工业烟气余热回收利用方案优化研究

摘要

节能是继煤炭、天然气及石油、水电、核能之后的又一重要能源，在我国日益紧张的能源形势中发挥着不可替代的作用，且节能作为一种清洁能源，对缓解工业发展带来的环境污染问题，更有着不可磨灭的功绩。节能工作渗透在生产生活的方方面面，其中工业余热利用就是节能工作中非常重要的一部分。我国工业余热资源丰富，但余热回收利用效率低下，其中尤以中、低温烟气余热利用节能潜力巨大。本文以工业烟气余热回收利用为主要研究对象，以余热回收换热器的优化研究为工作重点，展开对工业烟气余热回收利用的优化研究。 本文首先从热力学角度出发，总结了烟气余热利用的总体原则，应用热力学分析，对不同温度水平的烟气余热利用方式予以阐述。并指出，余热回收换热设备在中、低温烟气余热利用中发挥着至关重要的作用。 对余热回收换热器的优化研究是本文的核心内容。本文引入最优化方法（又称数学规划），提出了以价值型动态技术经济评价指标——净现值（）为优化目标，以余热回收换热器换热面积为设计变量的优化设计模型，结合热力学第二定律和技术经济学相关理论，详细推导了数学模型的建立过程，并通过具体实例验证了模型的优化效果，结果表明：净现值优化方法较常规设计可以取得更好的经济效益和环保效益。 最后应用净现值优化设计模型对湖北通山县通力镁业有限责任公司煤粉石灰回转窑改气烧项目中尾部烟气余热回收利用部分进行了设计计算，并求得了余热回收利用后的经济效益和环保效益，为该项目中尾部烟气余热回收利用最终方案的确定提供参考。 本文建立的余热回收换热器优化设计模型不仅考虑了能量的优化问题，同时结合技术经济学相关理论，将资本的时间效益考虑在内，通过对投资后整个运行期内的经济效果分析，可以对回收方案的合理性进行更为全面的评价。本文相关方法和结论亦可为工程应用提供的一定的参考。