烟气余热利用毕业设计

湘潭大学本科毕业设计说明书

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

湘潭大学本科毕业设计说明书

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

湘潭大学本科毕业设计说明书

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。

湘潭大学本科毕业设计说明书

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

湘潭大学本科毕业设计说明书

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

湘潭大学本科毕业设计说明书

和氨应予清除。

硫化氢（H2S）在常温下是一种带刺鼻气味的无色气体，燃烧时能生成有毒的二氧化硫,在空气中含有0.1%就能使人致命。焦炉煤气中的硫化物按其化合物状态可分为两类：一类是硫的无机化合物，主要是H2S；另一类是硫的有机化合物。煤气中H2S所含的硫约占硫总量的90%以上。焦炉煤气脱硫不但可以提高煤气质量，同时还可以生产硫磺或者硫酸，有效的保护环境，变害为利，综合利用。

煤气的干法脱硫早在19世纪就已经得到应用。干法脱硫具有工艺简单、成熟可靠、可以较完全的除去煤气中的H2S和大部分氰化氢等优点，所以至今一直得到采用，焦炉煤气的干法脱硫较多采用的是氢氧化铁法。

氢氧化铁法脱硫是将焦炉煤气通过含有氢氧化铁的脱硫剂，使H2S与Fe(OH)3反应生成Fe2S3或FeS。当硫在脱硫剂中富集到一定程度后，使脱硫剂与空气接触，在有水分存在时，空气中的氧将贴的硫化物有转化为氢氧化物并生成单体硫，脱硫剂即得到再生并可继续使用。当煤气中含有氧时，则脱硫和脱硫剂的再生可同时进行。

经过反复的吸收和再生后，硫磺就在脱硫剂中聚集，并逐步包住活性Fe(OH)3的颗粒，使其的脱硫能力逐渐降低。所以当脱硫剂上含有30%~40%（质量）的硫磺时，需要更换新的脱硫剂。

脱硫剂应含有占风干物料50%以上的氧化铁，氧化铁中活性氢氧化铁含量应在70%以上。在装入脱硫箱时，不应含有腐殖酸或腐殖酸盐，其PH应大于7。如腐殖酸类类的含量大于1%，将会引起脱硫剂的的氧化，从而降低其硫容量和反应速度，进而可能由于硫磺菌的作用，而使硫从已形成的硫化物中的H2S形态分解出来。此外为使脱硫剂在使用中不因硫的集聚而过于增大体积和变得密实，脱硫剂在自然状态下应该是疏松的，湿料堆密度不宜大于0.8kg/L。

按上述要求，脱硫剂可用磨碎的沼铁矿或铁屑和锯木屑按照体积1：1的比列混合制成，再加上约0.5%（质量）的熟石灰以使脱硫剂呈碱性（PH为8~9），并用水均匀调湿至含水分30%~40%。用铁屑置备的脱硫剂，需置于空气中约三个月，并定期翻晒，以使其充分氧化。

干法脱硫装置可分为箱式和塔式两种，常用的为多箱式。

箱式干法脱硫装置整个设备为一长方形的槽，箱体可以用钢板焊接或者用钢筋混凝土制成，内壁涂一层沥青或沥青漆。整个干法脱硫装置由四组设备组成，一般用三组并联操作，另外一组设备备用。

干法脱硫可能达到的净化话程度很高，一般可以达到0.1~0.2g/100m3（标）煤气。但是箱式脱硫装置设备比较笨重，占地面积大，需要更换脱硫剂时劳动强度大。

湘潭大学本科毕业设计说明书

第三章 发电系统设计及设备选型

3.1 公司情况介绍

湖南省资兴焦电股份有限公司于2001年3月筹建，8月份正式成立。其前身为资兴矿务局煤电焦化总厂，始建于1958年，是集洗煤、炼焦、发电、化工、建材于一体的综合利用企业。该公司现有炼焦生产规模维持在34万t/a左右，每年消耗洗精煤约45万吨。

每月炼焦生产规模约2.8万吨，每炼制一吨焦将生产煤气420m3，其中约55%的煤气用于焦炉本身，其他用气单位消耗的煤气约为16.5%，而其余的部分则直接对外排放。为实现资源的综合利用，减少焦炉煤气对周边环境污染，设计一个发电系统并对其进行节能分析。

3.2 方案选择

目前,利用焦炉煤气发电的技术方案主要有以下三种： 第一种，利用蒸汽轮机发电

这种方法是锅炉直接燃烧焦炉煤气，将煤气的热能通过锅炉内的管束把水转换为蒸汽，利用蒸汽推动汽轮机再驱动发电机发电。这是我国焦化企业采用较多的发电技术。系统的主要设备是燃气燃烧器、锅炉本体、化学水系统、给水系统、蒸汽轮机、冷凝器、冷却塔、发动机、变压器和控制系统，工艺流程比较复杂。

该方法的优点是：对焦炉煤气的要求比较低。燃气处理系统比较简单，技术成熟。缺点是：整个发电系统比较复杂，建设周期比较长，电站一旦建成就难以再移动，同时必须消耗大量的水资源，占地较多，需要的管理人员也比较多，对于单机功率几千乃至几万千瓦的机组来说，机组的效率较低，大约在20%左右。目前有一些焦化厂在采用这种发电技术。

第二种，采用燃气轮机发电

燃气轮机是以气体为工质、经压缩、加热后在透平中膨胀，将部分热能转换为机械能的旋转式动力机械。燃气轮机比较适用于高含氢低热值和气体含杂质较多的劣质燃料，一些燃气轮机甚至使用原油和高硫渣油燃料。但燃气轮机自身的发电效率不是很高，一般在30%～35%，所产生的废热烟气温度高达450～550℃，可通过余热锅炉再次回收热能转换蒸汽，驱动蒸汽轮机再发电，实现燃气—蒸汽联合循环。但是，目前燃气轮机在性能、可靠性和寿命方面都不尽人意。

