纯低温余热发电方案设计及系统优化 - 图文 

华北电力大学工程硕士学位论文料、生产蒸汽或热水、余热制冷等。（２）动力回收：动力回收就是利用余热产生电能，电能是一种使用方便的高品质能量形式。对于高温余热利用，采用余热发电系统产生电能更符合能级匹配的原则。余热发电的方式有许多种，如：利用余热锅炉首先产生蒸汽，再通过汽轮发电机组，按凝汽循环或背压供热循环发电。对较低温度的余热，在没有合适的热用户的情况下，将余热转换成电能再加以利用，也是一种可以选择的回收利用方案。如：采用低沸点工质（氟里昂等）回收中低温余热，产生的氟里昂蒸汽按朗肯循环在透平中膨胀作功，带动发电机发电；采用加热工质至中低参数，再采用闪蒸器闪蒸出蒸汽，进入汽轮机中混汽做功。另外，利用高炉顶压发电或将富余的高炉煤气用作发电锅炉的燃料也是比较好的回收措施。（３）热泵系统：热泵是一种能使热量从低温物体转移到高温物体的能量利用装置，也就是说它可以把不能直接利用的大量的低温热能变为有用的热能，从而提高热能利用率，节约大量燃料；同时也是改善人类生活环境的非常有前途的措施之一。如已试验研究成功的高性能余热利用技术——毛细泵环（ＣＰＬ）、溴化锂吸收式制冷的三效和多效机组等。２．３．２余热利用原则有效地利用余能资源可以节约能源，但不能盲目地回收，因此在考虑回收方案之前，要注意以下几个问题：（１）要调查是否能提高装置本身的热效率。这样不仅会减少余能（余热）数量，直接降低能源消耗，而且比采用回收装置更为经济、有效；（２）要考虑余能是否能返回装置本身（如预热助燃空气或燃料等）。可以起到直接降低装置的能耗，节约高质量能源的效果，它比回收后供其他用途（如产生蒸汽）节能效果要大；（３）研究具体的回收方案。按照世界能源大会节能委员会的要求：“节能的中心思想是：采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可接受的措施……”因此，回收利用余热总的原则为：要根据余热资源的数量和品位以及用户的需求，尽可能做到能级匹配，在符合技术经济原则的条件下，选择适宜的设备和系统，使余能得到最佳利用，发挥最大效果。对余能资源丰富的钢铁企业，水泥企业来说，慎重考虑回收方案的顺序是非常必要的。回收的难易程度及其回收价值的大小，与携带能量的大小及温度水平有关，同时还要考虑其物质形态。应该根据先易后难、效益大优先的顺序来制定回收方案。２．３．３低温余热发电的现有技术低温余热发电，就是前文所说的余热的动力回收途径。在借鉴国外先进技术的７华北电力大学工程硕士学位论文基础上，经过几代人的努力，我国对低温余热发电已经有了相当成熟的技术，同时也开发了相应的发电设备：如余热锅炉，混汽式汽轮机，闪蒸器等等。在技术方面，低温余热发电技术在我国已经发展了三代，以下本文将逐一讲述利用这三代技术的低温余热发电基本思路。（１）第一代纯低温余热发电技术对于纯中、低温余热发电技术，国外从上世纪六十年代就开始研究，到七十年代中期，该技术无论是从热力系统还是相关发电设备都进入实用阶段，特别是日本，此项技术走在世界前列。我国第一台纯低温余热发电机组安徽省宁国水泥厂４０００ｆ肠的６４８０挑发电设备，就是由日本新能源产业株式会社（ＮＥＤＯ）馈赠。在研究、开发、推广《带补燃锅炉的水泥窑低温余热发电技术》经验的基础上，结合安徽宁国水泥厂余热发电机组的建设，从１９９７开始至２００５年，我国水泥行业利用国产的设备和技术在十数条１２００，／ｄ级、２５００ｆ肛级、５０００ｆ／ｄ级新型干法窑上配套建设了装机容量分别为２ｊ唧、３Ｍ形、６Ｍ∥的纯低温余热电站，由此，中国第一代水泥窑纯低温余热发电技术日渐成熟，综合技术指标可以达到吨熟料余热发电量为３１４０彬／幻一２８～３３胁．乃力。第一代纯低温余热发电的基本思路，是利用水泥窑窑尾预热器排出的３５０℃以下废气设置一台窑尾预热器余热锅炉（简称ＳＰ锅炉）、利用水泥窑窑头熟料冷却机排出的４００℃以下废气设置一台熟料冷却机废气余热锅炉（简称ＡＱＣ炉）、两台锅炉连接一台蒸汽轮机、一台发电机。发电系统主蒸汽参数为Ｏ．６９～１．２７Ｍ阮一２８０～３４０℃、余热发电能力为３１４０彤／堙一２８～３３肌彬ｆ。对于第一代纯低温余热发电的热力系统构成有如下三种模式：ａ、单压不补汽式纯余热发电技术工质流程：ＡＱＣ炉省煤器利用窑头冷却机废气产生８５℃～２００℃热水，分别送至ＡＱＣ炉和ＳＰ锅炉汽包，在两个锅炉中利用蒸发受热面和过热器，产生Ｏ．６９～１．