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1、河北工业大学本科毕业设计（论文）前期报告河北工业大学本科毕业设计（论文）前期报告毕业设计题目：化工厂余热利用方案设计专业：热能与动力工程 学生信息：班级：热能C082，姓名：闫海洋，学号：085692指导教师信息：王恩宇 副教授报告提交日期：2012-3-23一、余热利用的发展现状及发展趋势 随着经济的发展，我国的能源消耗过快，能源利用效率不高。为了充分利用能源，走可持续发展道路，越来越多的人开始关注提高能源利用效率的问题。在许多大型的电厂、核电厂、化工厂以及钢厂人们把焦点放在了余热利用上来。在我国袁江【1】、吕炜【2】、杨俊【3】等很多人对这方面都有一定的研究。热电厂采用水源热泵从冷却水中回
2、收废热，不仅可以解决废热、废水等直接排放造成的能量浪费，为建筑供热和制备生活热水，而且还可以间接解决环境污染问题。目前，我国发电厂的平均发电效率均在50以下，采用水源热泵从热电厂冷却水中回收废热，是提高综合发电效率的有效途径【4】。另外，水源热泵机组对各类中低品位的余热资源进行余热回收，没有燃烧过程，不排放废水、废气等废物，符合现在国家的可持续发展及环保的要求。在锅炉的生产过程中也会产生大量的余热。据一般专业计算每吨锻后焦的产汽量比为1:.245。而我们余热锅炉的产汽比仅为.205，所以我们还有很大的努力空间;按余热发电汽轮机使用说明书的规范要求，汽耗率为5.5k叭Wh，进行单位换算可得吨蒸汽
3、发电量为:10(刃巧.sk岁kwh=181.8kwh【5】。可见其利用价值还是相当巨大的。乱七八糟！虽然余热、废热回收的价值很大 ,但是在实际应用 中还是要做大量的工作首先要在设计中进行方案优化参与工程设计的各专业在方案设计时就要积极参与,发挥各自的优势密切配合这样做出的工程可能会以较低的回收成本取得较高的经济效益。其次要进行投资效益 比较如果因为进行能量回收而耗费大量的投资造成投资回收期过长就要进行认真的分析比较看有无回收的必要。第三要严格按照设计规范和安全规程认真处理涉及的技术问题 余热废热回收所涉及的技术问题可能比通常的专业设计更为复杂,因为化工厂生产所投人的原料和产出的产品包括中间产品
4、多是有毒和危害性较大的产品,如果能量回收时技术处理不当或考虑不周,很可能会造成严重问题【6】。1999年中国水利水电科学院与国家电力公司环保办公室一起完成了“火电厂余热综合利用研究评价全国火电厂余热利用情况调查报告”【7】。研究指出:限于电厂循环冷却水排水余热温度在50以下,属于低品位热能,直接利用范围狭窄。目前,国内开展其余热利用的电厂很少,仅占火电厂总数的16%。其中, 87%的电厂主要利用方式是水产品养殖,其利用量极少,且效率十分低下。因此,应组织人力,并有一定的投入,集中重点方向开展高效率余热利用技术的研究、实验和试点工作。即对热泵、热管这种技术含量高并已相当成熟的技术如何在电厂循环水
5、余热利用中有效采用,组织攻关,建立示范工程,推广技术。我国从事环境保护的学者和有识之士,将城市废水视为城市可再利用的资源时,己不再停留在污水回用(中水利用)这一层面上,而是要进一步开发城市污水的废热能回收及污泥利用,以实现城市污水三位一体的成套体系型污水资源化战略【8】。城市污水的废热能回收利用,为电厂循环冷却水余热利用的必要性和迫切性提供了理论和技术支持。城市污水热能回收利用的实施途径、可行性分析、回收利用系统的评价指标及运行状况分析等,对火、核电厂循环冷却水余热利用的研究和实施都是极具借鉴价值的。城市污水热能回收利用的途径以热泵回收低品位能源为理论基础。热泵是一种把低温位的热能输送至高温位
