烟气余热利用毕业设计

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目 录

第一章 绪 论 ........................................................ 1

1.1焦炉煤气的资源及利用现状 .......................................... 1

1.1.1我国焦炉煤气的利用现状 ....................................... 1 1.1.2 国内外焦炉煤气的利用方式 .................................... 2 1.2我国的能源形势与政策 .............................................. 2 1.3本文的主要研究内容 ................................................ 5

第二章 焦炉煤气的基本工艺和净化 ................................... 6

2.1 焦炉煤气的特点 .................................................... 6 2.2 焦炉煤气的工艺流程 ................................................ 6 2.3.焦炉煤气的净化 .................................................... 7

2.3.1焦炉煤气的初冷和焦油氨水的分离 ............................... 7 2.3.2煤气中焦油雾的清除 ........................................... 8 2.3.3煤气中硫的清除 ............................................... 8

第三章 发电系统设计及设备选型 .................................... 10

3.1 公司情况介绍 ..................................................... 10 3.2 方案选择 ......................................................... 10 3.3 设计及选型 ....................................................... 12

3.3.1发电机组的选型 .............................................. 12 3.3.2主要技术参数 ................................................ 13 3.3.3燃气发电机组主要性能特点 .................................... 14 3.4燃气内燃机尾气余热的利用 ......................................... 15

第四章 余热锅炉设计 ............................................... 17

4.1 烟气参数的计算 ................................................... 17 4.2 余热锅炉换热系数的计算 ........................................... 18

4.2.1 管外对流换热系数的计算 ..................................... 19 4.2.2管内对流换热系数 ............................................ 20 4.2.3总换热系数的计算 ............................................ 23 4.3阻力计算 ......................................................... 26 4.3余热锅炉外形设计与外部附件选型 ................................... 26

第五章 节能及技术经济评价 .......................................... 27

5.1 投资估算 ........................................................ 27 5.2 技术经济评估 .................................................... 28

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5.2.1 技术经济评价 .............................................. 28 5.2.2 评价结论 .................................................. 29 5.3 节能评估 ........................................................ 29

5.3.1 煤气消耗量的计算 .......................................... 29 5.3.2 发电量计算 ............................................... 29 5.3.3 余热锅炉产生的蒸汽量计算 .................................. 29 5.3.4 节能计算 .................................................. 30

第六章 全文总结 .................................................... 31

6.1论文的结论 ....................................................... 31 6.2进一步展望 ....................................................... 31

参 考 文 献 ........................................................... 33 致 谢 .................................................................. 34

附录一：外文翻译及原文 附录二：CAD图纸

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第一章 绪 论

1.1焦炉煤气的资源及利用现状

1.1.1我国焦炉煤气的利用现状

我国生产焦炭的企业类型主要有：钢铁企业附属的焦化厂、城市煤气厂、以生产焦炭为主的独立焦化厂和土焦企业。

钢铁企业附属焦化厂中的焦炉煤气利用率比较高[1],但是利用焦炉煤气生产的产品比较单一，用于发电或深加工的比例较小，存在 \高质低用\的现象。因此，钢铁企业附属焦化厂富余的焦炉煤气可看作是潜在的可被利用资源。

随着“ 西气东输”项目和沿海LNG(液化天然气的简称)气站的建设，部分供应城市煤气的焦化厂，如北京焦化厂、天津煤气厂、山西神州焦化、上海焦化厂、青岛煤气厂等，将面临天然气取代焦炉煤气作为城市燃气的状况。例如，北京焦化厂目前已经被关停。未来这些焦化企业过剩的焦炉煤气迫切希望找到经济、高效的利用途径。因此，城市煤气厂的富余焦炉煤气也可认为是潜在的可利用资源。

独立焦化厂的焦炉煤气资源中，只有极少部分的焦炉煤气通过发电、合成氨等方式利用，其余则被直接燃烧后排空。因此，独立焦化厂的这部分焦炉煤气可认为是待利用的资源。

土法炼焦是国家明令禁止的，土焦企业技术、设备非常落后，因此不能对焦炉煤气加以利用， 只能直接燃烧后排空。在国家有关部门的严格执法下，不久的将来，我国的土焦炉将全部被关闭。这部分市场份额将主要由独立焦化厂代替，同样面临着焦炉煤气的利用问题。因此，土焦企业的这部分焦炉煤气可认为是潜在的可利用资源。

综上所述，2005年我国焦炉煤气资源估算如表1-1所示。

表1-1 2005年我国焦炉煤气资源估计 焦化企业类型 焦炭产量（万吨） 钢铁企业焦化厂 机焦 城市煤气厂 独立焦化厂 土焦 合计 8043 15042 1215 24300 总量 342 640 52 1034 焦炉煤气资源（亿Nm） 焦炉用 0 309 25 334 待利用或潜在可利用 342 331 27 700 3从表1-1可以看出，我国焦炉煤气资源非常丰富，每年待利用或潜在可利用的焦炉煤气就有700亿Nm3， 仅独立焦化厂每年就有近300亿Nm3 的焦炉煤气可以被利用。

