干熄焦余热发电系统的图像分析
弓学敏'”，王晨'，帅'，冯娇龙”杨九林
（1.华北电力大学，河北保定071003；2.保定华电电力设计研究院有限公司，河北保定071003；3.天津市热电有限公司，天津30000；4.机械工业第一设计研究院，安徽230601）
摘要：文中以迁安中化煤化工有限责任公司干熄焦余热发电系统为研究对象，通过热平衡和烟平衡计算，分析得出干熄炉与余热锅炉的内部换热过程及汽轮机内部做功过程是三大烟损失环节，分别占总烟损的13.64%、21.90%和18.74%.为福示这三大主要设备内部的能量 利用过程，在能量平衡计算的基础上，利用EUD图像烟法进行损分析.其中干熄炉内部冷却段和环形烟莲段两部分烯损相当：余热锅炉内部蒸发器段烟损最大；汽轮机内部末端烟损最大.最后根据EUD图像烯法的分析结果，针对这三个主要设备提出了一些优化措施，以提高迁安中化干熄焦余热发电系统的吨熊净发电量.
关键词：干熄焦：余热利用；热平衡：烟平衡：EUD图像佣法
中图分类号：TK115文献标志码：A文章编号：1009-3230（2015）05-0030-06
TheEnergyUtilizationDiagramofCDQWasteHeatPower GeneratingSystem
GONG Xue - min' WANG Chen' DONG Shuai' FENG Jiao long YANG Jiu -lin*(1. North China Electric Power University Baoding 071003 Hebei Province China; 2. Baoding Huadian Electric Power Design Institute Co Ltd Baoding 071003 Hebei Province China; 3. Tianjin Thermal Power Co Ltd Tianjin 30000o China;4. The First Design Institute of Machinery Industry Anhui 230601 China)
Abstract;This thesis takes the CDQwate heat power generating system of Qian an coal chemicalindustry limited liability pany as the research object . Through thermal balance and energy balance calculation the results show that the three parts which are the intemal heat transfer process of dryquenching fumace and waste heat boiler and the intemal work process of steam turbine have serious exengyloss respectively of the total energy loss of 13. 64% 21.90% and 18. 74%. Energy Utilization Diagrarm is based on energy balance calculation. The thesis utilizes the energy method to reveal the intemal energyutilization prces f the thee majr equipnt The results ae sh as folloInside the chaber fqualIide thcher fthewstehboilhe ls f theapar setio ad the dry quenching fumace the energy loss in the cooling section and anular flue section are almostof Steam turbine are both the biggest Finally aocoding to the results of the Energy Utilization Diagram aoo suo aaadu o udnbo uu aaunp oq noqe sunsu ogezudo ao pumy snd ssa s
Key words: CDQ waste heat utilization; Theal balance; Energy balance; Energy Uilization Diagram
气体熄灭赤热焦炭的一种熄焦方法[1-].干熄炭质量、减轻熄焦操作对环境污染等多项优点而
0引言
被国内外炼焦行业推广使用-.因此，如何高效利用干熄焦技术，是钢铁联合企业面临的重要课题.
目前，清华大学、北京科技大学、东北大学、上海理工大学等对干熄焦技术进行了研究.在干熄炉内焦炭与循环气体间的传热和流动、干熄炉内布料和供风对焦炭粒度分布和换热、干熄焦余热锅炉内的传热特性以及干熄焦系统的主要设备结构等方面进行了实验研究和数值模拟.为干熄焦系统的稳定运行和余热高效回收利用提供了技术支持（-.但对于系统部件的内部过程研究还
如图1所示，干熄焦余热发电系统分为余热回收系统和余热利用系统两部分.余热回收系统主要是在干熄炉与余热锅炉内进行，通过情性循环气体回收红焦显热，并将余热锅炉中的水加热成具有一定参数的过热蒸汽，实现热量的传递；余热利用系统主要是在汽轮机和发电机内进行，将余热锅炉产生的过热蒸汽送人汽轮机，将热能转换为机械能，并通过发电机产生电能，实现热量的转换[13-15]
较少.
图1干您集系统的热力额环流程图
2.1计算参数
文中以迁安中化煤化工干熄焦余热发电系统为研究对象，在热平衡和拥平衡计算的基础上，利用EUD图像法分析热力系统主要设备的内部损情况，为干熄焦余热发电系统部件的优化运行提供理论参考.
1干熄焦余热发电系统
迁安中化煤化工有限责任公司拥有3套15MW干熄焦余热发电系统，具体流程如图1所示.
2干熄焦余热发电系统的热力分析
迁安中化干熄焦余热发电系统的主要热工参数见表1.计算过程中，其他参数的取值为：干熄炉散热损失为2%，焦炭烧损率为1.5%，余热锅炉排污率为2%，余热锅炉保热系数为0.98，给水压力为汽包压力的1.2倍，主蒸汽管道温降为15℃，主蒸汽管道压降为5%.
