段的蒸汽量
双压余热锅炉的高压段蒸汽量D1，可根据公式(2-3)计算：
D1 = Qy / (h1－h3w)
= 772439636 / (3090.92 – 1016.83) = 36 t/h
式中，h1—过热蒸汽的出口焓值，3090.92 kJ/kg；
h3w—省煤器的出口焓值，1016.83 kJ/kg。
（5）余热锅炉低压段的蒸汽量
对于余热锅炉低压段，取低压段压力为0.49MPa，温度为235℃，其汽包压力可按余热锅炉低压段蒸汽压力的105%选取，经计算可得0.5145MPa，可确定余热锅炉低压蒸发段的排气温度为164.92℃，计算方法同双压余热锅炉高压段的放热量的计算。根据公式(2-3)便可计算出由余热锅炉低压段的放热量Qy2：
Qy2 = Gcy′ ρy(θ1′－θ3′)
=(20+20)×104×1.168×1.4×(241.09－164.92) = 49480032 kJ/h
式中，cy′—烟气的平均比热容，1.4 kJ/kg·℃；
ρy′—烟气的平均密度，1.168 kg/m3；
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θ1′—余热锅炉低压蒸发段的排气温度，241.09℃； θ3′—余热锅炉低压蒸发段的排气温度，164.92℃。
经计算可得一级省煤器出口给水(进汽包的给水)水温度为142.92℃，计算方法同高压段。根据公式(2-3)可计算出双压系统的低压段的产气量D2：
D2 = Qy2 / (h1′– h3w′)
= 49480032 / (2930 – 601.74)
= 21.25 t/h
（6）双压系统的总蒸汽量的计算
D = D1+D2 = 36+21.25 = 57.25 t/h （7）余热锅炉效率
双压烧结余热工艺的余热锅炉的排气温度比较低，本研究取为95℃，因此根据公式(2-6)便可计算出双压余热锅炉的效率为：
ηh = (θ1 – θ4) / (θ1 – te) = (360 – 95) /（360 – 15) = 77%
式中，θ1—烧结余热的烟气温度，℃；
θ4—余热锅炉的出口温度，℃； te—环境温度，15℃。
（8）汽轮机的内功率Pi为
Pi = D0(h0 – hnl) ηi / 3.6
= 53×(3305.04 – 2104.1)×83% / 3.6 = 11996 kW
式中，D0—汽轮机的进气量，t/h；
ηi—汽轮机的相对内效率，取0.83； h0—汽轮机的进气焓值，3305.04kJ/kg；
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hnl—汽轮机的理想过程（等熵过程）的终焓，2104.1kJ/kg。
（9）汽轮机的轴端功率Pe为：
Pe = Pi ηm = 11816 kW
式中，ηm—汽轮机的机械效率，取0.985。 （10）汽轮机的发电机效率ηel 为：
ηel = ηiηmηg =79%
式中，ηm—汽轮机的机械效率，取值0.985；
ηg—发电机效率，取值0.96。
（11）发电机功率Pel：
Pel = Pe ηg = 11816×0.966=11414.3 kW 式中，ηg—发电机效率，取值0.966。 （12）热耗率和汽耗率：
汽耗率是指每生产1kw·h所消耗的蒸汽量，用d来表示：
d=1000D0 / Pel =6.65 kg/kW·h
热耗率是指1kW·h电能所消耗的热量，以q来表示：
ηa,el= (h0 – hnl)ηel / (h0 – hc′)
=981.54×0.83/ (3085.65 – 158.83) =0.26 q = d(h0 – hc′)
=3600(h0 – hc′) / (h0 –hc′) ηa,el =3600 / 0.26 =13595.5 kJ/kW·h
2.4.2烧结余热发电单压系统
单压系统是采用单压余热锅炉和单级进汽汽轮机的发电系统，如图2.7
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