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1.1.2 国内外焦炉煤气的利用方式

目前在国内外，焦炉煤气的可利用方式主要有以下几种[2]。 （1）焦化厂将焦炉煤气用于加热焦炉的燃料； （2）轧钢厂将净化后的焦炉煤气用作燃料； （3）焦炉煤气用作城市煤气； （4）焦炉煤气用作化工原料合成氨； （5）焦炉煤气用作苯加氢的氢源；

（6）焦炉煤气用于锅炉和蒸汽轮机以及燃气轮机发电； （7）焦炉煤气制甲醇；

（8）焦炉煤气还原生产海绵铁； （9）焦炉煤气用于燃气内燃机发电。

在这些利用方式中，燃气内燃机发电机组是焦炉煤气直接燃烧，再带动发电机组发电，燃气内燃机发电具有以下优点：

（1）有利于环境保护。燃气内燃机燃用焦炉煤气（净化、脱硫后）不产生灰份及炉渣，不产生二氧化硫，氮氧化物和二氧化碳的排放量少。

（2）发电热效率高。随着燃气内燃机发电技术的成熟，将燃气内燃机用于联合循环发电热效率已达55%，而燃气内燃机的热效率一般在38%左右，热能利用率较高，能大大地节约燃料资源。

（3）节约用水。由于燃气内燃机不需水，可节约宝贵的水资源。

（4）电厂占地面积。燃气内燃机体积较小，辅助系统少，占地面积一般较其他类型电厂少，可节约宝贵的土地资源。

（5）运行维护方便，费用较低。燃气内燃机电厂自动化程度高，操作及控制简单，因而电厂员工仅为其他电厂的一半左右，降低了劳动力成本。另外，由于燃气内燃机电厂设备简单和故障率较低，维护费用较低。

（6）具有良好的调峰性能。燃气内燃机单循环起动快，带负荷快，能随时停机，非常适合于每天开停带峰荷的运行方式，是高效率的调峰机组，同时也可做应急电源。

（7）工期短。燃气内燃机设备简单且多为组装式，因而其建设工期短，比煤(油)电厂可节省工期一年以上。

（8）厂用电率低。燃气内燃机电厂的厂用电率一般为5%，可降低能耗，节约能源。

1.2我国的能源形势与政策

能源是人类赖以生存和社会进步的重要物质基础。 我国改革开放以来得以实现令世界瞩目的高速经济增长，能源的支持是一个重要因素。我国的能源储量中煤炭资源比较丰富，占世界的份额较大，而石油和天然气相对匮乏。截止2005 年底，我国煤炭的

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可开采储量为1145亿吨，约占世界的12.6 %，而石油可开采储量为22亿吨，仅占世界的1.3%[3]。

我国的能源消费总量从1978 年的5.7 亿吨标准煤上升到了2005 年的22.2亿吨标准煤[4] ，增长了近4倍，中国已成为世界第二大能源生产国和能源消费国。我国能源的生产和消费均以煤炭为主，以2005年为例，我国的一次能源消费中煤炭占68.7%,石油占 21.2%，天然气占2.8%，水电、核电占7.3% [5]。 虽然从1991 年至2001年，煤炭在我国一次能源消费中的比例是逐年下降的[6?7]，如图1-1 所示，但2001年以 后，该比例是逐年上升的，这说明中国以煤为主的能源结构在今后一段时间内难以改变。尽管对中国未来能源需求的预测有不尽相同的结果，但基本结论都显示以煤为主的格局将长期存在。预计到2020年，我国一次能源需求量至少达25-33亿吨标准煤，比较集中的估计是29-30亿吨标准煤， 其中煤炭消费占一次能源比重仍在60%左右。如果2050年要达到目前中等发达国家的经济发展水平，我国人均能源消耗至少要达到3-4吨标准煤，能源需求总量为50亿吨标准煤左右。

图1 - 1我国近年煤炭占一次能源消费的比例

我国以煤为主的能源消费结构带来了许多问题，主要表现如下: ( 1 ) 煤炭资源形势严峻，煤炭生产任务艰巨

煤炭是不可再生能源，按目前的可开采储量和每年的开采量计算，煤炭可开采的年限不超过70年。

( 2 ) 交通运输面临巨大的压力

中国的煤炭资源分布相对集中，大部分分布在山西、陕西、内蒙西部、新疆北部和云贵川等省，这些地区的煤炭资源占总量的85.3%，而13个沿海工农业发达省、市的煤炭资源仅占煤炭资源总量的3.4 %。因此，我国主要煤炭生产地和主要消费地严重背离，造成了目前北煤南运、西煤东调的煤炭运输格局。我国的交通运输能力本身就十分紧张，随着能源消费的增加，交通运输业必然面临着巨大的压力。

( 3 ) 以煤为主的能源消费结构带来了严重的环境污染和破坏

我国长期以煤炭作为能源利用的主体，造成的大气污染十分严重。目前，中国燃煤

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