宝钢蒸汽系统运行参数优化研究

论文摘要

由于经济的迅速发展,能源的消耗量大增,近年来为落实科学发展观,加快经济增长方式转变,建设资源节约型、环境友好型社会和实现可持续发展,我国“十一·五”规划《纲要》明确提出了“未来5年节能目标是,单位GDP能耗要降低20%左右”,并要“形成一批循环经济示范企业”,其中也包括宝钢。钢铁工业是工业部门中的能源消耗大户,能耗占整个国民经济总能耗的15%左右,占工业部门能耗的25%。蒸汽作为钢铁企业的重要能源介质之一,占钢铁企业总能耗的5～8%,虽然蒸汽在吨钢总能耗中较其它能源介质所占比例较小,但由于规模大,蒸汽系统的节能降耗工作成为了钢铁企业降低吨钢能耗的重要途径之一。宝钢蒸汽系统是一个多汽源的复杂供热系统,在稳定管网压力和满足用户需求的前提下,根据生产计划和热力系统负荷的需要集中调度,并利用余热进行发电,为公司创造可观的经济效益。与国内其它钢厂相比,宝钢在蒸汽系统的整体设计规范及运行管理上具有一定的先进性。但是,目前宝钢蒸汽系统主要研究工作仍然集中在系统的调度平衡上,很少对蒸汽系统进行更为深入的分析研究。特别是经过20多年的运行实绩和经验,根据运行人员长期感觉低压蒸汽管网的设计压力偏高和中压蒸汽管网的输送损失太大的问题,如何在满足蒸汽系统安全运行的前提下确定更为合理的管网运行参数以提高系统的能源利用率、挖掘系统的节能潜力方面未进行过定量的研究分析。本文首先对宝钢蒸汽系统的基本概况及运行现状进行全面的调研分析,其中调研分析内容包括汽源的种类、供汽特点、调压手段和安全运行的压力波动范围等,主要终端用户的实际用汽参数、规律、特点等,管网管径、管长和保温材料等相关信息,为优化蒸汽系统的运行参数提供理论和数据支持。其次,建立了蒸汽系统模拟计算模型,可利用有限的管网运行参数,模拟计算出整个管网中所有管段的流量、流向、流速、介质平均物性参数、压降、温降、凝结水的生成量和开始产生凝结水的位置以及所有顶点的的压力、温度等重要运行参数。通过引入了管网水力修正因子和热力修正因子,使模拟计算结果更接近实际运行值,相对误差控制在了5%以内,满足工程模拟计算的精度要求。可基于此模型通过改变宝钢中、低压蒸汽管网运行参数后,模拟并预测低压蒸汽管网降压和中压蒸汽管网升温的运行特性和可能出现的问题,为实现宝钢蒸汽系统运行参数的优化提供决策依据。最后,对宝钢蒸汽系统改变运行参数进行可行性分析,在保证汽源、管网安全运行和满足用户的用汽参数的情况下,确定了中、低压蒸汽管网更为合理的运行参数。低压蒸汽管网运行参数由原来的1.6MPa、260℃降压到1.43MPa、260℃,中压蒸汽管网由原来的4.1MPa、260℃升温到4.1MPa、300℃。对宝钢蒸汽系统运行参数进行优化,不仅可提高蒸汽系统运行效率,降低低压蒸汽系统吨汽能耗,而且为宝钢带来可观的节能环保和经济效益,也为推动企业蒸汽系统进一步节能提供一定的理论基础和技术支撑。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 我国能源利用现状
• 1.1.2 我国“十一·五”节能对策
• 1.2 钢铁行业能源利用现状
• 1.3 宝钢蒸汽系统概况
• 1.3.1 宝钢低压蒸汽系统概况
• 1.3.2 宝钢中压蒸汽系统概况
• 1.3.3 宝钢蒸汽系统存在的主要问题
• 1.4 本课题研究目标及内容
• 第二章 蒸汽管道水力热力数学模型
• 2.1 引言
• 2.2 蒸汽管道的水力模型
• 2.2.1 蒸汽不稳定流动的数学模型