２７朋翰一２８０～３４０℃的过热蒸汽，然后合并为汽轮机主蒸汽，进入汽轮机中做功，做功乏汽通过凝汽器冷却后再除氧，通过给水泵送入ＡＱＣ炉省煤器，形成一工质循环。单压不补汽式纯余热发电技术热力系统图如图２一ｌ。ｂ、复合闪蒸补汽式纯余热发电技术工质流程：ＡＱＣ炉省煤器利用窑头冷却机废气产生８５℃～２００℃热水，分别送至ＡＱＣ炉汽包、ＳＰ锅炉汽包和闪蒸器系统中。进入汽包的热水在两个锅炉中利用蒸发受热面和过热器，产生Ｏ．６９～１．２７Ｍ阮一２８０～３４０℃的过热蒸汽，然后合并为汽轮机主蒸汽，进入汽轮机中做功；进入闪蒸汽系统中的热水，通过降压放出显热，８华北电力大学工程硕士学位论文发电机图２—１单压不补汽式纯余热发电使部分水蒸发为饱和蒸汽，补汽进入汽轮机中做功，另一部分水变为饱和水从闪蒸器底部排出，进入主给水系统；做功乏汽通过凝汽器冷却后再除氧，通过给水泵送入ＡＱＣ炉省煤器，形成一工质循环。复合闪蒸补汽式纯余热发电技术热力系统图如图２—２。ｃ、多压补汽式纯余热发电技术工质流程：ＡＱＣ炉中布置两套受热面、过热器和汽包。靠近烟气进口的一套产生主蒸汽，远离烟气进口的一套装置产生补汽。ＡＱＣ炉省煤器利用窑头冷却机废气产生８５℃～２００℃热水，分别送至ＡＱＣ炉主蒸汽汽包、ＡＱＣ炉补汽汽包和ＳＰ锅炉汽包。进入ＡＱＣ炉主蒸汽汽包和ＳＰ锅炉汽包的热水在两个锅炉中利用蒸发受热面和过热器，产生Ｏ．６９～１．２７膨阮、２８０～３４０℃的过热蒸汽，然后合并为汽轮机主蒸汽，进入汽轮机中做功；进入ＡＱＣ炉补汽汽包的热水，通过远离烟气进口布置的一套蒸发受热面和过热器，产生０．１～０．５此阮、饱和～１６０℃的低压低温蒸汽补汽进入汽轮机中做功；做功乏汽通过凝汽器冷却后再除氧，通过给水泵送入ＡＱＣ炉省煤器，形成一工质循环。多压补汽式纯余热发电技术热力系统图如图２．３。９华北电力大学工程硕士学位论文学岳图２．２复合闪蒸补汽式纯余热发电发电机图２．３多压补汽式纯余热发电１０华北电力大学工程硕士学位论文ｄ、第一代余热发电技术特点分析上述三种技术没有本质的区别，共同的特点：都是利用窑头熟料冷却机中部增设抽废气口或直接利用冷却机尾部废气出口的４００℃以下废气及窑尾预热器排出的’３００～３５０℃的废气余热；最重要的特点是采用Ｏ．６９～１．２７朋翰、２８０～３４０℃的低压低温主蒸汽。区别仅在于：窑头熟料冷却机在生产Ｏ，６９～１．２７Ｍ砌、２８０～３４０℃的低压低温主蒸时或再同时生产０．１～Ｏ．５必阮、饱和～１６０℃的低压低温蒸汽、或再同时生产８５℃～２００℃热水；所产生的热水或闪蒸产汽或再进入余热锅炉吸热产汽；汽轮机采用补汽式或不补汽式汽轮机；复合闪蒸式补汽式适用于汽轮机房与冷却机距离较远的情况而多压补汽式汽轮机适用于汽轮机房与冷却机距离较近的情况。（２）第二代纯低温余热发电技术第二代纯低温余热发电的基本思路：利用水泥窑窑尾排出的３５０℃以下废气设置一台窑尾预热器余热锅炉（简称ＳＰ锅炉）或同时利用窑尾Ｇ级预热器内筒设置过热器；利用熟料冷却机排出的４００℃以下废气设置一台熟料冷却机废气余热锅炉（简称ＡＱＣ炉），或者通过改变窑头熟料冷却机废气排放方式。利用熟料冷却机排出的部分３６０℃以下废气设置一台ＡＱＣ余热锅炉、利用熟料冷却机排出的部分５００℃以下废气设置一台熟料冷却机废气余热过热器（简称ＡＳＨ过热器）；将ＡＱＣ炉排出的废气部分或全部返回冷却机，窑头熟料冷却机冷却风采用循环风方式；利用两台锅炉或者增设的余热过热器设置补汽式蒸汽轮机，发电系统主蒸汽参数为１．５７～３．４３Ｍ砌、３４０～４３５℃、补汽参数为Ｏ～０．１５ＭＰ口、饱和～１６０℃、余热发电能力为３１４０肜／，堙一３８～４２枷．矗肛。实际应用的第二代余热发电热力系统图如图２．４¨别。ａ、目前已经推广应用的第二代余热发电热力系统工质流程：ＡＱＣ炉中布置两套蒸发受热面、过热器和汽包。靠近烟气进口的一套产生饱和蒸汽进入熟料冷却机废气余热过热器，远离烟气进口的一套装置产生补汽。ＡＱＣ炉省煤器利用窑头冷却机废气产生低温热水，分别送至ＡＱＣ炉补汽汽包和除氧器。进入ＡＱＣ炉补汽汽包的热水生产Ｏ．１～Ｏ．５Ｍ阮、饱和～１８０℃的低压低温蒸汽，该蒸汽部分补汽入汽轮机做功，部分进入除氧器热力除氧；从除氧器出来的除氧水经给水泵送入高压汽包和ＳＰ锅炉汽包，在两个锅炉中利用蒸发受热面产生中压或次中压蒸汽，合并进入ＡＳＨ过热器，在过热器中产生１．５７～３．８２膨砌、３４０～４３５℃中压或次中压过热蒸汽，进入汽轮机中做功。做功乏汽通过凝汽器冷却后与除氧器疏水共同进入疏水箱，通过疏水泵送入ＡＱＣ炉省煤器，形成一工质循１１