焦炉煤气燃气轮机发电存在以下问题：一是焦炉煤气净化问题，由于燃气轮机是高速旋转的机械，所以其对燃气品质的要求就很高，包括机械杂质、水分、腐蚀性物质如

湘潭大学本科毕业设计说明书

硫化氢等，一旦达不到要求，将会对叶片造成严重损伤，而这种故障在现场是无法处理的。二是燃料进气压力比较大，越是发电效率高的机组燃料进气压力越高，因为焦炉煤气本身没什么压力，这就需要使用燃气压缩机，压缩燃气需要消耗大量的能量，影响到设备的实际输出功率，一些项目甚至需要消耗燃气轮机15%～20%的功率。此外，燃气轮机对操作人员的要求高，且机组现场维修困难，一旦出现故障，必须由专业人员或返回制造厂家修复。燃气轮机在我国焦炉煤气利用上进行过不少的尝试，但是由于实际存在的问题，燃气轮机在焦化领域的应用还存在不少问题。

第三种，采用燃气内燃机发电

燃气内燃机发电方式是最近几年发展起来的新技术，其工作原理与车用发动机类似，需要火花塞点火。由于燃气内燃机气缸内的核心区域工作温度可达1400℃，使其效率超过了蒸汽轮机，甚至燃气轮机。该方案现主要应用在单机功率2 MW以下的小型发电机组发电，发电效率约为32～36%。

燃气内燃机最突出的优点正是发电效率比较高，其次是设备集成度高，安装快捷，对气体的品质要求不高，对于风扇水箱式机组用水量很少，设备的单位千瓦造价也比较低。内燃机对焦炉煤气中的水含量和硫化氢含量比燃气轮机的要求低得多，根据近几年的使用情况来看，对焦炉煤气稍加处理即可满足要求。

通过对比上述三种各方案，将各方案中主要设备的特点列入下表。

表3-1焦炉煤气发电设备特点

性能比较 建设周期 建设造价 电站自耗电量

建站辅助设备 机组特点

单机功率大，适于建

单机功率较大，适于建立

单机功率相对小，建站灵活，适合于建设几千千瓦到几万千瓦的电站

蒸汽轮机 周期长

燃气轮机 周期较长

燃气内燃机 周期短 每千瓦约3500元

自耗电量少，小于发电量的5% 辅助设备少

每千瓦4000-5500元 每千瓦约4500元 自耗电量大{可达到20%以上} 辅助设备多

自耗电量大（可达到15%～20%） 辅助设备多

立大功率燃气电站，中型燃气电站，一般为几一般为几十万千瓦

机组运行与维护

运行可靠，机组操作

万千瓦到几十万千瓦

运行可靠，机组机构复杂，机组运行可靠，对操作人员

要求相对低

人员多，操作复杂，对操作人员要求高 对人员要求高

对气源要求 对气源要求低 对气源要求高焦炉煤气需脱硫脱萘处理，燃气需要加压

对气源要求不高，达到一般工业用标准，压力达到3kPa以上即可

湘潭大学本科毕业设计说明书

综合考虑各方案煤气利用效率、技术成熟程度煤气净化要求、投资情况等各方面的优缺点，选择第三种方案应用于焦炉煤气发电。

3.3 设计及选型

高炉煤气发电具有节能、环保和创效等综合效益，是一项利国利民的工作。它在一定程度上改善能源结构，缓解区域性电力短缺，提高企业生产效益。高炉煤气经过燃烧发电以后，还降低了直接排放给环境带来的污染。下图为焦电企业生产工艺图:

图3-1 焦电生产工艺图

从图中可以看出本设计所需要做的工作在于选择合适的方案来利用企业浪费的焦炉煤气，即虚框所示。

3.3.1发电机组的选型

发电机组设备选用胜利油田动力机械有限公司的产品，其燃气发电机组特性主要表现在以下几个方面：

(1)可适用于含H2量较高的燃气成份,采用多点电控喷射技术,保证了燃气机组各缸的充分良好燃烧,保证了机组的平稳运转。

(2)可适应低压力的燃气,不必增压,减少投资和提高有效发电量。

(3)发电效率高,系统自耗电少,机组热效率可达32%~35%,若实现热电联供,热效率可达80%以上。

(4)机组运行灵活。可单台使用,也可多台组合使用,可并机,也可并网;可根据厂内自身实际用电负载的需要控制发电量大小并可根据实际用电负荷的差异,随时调整运行机组的数量,有效利用设备资源,减少运行成本。

(5)机组的配气系统采用专为燃气发电机设计的凸轮轴及其他配气机构,具有独特

湘潭大学本科毕业设计说明书

的配气相位、配气夹角、点火提前角等,可使发动机达到较佳的燃烧效果。

目前胜动焦炉煤气机组有120GF153-T 、400GF-T、 500GF-RJ 、1200GF-T 、2000GF-T型燃气发电机组。这几种型号的燃气内燃发电机主要参数如表3-2所示：

表3-2 主要机型燃气内燃发电机技术参数

项目 单位 额定输出功率kw 发动机转速 Rpm 最小气源压力kg/cm2 120GF153-T 400GF-T 120 1000 0.15 400 1000 0.15 12.5 298 28.8 50.56 79.36 175 500GF-RJ 1200GF-T 2000GF-T 500 1000 0.015 12.5 325 32.7 47.7 80.40 146 1200 1000 0.015 10.5 750 34.1 48.55 80.68 137 2000 1000 0.015 10.5 1250 34.1 47.45 81.55 140 能量消耗（低热的） MJ/kWh 12.5 焦炉煤气耗量 m3/hr 发电热效率 % 供热效率 % 总热效率 % 热电比 % 90 28.9 47.2 76.1 163 焦炉煤气热值为 16.8MJ/Nm3 这几种产品中，型号为500GF-RJ的机组应用最为广泛，其技术成熟，性价比高。因此，从公司剩余焦炉煤气量和性价比综合考虑，本设计中选用500GF-RJ型机组。根据该公司每月产焦量可计算出本设计中所需发电机组台数，计算如下： 按照每月30天计算：