6、的机械。从原理上而言,热泵与制冷机是相同的,区别在于使用的目的。实际上,制冷和供热是热泵(或制冷机)热力循环过程中的两个必不可少的环节,也正是充分利用这两个环节,使热泵技术在电厂余热利用中既可供热,又可制冷。这里所提及的“热泵”技术实为“制冷/供热”技术的统称。利用热泵技术回收电厂余热、特别是回收汽轮机循环冷却水余热的工作原理是:热泵利用该余热源作为低温热源,以热泵系统中的工质作为热的载体。按热力学第二定律,热量不会自发地从低温区向高温区传递,因此热泵工作时必消耗一定的有用能量(如:电能和热能)驱动工质,在热泵系统内以相变热(汽化潜热或凝结热)形式自低温热源带走热量并输送至高温热源。驱动热泵所
7、消耗的有用能(或功)E全部被转换成热,这部分热量E和从低温体吸取的热量Q2一起输向高温体,即Q1=Q2+E,Q1为向高温体输送的热量。为说明这种能量转换的优劣,热泵工作效率可用性能系数COP(Coefficient of Performance)或供热系数来衡量,COP=Q1/E,则COP=Q1/E=Q2/E+1=+1,=Q2/E,称为制冷系数。可见COP恒大于1,热泵的该值一般为154,说明热泵消耗少量的有用能可获得数倍的热能,这正是从低温热源提取的热量。当今,已有了多种类型的热泵:如压缩式热泵、吸收式热泵、蒸汽喷射式热泵。近年来,国内、外陆续在太阳能利用和工业余热利用领域开展了固体吸附式热
8、泵的应用性研究,取得了不少较成功的实验结果,并开始了初期的商业化生产。在当今全球规模的环境问题日趋严重的情势下,以往那种“大量生产、大量流通、大量浪费、大量废弃”的生产模式己经越来越不被人们所接受。因此,应切实关注这一巨大的低温热源的资源效益,在“把节约放在首位,依法保护和合理使用资源,提高资源利用率,实现永续利用”的方针指导下,树立开展电厂循环冷却水余热利用的超前理念,设立专门的组织机构,统一规划,统一管理。将高技术含量的回收利用与一般性回用途径结合起来。以高技术为龙头,因地制宜、因时制宜地开展这一余热利用的事业;在宏观监控上,国家应出台鼓励电厂余热利用的政策,对于利用余热进行生产加工的企业
9、给予优先发展的条件,对其产品销售给予优惠;在技术研发上,要研制和开发低成本高效率、能充分利用电厂自身废热能为驱动能的热泵机组,以及开发采用热管这一热超导元件的高效换热装置。随着科技的发展,应逐步加大热泵、热管高技术回用技术在电厂循环冷却水余热利用中的比例。为保障循环水余热利用研究项目的实施,要建立“产学研”一体的技术开发体系,组织示范工程。二、本课题的内容及要求 课题任务：某化工厂利用联碱法生产纯碱，日产纯碱量为1260-1320t。生产纯碱煅烧炉工艺中，生产每t纯碱需要循环冷却水带走的热量为1396.9MJ。循环冷却水经过冷却塔降温，冷却水进出冷却塔的温度为50和30。另外，煅烧产生的纯碱成
10、品温度在160-180，需要经凉碱塔冷却至60-80进入碱仓，再进行包装为产品。纯碱成品的这部分热量通过循环水带走，并由凉水塔逸散到大气中。循环水进出凉水塔的温度分别为30和23。请计算该厂联碱系统的余热量，并根据余热情况给出各种余热利用方案。对多种方案给出技术经济分析，最后确定合适的余热利用方案。最终成果：本课题的完成，要求毕业论文中提出方案分析报告，并给出必要的设备设计参数。三、本课题设计的步骤论述混乱，对课题理解有偏差，请认真审阅任务书，确定研究任务，按照任务书指定研究方法，重新计划研究过程通过阅读相关文献对余热利用的前景，如何的运行等都有了一定的认识，对本课题给出的75t/h的旋风炉的