• 2.2.2 蒸汽稳定流动数学模型的建立及简化求解
• 2.3 蒸汽管道的热力模型
• 2.3.1 蒸汽管道散热损失的数学模型
• 2.3.2 蒸汽管道沿途温降计算
• 2.3.3 凝结水量的计算
• 2.4 蒸汽管道水力热力联合计算数学模型
• 2.5 水和蒸汽的热力性质及其数学描述
• 2.5.1 国际公式化委员会制定的水和蒸汽的热力性质
• 2.5.2 水和蒸汽性质国际协会制定的热力学性质新标准
• 2.5.3 IAPWS-IF97 水和蒸汽热力性质的数学描述
• 2.6 本章小结
• 第三章 蒸汽管网模拟计算模型及实例分析
• 3.1 管网结构的数学模型
• 3.1.1 图论简述
• 3.1.2 网络拓扑矩阵
• 3.1.3 网络搜索算法
• 3.1.4 网络的有关定理
• 3.1.5 管网结构的数学描述
• 3.2 蒸汽管网水力热力计算数学模型及其算法
• 3.2.1 蒸汽管网水力计算基本方程
• 3.2.2 蒸汽管网热力计算基本方程
• 3.3 蒸汽管网水力热力计算数学求解方法
• 3.3.1 求解管网基本方程的方法
• 3.3.2 水力和热力计算解法
• 3.3.3 求解非线性方程组
• 3.3.4 蒸汽管网模拟计算流程和步骤
• 3.4 实例计算
• 3.4.1 宝钢低压蒸汽管网模拟计算
• 3.4.2 宝钢中压蒸汽管网模拟计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 低压蒸汽管网降压运行的可行性研究
• 4.1 用户对管网降压运行的可行性分析
• 4.1.1 低压蒸汽用户对管网降压的潜力分析
• 4.1.2 管网降压对低压蒸汽用户的影响
• 4.1.3 小结
• 4.2 汽源对管网降压运行的可行性分析
• 4.2.1 背压汽源降压运行的可行性分析
• 4.2.2 抽汽汽源降压运行的可行性分析
• 4.2.3 低压燃气汽源降压运行的可行性分析
• 4.2.4 余热低压汽源降压运行的可行性分析
• 4.2.5 小结
• 4.3 管网降压运行的可行性分析
• 4.3.1 管网运行的安全性条件
• 4.3.2 管网降压的潜力分析
• 4.3.3 管网降压对管网运行的影响
• 4.3.4 小结
• 4.4 低压蒸汽管网降压运行方案
• 4.4.1 低压蒸汽管网降压运行方案的确定
• 4.4.2 管网降压模拟计算分析
• 4.4.3 管网降压运行的综合效益评价
• 4.4.4 小结
• 4.5 本章小结
• 第五章 中压蒸汽管网升温运行的可行性研究
• 5.1 中压蒸汽管网升温运行的潜力分析
• 5.1.1 汽源对管网升温的潜力分析
• 5.1.2 管网升温的潜力分析
• 5.1.3 用户对管网升温的潜力分析
• 5.2 中压蒸汽管网升温运行方案
• 5.2.1 中压蒸汽管网升温运行方案的确定
• 5.2.2 管网升温模拟计算分析
• 5.3 中压蒸汽管网升温运行的综合效益评价
• 5.3.1 管网升温对管网运行的影响
• 5.3.2 管网升温对汽源供汽量的影响
• 5.3.3 管网升温对用户用汽需求量的影响
• 5.3.4 管网升温运行的综合效益评价
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论及建议
• 6.1 总结
• 6.2 对未来工作的几点建议
• 符号表
• 参考文献
• 附录 1 低压蒸汽管网图
• 附录 2 中压蒸汽管网图
• 附录 3 蒸汽管网模拟计算程序
• 在读期间公开发表的论文和承担的科研项目及取得成果
• 致谢