M=2.8×104÷30÷24=38.89吨/h

M气=38.89×420=16333.8m3/h

M发电=16333.8×（1-55%-16.5%）=4655.133m3/h N=4655.133÷325=14.32台 取整为15台

因考虑机器需要维护或出现特殊情况，增加一台机器备用，故整个系统需要发电机组为16台。

3.3.2主要技术参数

机组由12V190ZL燃气机与西门子技术生产的发电机配套组成，发动机采用增压中冷、电子调速（美国WOODWARD公司的电子调速器）、TEM控制系统结构形式，能实现远程控制。该机组应用我国具有自主知识产权的电控混合技术、发动机防回火爆燃技术和增压技术，解决了因焦炉煤气含氢比例高，爆炸范围宽、点火能量小、燃烧速度快而带

湘潭大学本科毕业设计说明书

来的发动机工作不稳定现象。其经济效益可观，环保效果显著。该公司自行研制的数字点火系统性能可靠，提高了机组的可靠性。空气和燃气单独增压的结构形式大大降低了对燃气成份的要求，TEM控制系统提高了机组的自动化程度，确保机组安全运行。燃料范围：天然气、沼气、煤矿瓦斯气、焦化尾气等。

500GF-RJ型焦炉尾气发电机组经济技术指标如表3-3所列出。

表3-3 500GF-RJ发电机组经济技术指标

参 数 名 称 机组型号 发动机型号 气缸数 额定功率 kW 额定电压 V 额定频率 Hz 额定转速 r/min 额定功率因数 cosφ 燃气热耗率 MJ/kW·h 机油消耗率 g/kW·h 冷却方式 润滑方式 起动方式 外形尺寸，l×b×h mm 净质量 kg 参 数 值 500GF-RJ 12V190ZL 12 320 400 50 1000 0.8（滞后） 11 ≤1.5 强制水冷 压力和飞溅润滑 24V直流电起动 5040×1970×2690 12000 3.3.3燃气发电机组主要性能特点

12V190ZL型燃气内燃机属于往复式、四冲程内燃机,与柴油机、汽油机工作原理相似。主要由机体、曲轴、连杆活塞、缸盖、点火系统、冷却系统等组成。发动机用计算机控制合理的匹配空气与燃气比例,火花塞点火，实现最佳燃烧，完成做功过程。该机主要性能特点有：

(1)采用电控混合技术：用计算机控制合理的匹配空气与燃气的比例,可根据可燃气浓度的变化，对混合气空燃比进行实时自动闭环调节,解决了燃气机因可燃浓度变化而造成的发动机熄灭、爆燃、进气管回火等问题以适应焦炉煤气浓度变化大、热值低的特点。

(2)采用数字点火技术，由ECU根据燃气机的不同工况,从软件上调整点火能量和点火时间。

湘潭大学本科毕业设计说明书

(3)采用预燃室技术,先由火花塞点燃预燃室的混合气,然后出现多个着火点,增大点火能量,引燃燃烧室的混合气,提高燃烧速度,降低发动机的热负荷,降低气耗率,提高效率。

(4)采用增压中冷技术,先将空气与燃气经过增压器增压,再经过冷却器冷却后进入气缸。

燃气发电机组特点有以下几个方面：

（1）可适用于燃气成份变化的燃气发电，计算机闭环控制，自动跟踪成份变化，保证良好燃烧，保证机器运转平稳。

（2）可适应低热值的燃气；

（3）可适应极低压力的燃气，不必增压，减少投资和提高有效发电量，不必专门建燃气储存罐；

（4）可适应高含氢的燃气； （5）机组自成体系，辅助设备； （6）建站简单，不必建工房，投资少； （7）建站周期短，一般不超过一个月，见效快； （8）运行费用低；

（9）机组可单台使用，也可多台组合使用，可并机，也可并网；

（10）机器质量可靠，机组功率是同等柴油机功率的50%多一点，机械负荷小，转速低，（1000车/分，同等柴油机15000转/分）；

（11）主要要控制部分部件如调带器、火花塞等，均采用世界最先进的进口部件； （12）机组的各种保护系统齐全； （13）技术成熟，有近20年的生产历史； （14）备件充足，服务及时。

根据前面的分析，焦炉煤气在经除焦、脱硫及除尘后，可利用燃气内燃机组发电，其发电的工艺流程图如下所示。

脱水

烟气

除尘 脱水

脱焦

焦炉煤气

脱硫

计量表

上网

防回火 燃气发电机组

图3-2 焦炉煤气发电工艺流程图

湘潭大学本科毕业设计说明书

3.4燃气内燃机尾气余热的利用

与燃煤相比，燃烧焦炉气虽然排放的二氧化硫及氮氧化物的含量很少，减轻了对环境的压力。然而，燃气内燃机的排气温度在500～550℃之间，如直接排放将造成了能量的严重浪费。为了充分利用这部分热量，考虑尾气余热回收利用。根据所选用的发电类型和设备类型，该公司焦炉煤气发电流程及内燃机尾气余热利用流程图如下：