表1 迁安中化干地焦余热发电系统主要热工参数
名称 设计工院 名称 设计工况排焦量/1-h-1 循环气体流量140 /Nem? - h-1 199 000空气导人量/Nm²b- 红集强度/℃ 1050 给水量/1b-1 排能温度/C干熄护进口气体湿度/ 17600 130 连排量/1.b- 84.9 1.7干熄护出口气体湿度/℃ 汽包压力/MP 5.88余热钢护进口气体湿度/C 970 主蒸汽流量/1-h83.2余热钢护出口气体湿度/℃ 170 主蒸汽压力/MP 5.3前置省煤器选口气体湿度/ 前置省媒器出口气体湿度/ 180 130 主蒸汽湿度/C 发电功率/MW 450 15
2.2热平衡和平衡计算
根据表1中的主要热工参数，对迁安中化干熄焦余热发电系统分别进行热平衡和烟平衡计算，两种方法计算结果见表2.
表2热平街与拥平衡主要计算结果对比
名称 热平衡法烟平衡法热平衡法姆平衡法 数慎/(GJ/h) 相对百分比/%焦炭带人干炮炉的总热量 356.14焦炭带人干虑炉 197.88 -循环气体带人余热 的总娜值锅炉总热量 257.3 72.25%循环气体带人余热 77.08%锅炉总值 152.53 -干熄炉散热 7.59 3.73 2.13% 1.88% 13.64%干您炉内部换热 排集 66.13 - 5.55 27 18.57% - 2.80%锅炉散热 7.13 3.05 2.00% 1.54%铜护内部换热 43.34 - 21.90%主蒸汽管道 2.66 37.08 2.11 %20 1.07% 18.74%凝汽器及管道 汽轮机内部 208.22 14.45 58.47% 7.30%汽轮机输出功 55.78 55.78 15.66% 28.19%
对比数据结果，通过分析可知：
（1）红热焦炭带人干熄炉的总热量值与总值相差158.26GJ/h，循环气体带入余热锅炉的总热量与总烟值相差104.77GJ/h.这主要是由热
源的品位决定的，通常温度越低，热源的拥值越小.
（2）热平衡法中损失较大的为排焦热损失和冷凝器及管道热损失，分别占焦炭带人干熄炉总热量的18.57%和58.47%，面烟平衡法中排焦烟损失和冷凝器及管道损失，分别占焦炭带入干熄炉总烟值的2.80%和7.30%.这是由于在排焦、冷凝器及管道的运行环节中，能量损失的数量虽然很大，但此时的能量温度低，品位低，做功能力也差，故其拥损所占的比例并不高.
（3）迁安中化干熄焦余热发电系统烟损较大的环节的为干熄炉与余热锅炉的内部换热过程及汽轮机内部做功过程.这三个环节的烟损分别占焦炭带人干熄炉总烟值的13.64%、21.90%和18.74%，并且远高于干熄焦余热发电系统中的其它环节.
因此，要提高迁安中化干熄焦余热发电系统的能量利用水平，应研究干熄炉和余热锅炉的内部换热过程以及汽轮机内部做功过程中烟损变化情况.
3EUD图像烟分析
通过烟平衡计算可知，干熄炉、余热锅炉和汽轮机三大设备的娜损占系统运行时总烟损的54%以上，故分析这三大设备内部的烟损变化情况是干熄焦余热发电系统优化运行的关键，采用EUD图像分析法可以清晰的看出设备内部的佣损变化情况.
EUD图像烟分析法全称是“Enery UilizationDiagram”，这个方法是基于能的品味概念，将系统的能量变化、能的品位变化以及能量传递过程中的烟损有机结合，并共用一个图像描述这三者的内在联系.EUD图像法将热力学第一定律和第二定律有机结合，不再用孤立的方式表达娜损，而是以更直观、形象的方式揭示能量在传递过程
中发生可用能损失的根本原因，并且还可以通过图像信息进一步明确指出系统改进和集成的方向.EUD法中能量品位的公式如下：
(1)
式中：△E为能量传递过程的烟变化：△H为能量传递过程的焙变化.对于一个能量传递过程，总是存在能量释放侧和能量接收侧，并且都具有各自的品位，即能量释放侧品位A=E/AH和能量接收侧品位A=E_/△H.若以△Hea为横坐标，Aed和Aea为纵坐标作图，则Aed和Aea两条曲线之间的面积即为过程的拥损失[18-17）.
图2干熄炉内部换热过程的EUD图
热烟损27GJ/h相接近.其中冷却段面积4.12MW（约为14.83GJ/h），环形烟道面积3.28MW（约为11.81GJ/h），干熄炉内部两部分的换热烟损相当.
