钢铁厂剩余煤气在CCPP上利用的配置优化研究

【摘要】： 大型炼钢厂在生产过程中产生大量的剩余煤气，包括高炉煤气、焦炉煤气及转炉煤气等。传统的作法是向大气放散或用作常规锅炉的燃料，钢铁厂剩余煤气的大量放散不仅造成能源的极大浪费，还对环境带来严重污染；用作常规锅炉燃料又因常规锅炉效率较低而得不到充分利用。随着能源日益紧张，环保要求越来越严格，钢铁厂越来越注重剩余煤气的高效利用。钢铁厂燃用低热值煤气燃气—蒸汽联合循环发电装置(简称CCPP，为英文Combined Cycle Power Plant的缩写)，可回收放散的低热值煤气用于发电、供热，且热电转换效率可达到40％—58％以上，具有显著的高效节能和环保效果，因此也成为了钢铁企业利用剩余煤气的首选。所以对钢铁厂剩余煤气在CCPP上利用的配置优化研究，致力于给出钢铁厂CCPP的最优配置方案，达到最优化利用剩余煤气和保证钢铁厂安全生产的目的是完全有必要，也是有理论指导意义的。 本文从钢铁厂能源消耗和利用现状开始，对燃气—蒸汽联合循环的国内外发展情况和钢铁厂CCPP的特点和节能效益等进行了介绍，提出了论文的研究内容，最后以钢铁厂剩余煤气为对象，进行CCPP配置方案优化的理论研究。本文的主要研究内容包括以下几个方面： 一、通过对钢铁厂剩余煤气随生产工艺随机改变的特点进行分析研究，得到剩余煤气量在时间上的分布规律，确定了符合钢铁厂剩余煤气的生产和消耗规律的数学模型。 二、探讨了钢铁厂同一容量CCPP机组配置方案的几种主要原则，对钢铁厂的几种常用CCPP工艺流程进行了介绍和比较，最后提出了钢铁厂CCPP机组配置方案的确定方法，并给出了评判不同机组配置方案优劣的方法原则。 三、对由于燃料热值变化和气象条件变化等因素造成CCPP机组出力的影响进行了研究，通过对资料的整理和吸收，对各种影响因素的特性曲线进行拟合，推导出了可以粗略估算影响CCPP机组出力的各种修正系数数学模型。 四、从保证钢铁厂生产安全的角度出发，对当CCPP机组因故障和甩负荷时而造成煤气管网的压力波动进行了研究，推导出了计算其压力波动大小的潮流计算数学模型和确定了数学模型的边界条件。 本文的研究目的在于给钢铁厂在保证生产安全的前提下最优化地利用剩余煤气和确定利用剩余煤气的CCPP机组配置方案提供参考和理论指导。 【关键词】：剩余煤气 燃气—蒸汽联合循环 正态分布 出力修正 潮流计算
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TK227.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 研究的背景10-11
• 1.2 国内外研究情况11-15
• 1.2.1 国外燃气轮机的发展12-13
• 1.2.1.1 燃气轮机的发展12
• 1.2.1.2 燃用低热值煤气的燃气轮机发展情况12-13
• 1.2.2 国内在高炉煤燃气轮机方面的情况13-15
• 1.3 CCPP简介及钢铁厂CCPP优点15-20
• 1.3.1 CCPP简介15-17
• 1.3.2 钢铁厂CCPP特点及工艺流程17
• 1.3.3 钢铁厂CCPP的优点17-18
• 1.3.4 CCPP在钢铁厂的应用18-19
• 1.3.5 燃气轮机的发展前景19-20
• 1.4 CCPP节能及经济效益20-21
• 1.4.1 CCPP的节能效果20-21
• 1.4.2 经济效益21
• 1.5 本文的研究内容21-23
• 第二章 钢铁厂剩余煤气产销数学模型的研究23-31
• 2.1 副产煤气现状及利用特点23-25
• 2.2 剩余煤气产销模型的确定25-30
• 2.2.1 剩余煤气量的均值μ及离差值σ的确定25-28
• 2.2.2 剩余煤气的消耗量的计算28-30
• 2.3 小结30-31
• 第三章 燃气轮机机组配置方案的研究31-49
• 3.1 同一容量机组配置方案选择的几种主要原则31-32
• 3.2 钢铁厂几种常用的CCPP工艺流程32-35
• 3.2.1 一轴式发电工艺流程32-34
• 3.2.2 多轴式发电工艺流程34-35
• 3.3 对燃气——蒸汽联合循环整套机组的选定35-43
• 3.3.1 CCPP机组燃气轮机容量的确定35-43
• 3.3.1.1 CCPP机组采用单轴或多轴“一拖一”配置41-42
• 3.3.1.2 CCPP采用两台单轴或“二拖一”配置方案42
• 3.3.1.3 CCPP采用“x拖1”机组配置方案42-43
• 3.4 余热锅炉与蒸汽轮机容量的确定43-46
• 3.5 常规锅炉的选择46-47
• 3.6 CCPP燃气—蒸汽联合循环优化方案的确定47-48
• 3.7 小结48-49
• 第四章 燃气轮机机组出力修正的研究49-61
• 4.1 燃料流量和热值变化时机组主要参数的修正49-55
• 4.1.1 空气压缩机功耗的修正49-52
• 4.1.2 燃气轮机输出功率和供电效率的修正52-53
• 4.1.3 热耗率的修正53
• 4.1.4 计算煤气压缩机耗功修正53-54
• 4.1.5 主蒸汽流量改变时蒸汽轮机出力的修正54-55
• 4.2 大气环境参数改变时对机组主要参数的修正55-60
• 4.2.1 环境温度的影响55-57
• 4.2.2 海拔高度和大气压力改变时燃气轮机出力的修正57-58
• 4.2.3 大气环境绝对湿度改变时燃气轮机出力和热耗率的修正58-60
• 4.3 小结60-61
• 第五章 CCPP应用中供气管道的安全问题61-73
• 5.1 稳态流动数学模型62-64
• 5.2 非稳态流动数学模型64-69
• 5.2.1 非稳态流动数学模型的建立65
• 5.2.2 非稳态流动数学模型的求解65-69
• 5.3 边界条件和管道摩阻λ的确定69-70
• 5.3.1 管道摩阻系数69-70
• 5.3.2 边界条件70
• 5.4 两点说明70-72
• 5.5 小结72-73
• 第六章 结论及有待深化的问题73-75
• 6.1 本文小结73
• 6.2 有待解决和深化的问题73-74
• 6.3 对论文的展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-81
• 附录81

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