图3-3 焦炉煤气发电过程及尾气余热利用流程

根据上图3-3所示流程可知，焦炉煤气在内燃机内燃烧发电时所排除的高温气体通过余热锅炉进行换热，用高温尾气加热水产生水蒸气。

本文在下一章重点对余热回收装置——余热锅炉进行了设计。

湘潭大学本科毕业设计说明书

第四章 余热锅炉设计

4.1 烟气参数的计算

根据前面的分析，焦炉煤气经过燃气内燃机发电后，其排温度仍高大500～550℃。为保证余热锅炉的换热面积，设计中假定烟气温度为550℃。 余热锅炉进口烟温tin=550℃，出口烟温

tin?tout550?200 tf???375℃

22tout=200℃

烟气流速V=28.8m/s.烟气流量Gv?3600AV，其中A=0.05557㎡。因为测得烟气平均全压P=0.053kPa，约为一个大气压。

烟气的成分如下：

表4-1 烟气成分测定结果

类别 比例 / (%)

CO 0.27

CO2 2.94

O2 14.61

HC 0.0227

NO 0.0167

N2 64.14

H2O 18.00

由于个别成比例很少，因此按照3%的CO2、15%的O2、64%的N2、18%的H2O（汽）计算，常压下375℃时各成分的比热[14]：

N2的比热Cp（N2）=1.0425kJ/(kg·K)

CO2的比热Cp（CO2）=0.917kJ/(kg·K)

O2的比热Cp（O2）=0.9345kJ/(kg·K)

H2O（汽）的比热Cp（H2O）=1.95kJ/(kg·K)

标况下，各成分的密度如下[15]：

?2=1.976kg/m3 CO2的密度?co?H2O（汽）的密度?水蒸气=0.00485kg/m3

3=1.251 N2的密度??kg/mN2?2=1.429kg/m3 O2的密度?O根据密度计算公式：

T?P ???? (4-1)

TP?式中：P—气体的据对压强，kpa;

T—气体的热力学温度，K;

计算所得375℃的烟气各成分的密度：

?co=0.8325kg/m3

2

湘潭大学本科毕业设计说明书

?水蒸气=0.0020kg/m3 ?N32=0.527kg/m

?O=0.602kg/m3

2则根据各成分所占比例求出烟气在375℃下的密度、比热分别如下：

?=3%?co2＋15%?水蒸气＋64%?N＋18%?O

22 =0.453kg/m3

Cp=3%Cp（CO2）＋15%Cp（H2O）＋64%Cp（N2）18%＋Cp（O2）

=1.186kJ/(kg·K)

烟气的质量流量Gm??Gv，

G0?2428.1Nm3/h,Gm=2610kg/h.

?=0.453kg/m3，计算结果为Gv?5761.5m3/h，

标准状况下烟气的速度V0?烟气放出热量

G0=12.1Nm/s 3600AQ?CGm?t (4-2)

=1.186×2610×350=1083411kg/h=300.9kw 折算为的饱合蒸汽为1083411kg/h÷2118.5kJ/kg=0.51t/h

4.2 余热锅炉换热系数的计算

目前, 我国在余热锅炉、燃油、燃气锅炉和油加热器的制造以及柴油、天然气发电机、油田使用的注汽锅炉余热回收装置中, 采用针形管作为换热、传热元件的趋势正在兴起，针形管作为一种新型的强化传热原件正在被广泛采用。针形管换热器特别适合于在换热温差较大, 工作条件较差的环境下工作，是专为燃气发电机组的烟气余热回收而设计的高效节能产品。采用针形管强化传热元件扩展受热面，水管烟侧的受热面大大增加，同时烟气流经针形管表面时形成强烈的紊流，起到提高传热效率和减少烟灰积聚的作用。该余热回收装置具有结构简单、热效率高、运行寿命长、安全可靠、维护方便等优点。目前已在各类燃气发电机组上应用了几百台，均取得了可观的经济效益。所以本文采取针形管余热锅炉。

由于单台针形余热锅炉的额定蒸发量仅0.51t/h，如果换热管内饱和水流量取0.52t/h，水吸热气化后管内的换热系数将严重下降。为提高管内的换热系数，本设计中每台余热锅炉的进水量qm取为6t/h。经换热管后的汽水混合物通过汽水分离装置，饱和水可循环利用。

设计烟气从余热锅炉下方进，上方出，本文针形管采用非标设计，采用内径di=36mm，外径do=45mm的铜管，设计针肋的长度l=31.5mm，针肋直径dt=6mm，针形管周向针肋数

湘潭大学本科毕业设计说明书

nt=12，针肋间距d=11mm，则针形管针肋外径D=108mm。假定管内流速为0.5m/s，则最少

为4根管道，4根管道采用并排排列，管心距D0=115mm，为了合理利用空间采用并排排8列的方式排管。则锅炉上方宽度为B=923mm。长度预设计为L=968mm，则单程管长上针肋排数t=88。

下图3-4为该余热锅炉内针形管的简图：

图4-1 针形管简图

4.2.1 管外对流换热系数的计算

Nu?0.26Re0.6Pr0.33 (4-3) Re?douo??afdo (4-4)

Nu?? (4-5)

式中：?—烟气的导热系数，5.49×10-2W/(m·K)；

?—烟气的黏度，30.825×10-6Pa·s；

uo—烟气在壳程最窄处的流速，m/s； Pr—普朗特数，0.64；

do—传热面的特征尺寸，0.045m；

?—烟气的密度，0.594kg/m3；

壳程内烟气流速计算如下：

壳程流通面积：

S=B×L－N（Ldo＋2×88ldt）

湘潭大学本科毕业设计说明书

=0.923×0.968－8×（0.968×0.045＋176×0.0315×0.006） =0.89－0.63=0.26m2

壳程烟气流速：

5761.5m3/hGv ==6.2m/s uo?0.26m2S则： Re?douo?? ?0.045?6.2?0.594 ?5376.4 ?630.825?10 Nu?0.26Re0.6Pr0.33