在干熄炉内冷却段，焦炭与循环气体间主要是以对流换热的形式传递能量，随着换热的进行，循环气体里CO的浓度逐渐升高，再加上焦炭热解析出挥发分中的H、CH、CO，使循环气体里的易燃易爆气体含量越来越高.为了降低可燃组分的浓度，向循环气体通人工业氮气，或者有计划地吸人空气到高温区.干熄焦系统实际运行时，通人空气的位置主要在干熄炉内的环形烟道，烧掉大量的焦粉和可燃气体.本文忽略干熄炉冷却段的焦炭烧损，而将焦炭烧损等效为环形烟道内焦粉和可燃气体的燃烧.
在实际运行中，这两部分损产生的主要原因及降低烟损的具体方法有：
（1）在冷却段换热过程中，拥损主要是由焦炭与循环气体的换热强度决定的，通过改变冷却段内的循环风量、布料和布风、焦炭下降速度以及循环气体的流速等来改善冷却段的换热效果，以降低换热炜损；其次，降低焦炭与循环气体的局部换热温差，释放侧能级与吸收侧能级的差距将减小，释放侧曲线和吸收侧曲线之间的面积将减小，进而换热烟损减小；
故干熄炉内部换热过程分为两部分：冷却段焦炭与循环气体的对流换热过程和环形烟道段焦粉和可燃气体燃烧并与循环气体换热的过程.图2即为干熄炉内部换热过程的EUD图.
（2）在环形烟道段燃烧和换热过程中，释放侧为焦粉和可燃气体.通常燃料的化学能、品味都较高，故焦粉和可燃气体燃烧时的化学能品味A接近于1，这也是导致环形烟道段换热损较大的原因.因此，降低干熄炉内焦炭的烧损率可以大大降低因焦炭烧损面造成的换热烟损.
从图2中可以看出，干熄炉内能量释放侧（焦炭侧）的能量品味总是高于能量吸收侧（循环气体侧）的能量品味，两条曲线间的面积即为该换热过程中的烟损失.整个干熄炉换热过程释放侧A曲线和吸收侧A曲线之间的面积为7.4MW（约为26.64GJ/h），与表2中的干熄炉换
图3为余热锅炉内部换热过程的EUD图.余热锅炉内部换热过程可分成三段：省煤器段、蒸
余热发电系统的经济效益更为显著.
如图4所示，对于汽轮机内部做功过程，能量释放侧为过热蒸汽.面接收侧为输出功，其能级恒为1，因此在整个做功过程中，能量接收侧的能级曲线近似为一条水平直线.随着做功的进行，能量释放侧的能级逐渐升高，汽轮机内部的烟损逐渐增大，增大的速度先快后慢，汽轮机的末端烟损最大.
图3余热锅炉内部换热过程的EUD图
发器段和过热器段，整个余热锅炉换热过程释放侧A曲线与接收侧A曲线之间的面积为12.15MW（约为43.75GJ/h），与表2中的余热锅炉换热烟损43.34GJ/h相接近.其中省煤器段面积1.83MW（约为6.59GJ/h），蒸发器段面积7.41MW（约为26.68GJ/h），过热器段面积2.91MW（约为10.48GJ/h）.
图4汽轮机内部做功过程的EUD图
余热锅炉内部换热炜损最大的环节在蒸发器段，占锅炉换热烟损的60.98%.具体原因为：
导致汽轮机内部做功过程烟损较严重的原因有：干熄焦余热发电系统采用纯凝工况运行方式，一部分蒸汽通过减温减压器送人低温蒸汽管网，增加了汽轮机冷源损失，导致汽轮机内部烟损逐渐增大.
蒸发器段接收侧的能级基本保持不变，但饱和水变成饱和蒸汽需要吸收大量的汽化潜热，造成蒸发器段汽水给变很大，导致图中蒸发器段的宽度变长，故造成蒸发器段佣损较大.
在实际运行中，减小汽轮机内部做功烟损的具体方法为提高汽轮机的输出功.可投用抽气系统给低温管网供气，停用减温减压器改为备用，进面降低汽轮机内部末端拥损.
在实际运行中，减小余热锅炉内部换热损的具体方法有：
（1）当释放侧（循环气体）的能量品味一定时，如果提高汽包压力，蒸发器段的面积减小，进面降低钢炉内部换热娜损：
4结束语
文中以迁安中化煤化工有限责任公司干熄焦余热发电系统为研究对象，通过热平衡、烟平衡计算和EUD图像爆分析，得到以下结论：
（2）提高锅炉蒸汽参数，可使吸收侧（汽水）能级升高，进而降低锅炉内部换热损，然面，提高蒸汽参数对锅炉设备的要求也更严格，使成本增加，因此，需要选取合适的主汽参数，使干熄無
（1）干熄焦余热发电系统热量损失最大的环节是凝汽器中的冷凝过程和干熄炉排焦过程，但
