焦炉煤气发电系统及其优化研究

【摘要】： 目前我国能源利用率低,很多产品单位能耗与发达国家相比差距很大,各类工业炉窑排空的废气热值占窑炉总能耗的20%以上,废气余热利用率仅为4%-5%,因此有很大的节能潜力。本文以湖南省资兴焦电股份有限公司剩余焦炉煤气发电项目为研究对象,选配了合理的发电系统,并对发电主机和余热利用设备进行热力计算。以降低能耗、提高经济收益为目标,对不同进气量下的开机台数进行寻优求解。 本文的主要内容与结论如下： (1)选择最佳发电系统方案,进行主要设备选型。发电主机选用了胜利动力机械有限公司研发的12V190型燃气内燃机,配套使用电机型号为1 FC6 406-4LA42-Z,尾气余热利用设备选用了青岛凯能生产的KNPT型烟道式针形管余热锅炉。根据焦炉煤气的产量,本系统共由14台套内燃机和余热锅炉组成,并分二期完成施工。 (2)对项目的测控系统进行了设计选型,并简要介绍了控制系统的工作原理。 (3)利用C++编程对燃气内燃机进行了热力计算,并用Matlab绘制出了相应效率曲线图。计算了燃气内燃机不同运行工况下的发电量和煤气耗量。结果表明,随着发动机转速的增大,其有效功率不断增大,且达到额定转速时有效功率最大；有效气耗率则随着发动机的转速增大而减小,额定转速时有效气耗率为286.7g／kWh。从而得出,为使发动机效率最高,每台机组应尽可能在额定转速下运行的结论。 (4)采用对数平均温差法和传热单元数法相结合的方法,对燃气内燃机尾气余热利用设备——针形管余热锅炉进行了传热计算,得到了不同运行工况下的蒸汽产量,并绘制了蒸汽产量随内燃机负荷变化的曲线图。结果表明,随着排烟温度的升高和内燃机负荷的增大,余热锅炉的产气量随之增加,当内燃机接近满负荷时,单台余热锅炉的产气量达到最大值365.3kg／h。 (5)讨论了不同进气量下的机组最优运行台数,获得了焦炉煤气流量对整个系统经济性的影响,提出了系统优化运行方案；通过对整个系统的经济性评价,得出投资回收期约为4年的结论。 应用效果表明,本文的所构建的焦炉煤气发电系统,运行稳定可靠,操作维护方便,年创利税543万元。对于像资兴焦电公司利用焦炉煤气发电这样的综合利用项目,不仅可以节约能源,减少环境污染,符合国家节能减排政策,且可为公司创造较大的经济效益。此外,本论文的研究结果可为该公司焦炉煤气发电机组的优化运行提供依据。 【关键词】：焦炉煤气发电 燃气内燃机 针形管余热锅炉 热力计算 运行优化
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM619
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 课题背景11-13
• 1.2 论文研究的目的和意义13
• 1.3 本文的研究内容13-15
• 第2章 文献综述15-24
• 2.1 煤气发电现状和进展15-20
• 2.1.1 焦炉煤气生产与利用现状15-16
• 2.1.2 煤气发电方式的介绍16-17
• 2.1.3 三种发电方式的比较17-18
• 2.1.4 焦炉煤气发电现状18-20
• 2.2 高温尾气的余热利用方法与技术进展20-21
• 2.2.1 余热的直接利用20
• 2.2.2 余热发电20-21
• 2.2.3 综合回收系统21
• 2.3 多机组优化运行的研究方法21-23
• 2.3.1 启发式方法22
• 2.3.2 动态规划法22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 焦炉煤气发电系统选型与配置24-38
• 3.1 焦炉煤气发电系统方案选择24-27
• 3.1.1 方案简介24
• 3.1.2 各种发电方案分析比较24-27
• 3.2 焦炉煤气发电系统主机选型27-29
• 3.2.1 主机型号参数介绍27-28
• 3.2.2 燃气内燃机的特性28-29
• 3.2.3 主机配套设施29
• 3.3 焦炉煤气发电系统余热利用设备选型29-32
• 3.3.1 方案选择29-30
• 3.3.2 针形管余热锅炉30-31
• 3.3.3 针形管余热锅炉的特点31-32
• 3.4 焦炉煤气发电系统检测控制系统的配置32-37
• 3.4.1 测控系统总述32-33
• 3.4.2 温度控制系统33-34
• 3.4.3 速度控制系统34
• 3.4.4 空气-焦炉煤气控制系统34-35
• 3.4.5 工控机控制系统35-36
• 3.4.6 发电机组综合控制系统36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 内燃机组热力计算与分析38-54
• 4.1 12V190型燃气内燃机简介38
• 4.2 内燃机循环计算38-47
• 4.2.1 压缩阶段39-41
• 4.2.2 燃烧阶段41-43
• 4.2.3 膨胀过程43-44
• 4.2.4 排气过程44-46
• 4.2.5 扫气过程46-47
• 4.2.6 进气阶段47
• 4.3 性能参数计算47-49
• 4.3.1 单缸参数47-49
• 4.3.2 整机参数49
• 4.4 计算程序49-51
• 4.4.1 程序介绍49
• 4.4.2 程序界面与运行结果49-51
• 4.5 内燃机热平衡计算51-52
• 4.6 变工况特性的计算52-53
• 4.7 本章小节53-54
• 第5章 针形管余热锅炉热力计算与分析54-61
• 5.1 烟气总放热量的计算54-55
• 5.2 余热锅炉换热面积的计算55-56
• 5.2.1 针肋传热效率的选取56
• 5.2.2 余热锅炉有效换热面积56
• 5.3 蒸汽产量的计算56-57
• 5.4 余热锅炉产汽量随内燃机排烟温度和烟气流量的变化57-60
• 5.5 本章小结60-61
• 第6章 多机组运行优化与经济评价61-71
• 6.1 机组运行优化的现实意义61-62
• 6.2 多机组运行优化概述62
• 6.3 气源流量变化对机组运行负荷的影响62-66
• 6.4 多机组负荷分配及其收益估算软件66-67
• 6.5 焦炉煤气发电系统经济评价67-70
• 6.5.1 节能评估67-68
• 6.5.2 投资概算68-69
• 6.5.3 经济效益分析69-70
• 6.6 本章小结70-71
• 第7章 全文总结71-73
• 7.1 主要内容与结论71-72
• 7.2 建议72-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文77
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目77-78
• 致谢78

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