0.6 ?0.26?5376.4?0.640.33=38.9

af?Nu??38.9?0.0549? ?47.5W/(㎡·K) do0.0454.2.2管内对流换热系数

管内强制对流沸腾时，由于产生的蒸汽混入液流，出现多种不同形式的两相流结构，换热机理亦很复杂。由于针形管内为沸腾状态，陈氏(Chen)提出一个思想：包括饱和核态沸腾和两相强制对流在内的整个区段内，其换热系数实际上是沸腾换热和强制对流换热两种机理的叠加[19]-[20]，即：

???mic??mac

?mic和?mac也可分别称为微观对流与宏观对流的换热系数，前者与气泡形成过程相

关联，后者则与整体流动相关联。陈氏在引入了气流影响系数F和饱和沸腾抑制系数s

两项修正系数后，可用以下两式计算?值。

Dittus-Boelter公式：

?mackl0.80.4?0.023RelPrlF

di

(4-6)

Forster-Zuber公式：

?mic?kl0.79Cpl0.45?l0.49??0.00122?0.50.290.240.24?(tw?ts)0.24?p0.75?s

????l??g??(4-7)

式中：kl—水在饱和温度下的导热系数，0.6838W/(m·K)；

湘潭大学本科毕业设计说明书

di—针形管内径36mm；

Rel?qm(1?x)di?l——为按液相流量计得的雷诺数；

Prl—水在饱和温度下的普朗特数，其值为1.18；

F—气流影响系数，与Martinelli参数Xtt有关；

1?x0.9?g0.5?l0.1Xtt?()()() ；

x?l?g

计算得出Xtt之后，可由文献[14]图7.5，即本文图4-3中出F的值。 式中：Cpl—水在饱和温度下的比热，4.312kJ/(kg·K)；

?l—水在饱和温度下的密度，916.9kg/m

3

[17]；

?—水在饱和温度下的表面张力，48.6×10?5N/m；

?l—水在饱和温度下的动力粘度，186.4×10-6Pa·s；

?—水在在饱和温度下的汽化潜热，2118.5kJ/kg[15]；

tw,ts—分别为壁温和蒸发温度，200℃和150℃；

?p—相应于?tw?tw?ts这一温差的饱和线上的压差，1078.53kPa ；

x—干度；

s—抑制系数，查图4-2[14]可得s＝0.75；

已知预热锅炉进水流量qm=6t/h，额定蒸发量qz为0.51t/h.所以余热锅炉在满负荷下，针形管内的干度：

湘潭大学本科毕业设计说明书

x?qz0.511?? qm612

Rel?qm(1?x)di?l6000(1?1)0.036512 ==1.08×10

186.3?10?61?x0.9?g0.5?l0.1Xtt?()()()

x?l?g?1?1?2.5430.5?18.63?10?5?0.1?12??? =???13.896?10?6??=0.763 ?1??917?????12?0.9

解得x=1/12．Rel=1.08×105．Xtt=0.763，所以F=1．将各数据代入式（4-6）、(4-7)得：

?mackl0.80.4?0.023RelPrlF

di0.68381.08?1050.036 =0.023

??0.8?1.180.4?1=4964.5W/(㎡·K)

?mic?kl0.79Cpl0.45?l0.49??0.00122?0.50.290.240.24?(tw?ts)0.24?p0.75?s

????l??g??

湘潭大学本科毕业设计说明书

??0.68380.79?4.3130.45?9170.49 ?0.00122??? ?50.5?60.290.240.24?186.4?10?2118.5?2.543???48.6?10????? ?200?150?以上计算所得：

0.24?10.790.75?0.75=39.2W/(㎡·K)

?mac=4964.5W/(㎡·K)．?mic=39.2W/(㎡·K)．所以管内对流换热系数

?=5003.7W/(㎡·K).

4.2.3总换热系数的计算 1、 污垢热阻的确定

余热锅炉运行一段时间后，换热面上常会积起水垢和烟灰之类的覆盖物垢层，有时还由于换热面与流体的相互作用发生腐蚀而引起覆盖物垢层。所有这些覆盖物垢层都表现为附加的热阻，使传热系数减小，换热器性能下降。本文研究的针形管余热锅炉其管外为从燃气内燃机尾气管内排出烟气，由于燃气内燃机燃烧的是焦炉煤气，相对比较清洁，其污垢系数Ro取0.001㎡·K/W。管内为经处理的锅炉给水，由于qm=6t/h，余热锅炉内有四排管道，直径为di=36mm，所以管内水流速度：

管内流体速度： qv?qm??6000kg/h3?6.54m/h 3916.9kg/mVi=

qm6.54= =0.45m/s 2123.14?0.0364??di4[14] 得管内流速Vi=0.45m/s。查文献

可知管内污垢热阻Ri=3.4394?10?4㎡·K/W.

2、 管壁热阻的确定

根据热阻的定义，通过管壁的导热热阻为

Rw?ln(do/di)

2??L

(4-8)

针形管为铜管，其导热系数?为385W/(m·K)，L使用单米长进行计算，计算得：

Rw=9.23?10?5㎡K/W. 3、 总对流换热系数 针肋传热效率的选取

mh?4?fkdtlc

(4-9)

式中：?f—烟侧对流换热系数，47.5W/(㎡·K)；

湘潭大学本科毕业设计说明书

k—针肋导热系数，380W/(m·K)； lc—针肋长度，lc=l+d0/2=54mm； 经计算mh=0.49，图4-4给出了，可知?f=0.8。

?f

mh

图4-4 针翅效率曲线

管外侧除针肋外的基管面积：

F2b?N(?d0L?nLnt?dt/4)

针肋表面积：

Ff?12NnL?dtl

其中：

N—换热器内针形管组根数；

d0—针形管外径45mm； L—使用单米长进行计算，1m；

nL—针形管轴向单米长针肋排数，90.9； nt—针形管周向针肋数12根；

dt—针肋直径6mm；

l—针肋的长度，31.5mm；

有效换热面积：

F?Fb??fFf

?f—针肋传热效率

以管子外表面积为计算依据的传热系数可表示为：

(4-10)

