Comparison and Optimization of Mid-low Temperature Cogeneration Systems for Flue Gas in Iron and Steel Plants

Three generation systems, namely, steam Rankine cycle (SRC), organic Rankine cycle (ORC), and steam-organic combined Rankine cycle (S-ORC), were simulated using the Engineering Equation Solver (EES) to efficiently utilize flue gas emissions from 200 to 450 °C in iron and steel plants. Based on the simulation results for thermal efficiency, exergy efficiency, and power generation, the performances of the three power generation systems were compared and analyzed. To further utilize waste heat from the turbine exhaust steam of the ORC system, cascade ORC (CORC) was designed for heat sources above 300 °C. Based on a comprehensive performance comparison, the application of the ORC using R141 b is preferable for 200 to 300 °C flue gas. For 300 to 450 °C flue gas, CORC is an alternative technology to improve the efficiency and quality of waste heat utilization. For flue gas above 450 °C, S-ORC can achieve higher efficiency and power generation than conventional SRC, with a relatively small negative pressure and high dryness of the turbine outlet steam. Hence, S-ORC can be considered as a substitute for SRC.     

面向船舶多种余热梯级利用的TEG-ORC联合循环性能

传统的温差发电（TEG）和有机朗肯循环（ORC）等技术难以兼顾船舶多种性质余热的不同特点,且利用率较低。本文提出了一种TEG-ORC联合循环船舶余热梯级利用系统,研究了ORC底循环蒸发压力变化对系统输出功率、热效率、多级余热利用量和成本等重要性能的影响。结果表明,TEG-ORC联合循环实现了发电成本和热效率的优化,在TEG/ORC底循环比为0.615的工况下,主机烟气余热利用率随ORC蒸发压力的增加在小区间波动,系统的余热利用功率、输出功率和热效率均随ORC蒸发压力的增加而增大,系统单位发电成本随ORC蒸发压力的增加而降低。在ORC蒸发压力达到0.9 MPa时,主机烟气余热利用率为62.15%,余热利用功率为1919.68 W,输出功率为139.22 W,热效率为7.25%,单位发电成本为3.09 ￥·(kW·h)–1。      

烧结-冷却-余热回收系统热力学分析

采用热力学分析法剖析了烧结余热产生、转换与利用过程,绘制了烧结-冷却-余热回收系统的物流图和流图,建立了有关能量输出、转换与利用的评价指标,借此研究了国内某360m2烧结机的余热利用状况。结果表明:输出效率、转换效率、利用效率等指标可用来评价烧结余热回收等能量利用状况;烧结机、冷却机、余热锅炉、汽轮机发电4个环节的利用效率分别为0.30、0.52、0.71、0.39;目前烧结余热回收存在的主要问题是烧结烟气和冷却三段冷却废气所携带的显热尚未被利用;将烧结烟气和冷却三段废气余热用于点火煤气预热或锅炉给水预热,可使得烧结机和环冷机利用效率分别提高0.19和0.18。     

高炉渣余热驱动空气布雷顿循环热力学分析

在高炉渣干式粒化余热回收装置的基础上,提出了高炉渣余热驱动的空气布雷顿循环装置,建立了该循环的有限时间热力学模型,对该装置的余热回收性能进行了研究。通过数值计算,分析了压气机压比、压气机进口相对压降（工质质量流率）和余热回收温度对循环功率、热回收效率和循环热效率的影响。结果表明：通过调整压气机进口相对压降和压气机压比,能使热回收效率和循环功率取得最大值;余热回收温度越高,循环功率、热回收效率和循环热效率也越高,同时,压气机进口相对压降的适用范围也越大。并以循环功率最大为目标,优化了压气机压比和压气机进口相对压降,得到了最大循环功率为51.46kW,最大热回收效率为11.98%,对应的循环热效率为20.71%。     

基于(火用)效率目标的环冷机余热回收系统操作参数优化

摘要：针对烧结环冷机余热回收利用率不高的难题，采用分析法建立了评价某钢铁厂烧结环冷机余热回收系统运行效率的效率模型。基于多孔介质模型、局部非热平衡方程、真实气体SRK方程建立环冷机内气固两相换热模型。通过CFD仿真模拟，探究料层高度、循环风机输入烟气温度、烧结矿底部入口风速三项可控环冷机运行工艺参数对系统效率的影响规律。结果表明，料层厚度在1～1.5 m区间每增加0.1 m，效率增加0.8%～1.1%；循环风温在100～140℃之间每增加10℃，效率增加1.4%～1.5%；烧结矿底部入口风速在0.9～1.9 m/s之间每增加0.1 m/s，效率降低0.18%～0.24%。在此基础上，基于工业运行数据建立效率正交试验优化模型，提高了该余热回收系统3.42%的效率。     

氧化铝回转窑余热资源的回收利用

介绍了通过采用现代有机朗肯循环发电技术,使得回收的低品位余热资源转化为高品位电能,以期达到更加合理利用产品和废气的物理显热的目的.在该过程中运用(火用)分析方法进行评价,分析表明采取对不同品位余热进行梯级回收的措施,可以有效地改善传统余热回收(火用)效低的缺陷.     

