閃蒸余熱發(fā)電技術(shù)

一、概述
    蒸汽／熱水閃蒸復(fù)合發(fā)電技術(shù)是一種能最大限度地利用中、低溫余熱的純余熱利用型發(fā)電技術(shù)。該技術(shù)主要以200℃~500℃的低溫廢氣作為熱源，通過余熱鍋爐生產(chǎn)出過熱蒸汽和一定量的飽和水，將常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)無法利用的部分低品位低溫?zé)崮?，通過閃蒸系統(tǒng)生產(chǎn)出飽和蒸汽，與過熱蒸汽一起進(jìn)入多參數(shù)汽輪機(jī)作功發(fā)電，從而增加余熱發(fā)電功率。采用此項(xiàng)技術(shù)一般可比常規(guī)技術(shù)多發(fā)電10%左右。
華效資源有限公司是專業(yè)從事中低溫余熱發(fā)電技術(shù)的高科技公司，已經(jīng)完成了海南南山電廠燃汽輪機(jī)閃蒸余熱發(fā)電工程項(xiàng)目、山東泰山水泥集團(tuán)公司的2500T/d加5000T/d兩條水泥窯一套13.2MW汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的水泥窯閃蒸余熱發(fā)電工程。公司聯(lián)合哈爾濱電站集團(tuán)國家發(fā)電設(shè)備工程研究中心，針對(duì)水泥窯余熱特點(diǎn)開展了大量的開發(fā)利用技術(shù)工作，取得了比較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?？偨Y(jié)閃蒸余熱發(fā)電技術(shù)在水泥窯上的應(yīng)用可以看出， 我公司具有如下優(yōu)勢(shì)：
    1、我公司集熱力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、鍋爐與汽輪機(jī)設(shè)備制造于一體，可根據(jù)水泥廠的廢氣參數(shù)優(yōu)化熱力系統(tǒng)，達(dá)到鍋爐、汽機(jī)、閃蒸器的最優(yōu)組合，實(shí)現(xiàn)最高發(fā)電效率。系統(tǒng)的優(yōu)化需要鍋爐、汽機(jī)、系統(tǒng)等設(shè)計(jì)部門的反復(fù)設(shè)計(jì)，一次設(shè)計(jì)很難達(dá)到最優(yōu)化的結(jié)果，只有集中公司的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、鍋爐和汽輪機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)相互反饋再設(shè)計(jì)和校核才能達(dá)到系統(tǒng)的最優(yōu)化，這是我公司的最大優(yōu)勢(shì)。
    2、依托發(fā)電設(shè)備國家工程研究中心的完整設(shè)備的設(shè)計(jì)軟件，可根據(jù)公司的具體要求做到對(duì)每臺(tái)汽輪機(jī)的單獨(dú)設(shè)計(jì)，做出的汽輪機(jī)針對(duì)性好，并且應(yīng)用具有國際先進(jìn)水平的三維葉片技術(shù)，其內(nèi)效率明顯高于普通汽輪機(jī)。
    3、獨(dú)特的閃蒸技術(shù)，使得窯頭鍋爐出口溫度可降低到90℃以下，窯尾鍋爐出口溫度根據(jù)水泥廠的要求做到最低限度，充分利用低位熱能，使噸熟料發(fā)電量做到最大。
    4、與哈電集團(tuán)國家發(fā)電設(shè)備工程中心的緊密合作關(guān)系，具有充分的技術(shù)保障和雄厚的技術(shù)人員資源，從而保證工程質(zhì)量和運(yùn)行質(zhì)量，并可對(duì)客戶進(jìn)行充分的培訓(xùn)。
    5、系統(tǒng)技術(shù)可靠，運(yùn)行簡單方便。經(jīng)濟(jì)效益明顯，一般水泥窯余熱發(fā)電工程投資回收年限不到三年。
二、閃蒸余熱發(fā)電系統(tǒng)工藝流程和技術(shù)原理
    以海南南山電廠閃蒸余熱發(fā)電系統(tǒng)為例，其系統(tǒng)中除余熱鍋爐沒有除灰系統(tǒng)以外，基本過程和原理完全相同。
    1、工藝流程
    給水經(jīng)給水泵進(jìn)入余熱鍋爐,經(jīng)廢氣加熱后,一部分變?yōu)檫^熱蒸汽,進(jìn)入汽輪機(jī)作功發(fā)電。另一部分經(jīng)余熱鍋爐低溫段加熱后，產(chǎn)生熱水(飽和水)，這部分熱水進(jìn)入閃蒸器，經(jīng)一級(jí)擴(kuò)容閃蒸出一定量的低壓飽和蒸氣，進(jìn)入汽輪機(jī)相應(yīng)低壓進(jìn)汽口作功發(fā)電。閃蒸器內(nèi)的飽和水進(jìn)入除氧器，與冷凝水一起經(jīng)除氧后由給水泵供給鍋爐，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的熱力循環(huán)。
圖1所示為海南南山電廠2×FT8燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱發(fā)電工程的蒸汽／熱水閃蒸復(fù)合發(fā)電原則性熱力系統(tǒng)圖。該項(xiàng)目采用了一級(jí)閃蒸和雙進(jìn)汽汽輪機(jī)。
 