(4-11)

(4-12)

湘潭大学本科毕业设计说明书

K?1A(?Ro)?Rw?(Ri?)(o)?f?f?Ai111

(4-13)

式中：Ao为管外总面积，Ai为管内总面积。

Ao?Fb?Ff

Ai?N?diL

AoN?doL?NnLnt?dt2/4?12nLdtl? AiN?diLdoL?nLntdt2/4?12nLdtl?6.7 ?diLK?1A(?Ro)?Rw?(Ri?)(o)?f?f?Ai1111

?1??1?1??0.001???9.23?10?5??3.4394?10?4????6.747.50.85003.7????Ao?6.7．所以总传热系数K=32.3W/(㎡·K). Ai?32.3

经计算

传热面:Q?KS?tm （4-14） 由于管内温度维持水的蒸发温度150℃，管外烟气进口温度tin?550℃，烟气出口温度tout?200℃．?tmax=550℃-150℃=400℃，?tmin=200℃-150℃=50℃．对数平均温差：

?tm??tmax??tmin400?50350???168.3℃ （4-15）

?tmax4002.08lnln50?tmin300.9?103QS? = =55.35m2

K?tm32.3?168.3根据前面设计单程针形管表面积：

s??doL?ntt?dtl

湘潭大学本科毕业设计说明书

=3.14×0.45×0.968＋12×88×3.14×0.006×0.0315 =0.77m2 计算所得总管程数为：

n?S=71.8?9

88s4.3阻力计算

烟气侧阻力损失

余热锅炉中烟气侧的流动阻力主要包括摩擦阻力损失、局部阻力损失以及气体冲刷管束的阻力损失。管内流动阻力损失包括沿程阻力损失和局部阻力损失。

对于针状换热器，一般由经验公式计算其阻力损失，烟气侧阻力损失按下式计算：

?hf?ag(N?m)V2tf273 (4-16)

式中：

； ?hf——烟气侧阻力损失（Pa）

a——阻力系数，可取0.0167；

V——标准状态下烟气的流速（Nm/s）； Z——烟气流动方向上管子排数；

m——烟气流动方向上管子组数（即水的行程数）；

tf——烟气的平均温度；

式中N=8，m=9；经计算可知?hf=526.5Pa.。

4.3余热锅炉外形设计与外部附件选型

该余热锅炉的附件设计包括余热锅炉进气口出气口的设计、接管集箱的设计、法兰的选型。

由于本文介绍的余热锅炉采用的针形管，所以本文所设计的锅炉形状为方形；烟气进出口管道截面积和余热锅炉截面积之比约为1：4，因此采用喇叭口将烟气分散输送到余热锅炉中，以上外形具体尺寸在附录二余热锅炉中表示。

首先设集箱内水的流速?=0.5m/s。

A?qm?水?A=0.0036m2

r???34mm

在选择法兰时,采用板式平焊钢制法兰（HGZ0593-1997），公称通径DN为65mm，外径为76mm。所以改设集箱的直径为65mm，所计算得出的集箱内的流速为0.55m/s。以上附件的具体尺寸在附录二余热锅炉中给出。

湘潭大学本科毕业设计说明书

第五章 节能及技术经济评价

本项目是为了减轻焦炉煤气对周边环境的影响而建的，本身就是一个环保项目，项目建设不但能彻底解决焦炉煤气直接对空排放对周边环境造成的污染，而且能够获得较好的经济效益。

5.1 投资估算

本工程估算包括燃气内燃发电机组、冷却水系统、供油系统、电气系统等附属系统。本项目估算没有考虑燃气机组排气余热利用的投资，所有投资全部一期一次性完成。

全部工程投资概算表如表5-1所示：

表5-1 总投资估算表 序号 一 燃气机组（含发电机及控制屏） 二 焦炉煤气处理及供应系统 三 煤气柜 四 电气系统 五 冷却水系统 六 辅助生产设施 七 附属生产工程 小计 26 10 16 23 5 120 120 2.41 457 320 70 200 20 3869 3869 77.72 137 30 10 30 8 319 319 6.41 180 490 670 13.46 620 360 96 253 33 4308 180 490 4978 100 5 34 50 89 工程或费用名称 建筑工程 设备购置 (万元) 35 (万元) 2768 安装工程 其它费用(万元) 54 (万元) 2857 合计 (万元) 八 其它费用 九 基本预备费 工程静态投资合计 十 各项占百分比% 注：设备运杂费按设备7%计入设备购置费中；辅助生产设施除考虑溴化锂致冷100万元外，还包括煤气前处理以及机组起吊装置等；附属生产设施包括机组润滑油系统。

表中其他费用概算情况如下：

建设场地清理费30万，项目建设管理费、工程质量监督检测费50万，设备服务费、备品备件费20万，项目建设技术服务费40万，勘察设计费、竣工图文件编制费30万，

湘潭大学本科毕业设计说明书

生产职工培训、生产准备费等等10万左右，一共180万元左右。

5.2 技术经济评估

5.2.1 技术经济评价 1、年销售收入

工程建成后，工程合计年销售电量6000万kWh,按照国家税收政策，企业利用废水、废气、废渣等废弃物为主要原料进行生产的，可在5年内减征或者免征所得税。本项目完全是利用本公司焦炉生产过程中剩余荒煤气，按照税收优惠政策，自生产经营之日起，免征所得税5年，5年后所得税税率按25%计提。工程投产后电价0.50元/kWh计，所以前5年内年每销售收入为0.50元/kWh×6000万kWh=3000万。