联合循环余热锅炉热力参数优化运行研究

针对某钢铁联合企业低热值煤气燃气一蒸汽联合循环余热锅炉在实际运行中蒸汽参数达不到设计要求和余热利用率低等问题,对其汽水参数和进出口烟气参数进行了热工测试,并分析了燃气轮机排气温度、流量、背压、锅炉给水压力、节点温差、接近点温差、热端温差等因素对汽水参数、排烟温度及排烟阻力的影响。结果表明,影响联合循环余热锅炉热力性能的主要因素有燃机排气参数和余热锅炉综合传热系数。建议根据实时监测的燃气轮机排气温度和流量,选取与之匹配的给水压力、热端温差、节点温差和接近点温差;制定合理的烟气侧吹扫和清洗制度,执行严格的给水标准,保证换热面高效换热。     

Feasibility study for recovering waste heat in reduction system of Kroll process: Energy analysis and economic valuation

The feasibility of developing a waste heat recovery system from waste hot air generated by the reduction system in Kroll process to pre-heat water is studied in this paper, in order to reduce energy loss. In the proposed system, the hot air from reduction reactor was first collected by pipelines with insulating material, and then supplies to a shell-and-tube heat exchanger to heat up water. And the energy, exergy analysis of the whole waste heat recovery system have been carried out firstly on the basis of material, energy and exergy balance. Then, the thermo-economic analysis and economic analysis of the waste heat recovery system are also discussed. The results show that the waste heat recovery system presented in this paper could be applied not only for restricted category of reduction system in Kroll process, although the energy efficiency and exergy efficiency of the waste heat recovery system are as low as 26.84% and 11.09%, respectively. And more than two times equivalent energy could be obtained from the waste heat recovery system. The payback period of a waste heat recovery system is about 4.39 years.     

转炉煤气驱动开式燃气轮机CCHP装置FTT建模与优化

炼钢转炉余能余热主要包括转炉烟气的显热和转炉煤气的潜热以及转炉渣的显热,合理回收利用转炉余能余热是实现转炉负能炼钢的关键。建立了转炉煤气驱动的开式燃气轮机热电冷联产(CCHP)装置有限时间热力学(FTT)模型。以装置总可用能率和第一定律效率为目标,在无煤气质量流率和装置尺寸约束下,优化了压气机进口相对压降和压比,得到了最大总可用能率和相应的煤气质量流率;在煤气质量流率和装置尺寸约束下,优化了压气机进口相对压降,得到了最优效率,同时联产装置各部件的面积分配也得到了优化。分析了煤气显热利用、放散率、循环总温比、发生器工质温度和供热温度等参数对装置最优性能的影响。     

烧结冷却机换热过程数值模拟与废气温度调控

基于FLUENT模拟软件,采用多孔介质模型对烧结矿冷却过程进行数值模拟,获得了烧结矿当量直径、床层空隙率等特性参数和料层厚度、给料温度、冷却介质流速、冷却介质温度等冷却工艺参数对废气温度的影响规律,分析了冷却工艺参数变化对余热锅炉入口废气温度和实际余热回收量的影响。结果表明:热源参数测试是烧结余热回收发电系统精确设计的前提,烧结主生产工艺稳定是烧结余热回收发电系统稳定、高效运行的基础,余热锅炉排烟废气循坏是调控余热锅炉入口废气温度和提高余热回收效率的重要技术手段。     

烧结余能利用的火用分析

根据某公司烧结机的现场调研测试数据,通过火用计算数学模型对烧结工序各个系统进行火用分析,得出:整个烧结工序不完全燃烧及化学反应等热力过程造成的火用损最大,占43.3%;回收的部分环冷机热废气火用量占6.8%,未回收的烧结排烟废气火用量占19.6%,其中化学火用占17.8%,远大于显热热量火用量;整个烧结系统火用效率较低,为26.23%,其中烧结机部分不可逆损失最大,火用效率只有34.37%。通过这些分析,为下一步烧结节能技术改造提出了建议。     

独立焦化干熄炉效率分析与改良措施

立足于独立焦化厂的干熄焦余热发电系统,为提高余热回收质量,采用热平衡分析法与火用平衡分析法对干熄炉系统的余热回收效率进行了计算与分析。干熄炉系统实际工况下的热效率与火用效率分别为79.59%和84.81%,低于设计工况的81.75%和89.06%。实际工况下干熄炉内部换热火用损失为9.88%,高于设计工况下的5.46%。分析表明焦炭烧损率是影响干熄炉系统火用效率的主要因素,干熄炉内部换热火用损失降低了干熄炉余热回收效率。优化循环气体的成分、含量和流速是提高干熄炉系统能量回收效率的主要措施。     