11、余热利用设计，可以分为以下几个设计步骤：（一）、锅炉工序固态出渣余热量计算根据75t/h旋风炉的出渣量计算可利用的余热。75t/h旋风炉的出渣量统计为每天30m3/d，密度为0.88t /m3，则每小时出渣量为1.47t/h,炉渣的比热取0.96kj/(kgK)。炉渣温度取1100oC，换热后的温度取120 oC.（二）、锅炉定连排水含热量计算 根据75t/h旋风炉的定排水温度及水量计算其含热量。75t/h旋风炉的定排水温度为250 oC左右，水量为2.25t/h。（三） 合成造气半水煤气余热量计算 根据合成氨水水煤气温度数据、比热、气量、进行计算。（四）、煅烧低压冷凝水余热量计算（五）、煅烧
12、炉气余热量计算 (六)、拟定余热利用方案，完成一种方案设计，设计图纸出图和设计说明书完成1、利用循环水的回水热量，通过换热器进行换热，加热7 oC-25oC的自来水，吸收热量、温度升高后的自来水，流入热水池中进行储存，待蒸汽再次加热到60 oC -70 oC后，供生产、生活使用。2、余热低温水集中供暖。余热低温水供水(tg=50计)由一段初冷器流入调节水池,经加压泵加压后送至生活区各热用户供暖,回水(设计工况下th35)回至化产车间循环水热水池,根据水温情况,部分回水还需上冷却塔冷至30左右;部分回水进冷水池混合至35,由冷水泵输入一段初冷器循环使用。余热低温供暖网为枝状管网,作用半径1 50
13、0 m,半通行地沟敷设。3、按热力学第二定律,热量不会自发地从低温区向高温区传递,因此热泵工作时必消耗一定的有用能量(如:电能和热能)驱动工质,在热泵系统内以相变热形式自低温热源带走热量并输送至高温热源。驱动热泵所消耗的有用能(或功)E全部被转换成热利用水源热泵回收循环水。在冬季热泵供热运行,当冷凝温度一定时,热泵的供热量和性能系数取决于低位热源温度的高低;在夏季制冷工况运行,当蒸发温度一定时,热泵的制冷量和制冷性能系数取决于冷凝温度的高低。当冷凝温度一定时,如果热源的平均温度提高5 10,那么热泵装置的效率就可以提高10%15%。4、循环水-热泵供热系统。利用电厂循环水供热,由于其供回水温差
14、较小(为1015左右),在相同的供热负荷下,较城市热网需要更大的管网投资和水泵电耗,因此循环水供热的适用范围为电厂周边半径35km以内。分布式热泵供热方式就是热泵分散设置在用户处的各个热力站内,将电厂循环水从电厂引出到各个热力站;集中式热泵供热方式就是将热泵在电厂内部集中设置,提取电厂循环水余热产生热水送出电厂。但从减少管网输送热损失和热泵规格的角度考虑,应尽量采取分布式热泵供热方式。（七）、多种方案进行比较评价。 根据方案的经济性、可行性等因素对各方案进行评价分析，找出最佳的方案。四、毕业设计时间计划3月 5日 3月23日：文献阅读，完成外文文献翻译任务；了解课题背景及意义，确定研究方案，完
15、成前期报告3月24日 4月20日：计算余热量，拟定余热利用方案，并完成一种方案设计，完成中期报告。4月21日 5月15日：多种方案比较5月16日 5月23日：毕业论文的初稿完成5月24日 6月 4 日：毕业设计论文定稿参考文献1、袁江, 纯碱生产中低温热能的回收利用, 石油和化工节能, 2010, (2): 29-31.2、吕炜, 陈晓峰, 左川. 循环水余热利用在火力发电厂的应用. 华北电力技术, 2011, (11). 3、杨俊. 电厂循环水余热回收供暖节能分析与改造技术. 节能, 2011, (1).4、张鹏飞. 水源热泵回收电厂循环冷却水废热进行集中供热的探讨. 科技风, 2011,
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