2、成本估算

由于该工程使用的焦炉煤气为以前直接对外排放的，所以在该发电工程的计算成本可以近似焦炉煤气的成本为0，所计成本包括以下方面：

1) 项目本身消耗电量，厂用电率按5%计，一年用电375万千瓦，合计电费约为187.5万元；

2) 电机组折旧，工程运行按15年全部折旧完，折旧率6.7%，根据成本计算每年的折旧费用为333.5万元

3) 项目年提修理费及日常维护材料费用按折旧费用的50%计，则每年的费用大概为167万元。

4) 机油消耗按1.5g/kWh，机油价格按6.7元/kg，故机油消耗0.01元/kWh．每年消耗机油的成本费用为75万元。

5) 工程每人每年工资及福利按3.0万元计，工程投产后为保证机组24小时运行，所需要的工作人员大概预计为50人，年支出至少为150万元。

6) 其它费用包括管理费在内按0.01元/kWh计，费用为75万元每年。 工程每年正常运行合计消耗成本为988万元 3、利润总额

煤气发电年销售收入3000万元，年成本消耗为988万，利润为2012万元，由于本项目完全是利用本公司焦炉生产过程中剩余荒煤气，按照税收优惠政策，自生产经营之日起，免征所得税5年，5年后所得税税率按25%计提，但是需要扣除增值税（按国家政策，增值税减半征收，8.5%），所以前5年每年的利润即为1757万元。

4、投资回收期

静态投资回收期是指以项目的净收益抵偿全部投资（固定资产投资、投资方向调节税和流动资金）所需要的时间。它是考察项目在财务上的投资回收能力的主要静态评价指标。

湘潭大学本科毕业设计说明书

该项目投资总额4978万元，利润总额为1757万元，所以静态投资回收期至少为2.8年。

5.2.2 评价结论

本工程投产后在其计算5年的生产经营期内，计算利润总额3807万元；在其后的10年内总收入为30000万元，总的成本为9880万元，上缴增值税金及附加1500万元；上缴所得税4392万元；计算所得15年投资总收入为18035万元。从上述财务评价看，本项目投资回报率高，投资回收周期快，具有很高的经济效益。从敏感性分析看，项目前期需要大量的资金提供，有一定的风险，后期回报高，具有一定的抗风险能力。因此，项目从财务上看是可行的。从环保评价来看，每年节约大量的煤炭资源，并且减少了高温焦炉煤气对大气的污染，减缓地球气候恶化。从对企业的经济效益方面评价，平均每年新增额外收入1200多万，该投资属于正发展有很好的发展前景，同时发电的余热尾气所产生的蒸汽也有很好的收益。

5.3 节能评估

5.3.1 煤气消耗量的计算

本项目按一期全部建成考虑：一期上16台500GF-RJ燃气内燃机，但是实际使用台数为15台，总发电功率为7500kW。当焦炉气低位热值为16.8MJ/Nm3，燃机热耗为12.5MJ/(kWh)。即效率按28%、每台机组的煤气耗量为325Nm3/h计算时，总的煤气耗量为4875Nm3/h。

5.3.2 发电量计算

全部项目建成后的总的装机容量为7500kW，因煤气发电机组的年检修时间很少，一般只做平时的保养，因此每年发电时间按333天（8000小时）计，年发电量为6000万kWh，厂用电率为5%，因此，每年可用于上网的总电量为5700万kWh。

5.3.3 余热锅炉产生的蒸汽量计算

煤道出口烟气温度一般为550℃，经针型管烟气换热后烟气温度200℃，烟气流量为Gm=2610kg/h.（烟气密度ρ=0.453kg/Nm3；烟气比热C=1.186kJ/(kg·K)，烟气由550℃降为200℃时，一台机组释放的热量为：

Q?CGm?t=1.186×2610×350=1083411kj/h=300.9kw

折算为的饱合蒸汽为1083411kg/h÷2118.5kJ/kg=0.51t/h 15台机组每天可回收热量为：

Qz=24×15×1.08×106×95%≈3.7?108kj

每天余热回收热量折算为饱合蒸汽产量为：24×15×0.51t/h=183.6t/d，折算为每小时产气量为7.65t/h。余热锅炉效率为30%，因此可知每小时产生蒸汽量为2.3t/h。

湘潭大学本科毕业设计说明书

5.3.4 节能计算

项目是利用放散的焦炉剩余煤气发电，项目建成后可消耗热值16.8MJ/Nm3的焦炉煤气4022万Nm3/年，年发电6000万kWh。目前，火电厂每发一度电需要消耗0.366kg标准煤。由此可知，焦炉煤气发电系统每年的发电量可折算的标准煤为16.4万吨。

此外，利用发电机组的排气余热，可产生饱和蒸汽61200吨/年，产生一吨蒸汽大约需要600kw热量，折算为标煤为13439.5吨/年，合计折算为标准煤为17.7万吨/年。

湘潭大学本科毕业设计说明书

第六章 全文总结

随着我国炼焦产业的发展，焦炉煤气的浪费现象严重，大量的焦炉煤气被发散或得不到合理的利用。有效利用炼焦伴生煤气资源，对于中国的可持续发展是一个非常重要的课题，它不仅仅是治理环境污染，更主要的是节约资源，提高能源利用效率，解决目前的电力、煤炭供应紧张局面，维持国家社会和经济的可持续发展。

因此，针对这种需要，本文对资兴焦电公司的直接对外排放的焦炉煤气资源进行发电，并且对发电后的高温气体进行余热利用，使焦炉煤气资源能够为企业创造更多的经济效益，在这同时保护环境，为企业对外的形象有很大的提升。