干熄焦余热回收与转化系统的效率分析

 根据某钢厂的干熄焦余热回收与利用系统的工艺流程，绘制了能流图和流图。采用热平衡和平衡对干熄焦系统的余热转化效率状况进行研究。结果表明，干熄炉、余热锅炉的热效率分别为82.39%、67.35%，效率分别为82.13%、65.77%，整个系统的热效率和效率分别为74.33%、55.32%。通过分析发现，影响余热回收和利用的主要因素为干熄炉和余热锅炉的内部换热损失，对此提出了一些优化措施，以提高干熄焦系统的能量利用效率。     

余热回收换热器热()经济设计方法探讨

以热力学第一、第二定律为基础，对目前常用的几种余热回收换热器热（）经济设计方法进行了探讨，并将优化的结果进行了比较，同时给出了热价、价和电价三者之间的关系。本文的有关结论可为工程上余热回收换热器的最佳经济设计提供参考。     

蓄热式热交换器热工特性的热力学分析

用热力学分析的方法研究了蓄热式热交换器的热工特性,提出的可用能效率综合了传热和流动两方面的因素。研究表明可用能效率比温度效率和热效率能更真实反映蓄热式热交换器热工行为,并可用于指导蓄热式热交换器的优化设计。     

迁钢燃气蒸汽联合循环冷热电联产应用探讨

结合首钢迁钢公司能源利用实际要求,配套建设了一台150 MW纯燃高炉煤气的燃气蒸汽联合循环发电机组,在利用副产高炉煤气进行联合循环发电的同时,利用余热锅炉次高压一级过热器引出一路次高压蒸汽外供公司管网,余热锅炉产生的次高压、低压蒸汽经过汽轮机做功拖动发电机发电,产生的乏汽经凝汽器换热部分通过分体式水源热泵空调机为控制楼进行制冷(制热),形成了一套冷热电联产的总能系统,在钢铁厂能源综合梯级利用方面进行了新的尝试.     

烧结工艺余热回收利用技术研究

烧结工艺生产过程生成大量的中低温余热资源。它们部分是烧结主抽废气,其风箱尾部平均温度可达到400℃;另一部分是环冷机或带冷机废气,其Ⅰ段、Ⅱ段平均温度可达到350℃和300℃。本文针对这部分余热资源的回收技术进行探讨,提出了回收利用这部分中低温余热资源的基本技术和工艺方案。     

氧化铝双流法溶出中多级自蒸发器的分析及节能研究

本文建立了氧化铝生产双流法溶出过程多级自蒸发器组的（火用）分析模型。分析表明：级间传热温差越小,（火用）效率越高,初级入口物料流量越大,总乏汽（火用）越大,但是（火用）效率变化不明显。受设备自身能力的限制,当入口物料流量增大到一定程度后,总乏汽（火用）不再变化。通过对级间温度进行合理分配并对蒸发器级数进行合理选择,可有效提高乏汽（火用）的利用率,减少汽耗,实现溶出过程的节能降耗。     

Advanced Materials for Land Based Gas Turbines

The gas turbine (Brayton) cycle is a steady flow cycle, wherein the fuel is burnt in the working fluid and the peak temperature directly depends upon the material capabilities of the parts in contact with the hot fluid. In the gas turbine, the combustion and turbine parts are continuously in contact with hot fluid. The higher the firing temperature, higher is the turbine efficiency and output. Therefore, increasing turbine inlet temperature (firing temperature) has been most significant thrust for gas turbines over the past few decades and is continuing in pursuing higher power rating without much increase in the weight or size of the turbine. Firing temperature capability has increased from 800 °C in the first generation gas turbines to 1,600 °C in the latest models of gas turbines. Higher firing temperatures can only be achieved by employing the improved materials for components such as combustor, nozzles, buckets (rotating blades), turbine wheels and spacers. These critical components encounter different operating conditions with reference to temperature, transient loads and environment. The temperature of the hot gas path components (combustor, nozzles and buckets,) of a gas turbine is beyond the capabilities of the materials used in steam turbines thus requiring the use of much superior materials like superalloys, which can withstand severe corrosive/oxidizing environments, high temperatures and stresses. However, for thick section components such as turbine wheels, which require good fracture toughness, low crack growth rate and low coefficient of thermal expansion, alloy steels are extensively used. But the wheels of latest models of gas turbines, operating at very high firing temperatures (around 1,300–1,600 °C), are made of superalloy, which offers a significant improvement in stress rupture, tensile and yield strength and fracture toughness required for the application.     

钢铁工业自备电厂余热资源的回收利用

对钢铁企业自备电厂的烟气余热资源及主要利用方式进行了对比分析。在此基础上针对选取的某典型案例,提出在锅炉尾部加装低温省煤器回收烟气余热加热凝结水设计改造方案,一方面回收了锅炉的排烟余热,另一方面提高了汽轮机抽汽效率,同时结合工程约束条件展开热经济性分析计算,对钢厂燃用煤气锅炉尾部烟气的余热回收利用进行了深入探讨。研究结果表明,经改造后排烟温度降低近50℃,每年增加发电量约106.7万kW·h,折合节约购电资金100多万元,直接经济效益显著,对钢铁企业的余热利用系统的优化设计和工程应用具有一定的参考价值。