2、閃蒸系統(tǒng)高效率技術(shù)原理
    常規(guī)余熱發(fā)電系統(tǒng)與蒸汽／熱水閃蒸復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)的余熱利用情況如圖1所示。BCDE為常規(guī)蒸汽余熱鍋爐的介質(zhì)吸熱特性， ACDE為復(fù)合發(fā)電余熱鍋爐的工質(zhì)吸熱特性。圖中取兩種鍋爐的介質(zhì)始飽和溫度（C點(diǎn)）相同，C點(diǎn)與所對(duì)應(yīng)煙氣c點(diǎn)的溫差稱之為窄點(diǎn)溫差。從圖中看出，兩種系統(tǒng)的工質(zhì)吸熱曲線自C點(diǎn)后（CDE）重合，即過熱蒸汽參數(shù)相同，過熱蒸汽量相等；而兩種系統(tǒng)在低溫段（C點(diǎn)前）所利用的熱量差異較大。常規(guī)余熱爐將59.5噸產(chǎn)生蒸汽的水自105℃加熱到  249 .2℃(飽和溫度)，使煙氣自269.2℃降為209℃排出；而蒸汽／熱水閃蒸系統(tǒng)則將143t水自68℃加熱到249.2（飽和溫度），相應(yīng)的煙氣自269.2℃降為100℃，比常規(guī)系統(tǒng)多利用余熱1666×104kcal/h，即煙氣曲線中的ab段。是常規(guī)蒸汽余熱鍋爐一次余熱利用率的1.40倍。

三、工程實(shí)例：
1、海南南山電廠2×FT8燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱發(fā)電工程
1．1 概況
    海南南山電廠2×FT8燃?xì)廨啓C(jī)的排氣余熱發(fā)電工程于2002年1月簽約，于2003年5月18日完成72小時(shí)試運(yùn)，驗(yàn)收并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行至今。該燃機(jī)排氣量166.7kg/s,排氣溫度462℃。
該系統(tǒng)經(jīng)過三年多的運(yùn)行，取得了良好的發(fā)電效益，尤其是汽輪機(jī)末級(jí)葉片在閃蒸汽(飽和蒸汽)的條件下運(yùn)行良好。
2、新礦集團(tuán)華豐煤礦水泥窯閃蒸復(fù)合余熱發(fā)電
2．1概況
    該項(xiàng)目于2003年9月11日簽約，為2500t/d＋5000t/d水泥生產(chǎn)線建設(shè)閃蒸余熱發(fā)電電廠。計(jì)算發(fā)電功率13200kW，該項(xiàng)目于2005年1月開工，并于2006年1月運(yùn)轉(zhuǎn)至今。