6.1论文的结论

1. 首先本文选用的发电方式为燃气内燃机发电，燃气内燃机是目前国际上焦炉煤气发电的先进技术所采用的，它是一种经过实践检验的、非常成熟的设备，成套模块化的热电联产机组使系统效率优化、设计安装简单、运行管理自动化。与其他原动机相比，燃气内燃机具有发电效率和综合效率高、启动时间短、燃气供气压力低（不需要压气机）、污染物排放低等优点。根据实际情况本文选用的发电机组为胜利油田胜利动力机械有限公司生产的500GF-RJ型焦炉尾气发电机组，经计算所需机组为15组，综合考虑停机维修备用等问题，故增加为16组。

2. 本文采用的余热锅炉换热，余热锅炉换热管采用针翅管，目前, 我国在余热锅炉、燃油、燃气锅炉和油加热器的制造以及柴油、天然气发电机、油田使用的注汽锅炉余热回收装置中, 采用针形管作为换热、传热元件的趋势正在兴起。针形管作为一种新型的强化传热原件正在被广泛采用。针形管换热器特别适合于在换热温差较大, 工作条件较差的环境下工作, 从而大大提高了锅炉的热效率, 经济效益显著。由于针形管在国内还没有正规的标准，本文所使用的针形管都是根据非标进行设计，具体尺寸和形状在CAD图中详细标注。

3. 项目是利用放散的焦炉剩余煤气发电，年发电6000万kWh，折算为标准煤为16.4万吨（0.366kg/kWh），利用发电机组的排气余热，可产生饱和蒸汽61200吨/年，折算为标煤为13439.5吨/年，合计折算为标准煤为17.7万吨/年。系统的总投资为4978万元，静态回收期仅为2.8年。

6.2进一步展望

本文在研究余热锅炉的时候，计算所采用的状态都属于理想理论值，由于缺少实际的研究，以及计算工具和经验方面的缺失，在计算热值以及烟气密度和比热方面都有一

湘潭大学本科毕业设计说明书

定的误差，假如根据实际成分进行详细研究计算，那么计算结果的精确性将上升一个台阶，设计过程将会更加符合实际，结果更加准确。

另外，在设计余热锅炉的时候，由于针形管换热管在国内还没有普遍采用，技术标准等等都没有形成统一的标准，以致于本文所使用的针形管都是采用根据实际设计的针形管，所用材料也是根据经验和普通余热锅炉使用方式使用，因此设计结果也与实际的情况存在一定的差别，因此，能够对针形管的设计制造进行一定的标准参照，那么设计的结果将会更加符合实际，结果将更加准确。

因此，焦炉煤气发电在未来还有很大的发展空间，关键是高温尾气的余热利用以及发电系统的发展，提高发电机的效率，制定针形管强化传热的标准将会极大的加速焦化企业节能工程发展。

湘潭大学本科毕业设计说明书

参 考 文 献

[1]刘文宇，江宁，倪维斗，等.焦炉煤气资源及利用系统[J].煤化工，2005(3)：7-11 [2]郑文华，张兴柱.在焦炉煤气的使用现状与应用前景[J].燃料与化工，2004，35（4）：1- 3 [3]British Petroleum Company.BP statistical review of world energy,June 2006：2-43 [4]何艳.我国能源消费的非均衡分析[J].中国能源，2006，28(7)：25-29

[5]马凯.我国当前的能源形势与“十一五”能源发展[J].能源技术与管理，2006(4)：1 [6]毛节华，许惠龙.中国煤炭资源预测与评价[M].北京：科学出版社，1999

[7]钱伯章.世界能源消费现状和可再生能源发展趋势(上)[J].节能与环保，2006(3)：8-11 [8]白冰，李小春，刘延锋，等.中国CO2集中排放源调查及其分布特征[J].岩石力学与工程学报， 2006，25(增1)：2918-2923

[9]杨建华.焦炉煤气净化[M].北京：化学工业出版社，2006：163-165

[10]刘文宇 ,江宁 ,倪维斗 等 . 焦炉煤气资源及利用系统[J]. 煤化工 ,2005 , (3) ：7 - 111 [11]周乃君，陈爱民，罗亮 等.焦炉煤气发电方案与研究[J].节能技术，2008，（26）：202-205 [12]中国电力网.环保能源燃气发电变废为宝技术简介.http://www.chinapower.com.cn. 2007年7月28日

[13]张志坚 ,习桂明. 内燃机利用焦炉煤气发电技术[J] .山东冶金 ,2003 ,25(5) ：66 - 681 [14]朱聘冠.换热器原理及计算[M].北京：清华大学出版社，1987 [15]夏清，陈常贵.化工原理[M].天津：天津大学出版社，2005

[16]董君.燃用焦炉煤气燃气轮机循环系统性能模拟及分析[D].华北电力：2005. [17]张家荣，赵廷光.工程常用物质的热物理性质手册[M].新时代出版社：1987年9月

[18] 钱颂文.换热器设计手册[M].北京:化学工业出版社工业装备与信息工程出版中心,2002

[19] 林宗虎. 强化传热技术[M]. 北京 :化学工业出版社,2007

湘潭大学本科毕业设计说明书

致 谢

本论文的顺利完成离不开王志奇老师的悉心指导，王老师严谨的治学态度，兢兢业业的敬业精神给我留下了深刻的印象。 此外，王老师还在生活上给予我很大的关心和帮助，借此机会，我要对尊敬的老师表示忠心的感谢和崇高的敬意!

论文工作中朱涛同学给予了许多的指导和帮助， 在此我对朱涛表示真诚的谢意!

湘潭大学本科毕业设计说明书

致 谢

本论文的顺利完成离不开王志奇老师的悉心指导，王老师严谨的治学态度，兢兢业业的敬业精神给我留下了深刻的印象。 此外，王老师还在生活上给予我很大的关心和帮助，借此机会，我要对尊敬的老师表示忠心的感谢和崇高的敬意!

论文工作中朱涛同学给予了许多的指导和帮助， 在此我对朱涛表示真诚的谢意!

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/yx65.html