2．2工藝流程
    在2500t/d、5000t/d水泥生產(chǎn)線上各配置一臺(tái)窯頭余熱鍋爐（AQC爐）和一臺(tái)窯尾余熱鍋爐（PH爐）。兩條水泥生產(chǎn)線的PH爐產(chǎn)生的主蒸汽經(jīng)混合后接入一臺(tái)雙進(jìn)汽汽輪機(jī)的主汽進(jìn)口；四臺(tái)余熱鍋爐的部分熱水抽出后分別引入一臺(tái)閃蒸器中，閃蒸出低壓飽和蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的低壓汽入口作輔助發(fā)電?？傮w上組成兩窯四爐一閃一機(jī)的配制,機(jī)組額定發(fā)電量13200 kW/h。
2．3主要發(fā)電指標(biāo)
1）額定發(fā)電功率：13200kW
2）噸熟料發(fā)電能力：42.24 KWh/t
3）年發(fā)電量：9428×104KWh（按年運(yùn)行7142.4小時(shí)計(jì)算）
4）年創(chuàng)產(chǎn)值：4525萬元（按購電價(jià)格0.50元計(jì)算，自用電率為4%）
3  CX水泥廠閃蒸余熱發(fā)電工程設(shè)計(jì)
3．1概述
    目前本公司正在進(jìn)行的是1×5000t/d的CX水泥余熱發(fā)電工程。根據(jù)具體的煙氣參數(shù)和煙氣排放特點(diǎn)，優(yōu)化確定主蒸汽量為1.6MPa。
3．2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)基本條件
3．2．1水泥生產(chǎn)線數(shù)據(jù)：
投產(chǎn)年份：2005年5月18日
熟料產(chǎn)量：設(shè)計(jì)5000t/d，實(shí)際5500t/d，最大6000t/d。
預(yù)熱器級(jí)數(shù)：5
回轉(zhuǎn)窯形式：φ4.8×74m三擋托輪
回轉(zhuǎn)窯形式：φ4.8×74
冷卻機(jī)型號(hào)：LBT42310控制流
冷卻風(fēng)機(jī)數(shù)量：14臺(tái)
年運(yùn)行天數(shù)：316天
增濕塔設(shè)置形式（高溫風(fēng)機(jī)前或后）：后
煤磨抽風(fēng)位置（窯頭或窯尾）：窯頭
3．2．2窯尾余熱鍋爐設(shè)計(jì)條件：
廢氣流量（Nm3/h）：正常380000 Nm3/h，最大400000 Nm3/h
廢氣壓力：C1出口-4250～-4650Pa
廢氣溫度：318～330℃
3．3余熱發(fā)電系統(tǒng)方案
3．3．1參數(shù)分析
1. 水泥窯及廢氣參數(shù)情況
窯頭廢氣流量、溫度：145000Nm3/h，400℃。
窯尾廢氣流量、溫度：380000Nm3/h，320℃，窯尾鍋爐出口溫度200℃。
2. 系統(tǒng)熱平衡計(jì)算結(jié)果及推薦方案
根據(jù)上述參數(shù)，在正常情況下并參考其它同類窯的情況，我們對(duì)主汽參數(shù)在8、12、16、20、24壓力等級(jí)下及閃蒸汽參數(shù)進(jìn)行了初步的優(yōu)化計(jì)算，結(jié)果如下：

不同設(shè)計(jì)壓力時(shí)，鍋爐、汽輪機(jī)參數(shù)及機(jī)組發(fā)電功率對(duì)照表

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果并綜合考慮系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性，我們推薦采用方案三。

                               系統(tǒng)方案圖

 
3． 當(dāng)水泥窯在最高排氣溫度工況下根據(jù)計(jì)算，系統(tǒng)發(fā)電量為10236kW。
4． 項(xiàng)目規(guī)模
    按照上述的水泥窯余熱發(fā)電廢氣參數(shù)，該項(xiàng)目正常狀態(tài)下發(fā)電功率為8022kW，水泥窯在高排氣溫度情況下，發(fā)電功率為10236kW。所生產(chǎn)的電力將全部用于水泥生產(chǎn)。
3．3．2工藝系統(tǒng)
    與常規(guī)火力發(fā)電系統(tǒng)不同的是，蒸汽/熱水閃蒸復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)引入了閃蒸器。給水經(jīng)給水泵進(jìn)入余熱鍋爐后, 其中的一部分被廢氣余熱直接加熱為過熱蒸汽,進(jìn)入汽輪機(jī)做功發(fā)電。另一部分經(jīng)余熱鍋爐低溫段加熱后，產(chǎn)生一定壓力下的熱水，這部分熱水進(jìn)入閃蒸器，生產(chǎn)出一定量的低壓飽和蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)相應(yīng)的低壓級(jí)做功發(fā)電。閃蒸器產(chǎn)生的飽和水進(jìn)入除氧器（或水箱），與冷凝水一起經(jīng)除氧后由給水泵供給鍋爐，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的熱力循環(huán)。
    在這一工藝流程中，引入閃蒸系統(tǒng)，使AQC爐的排煙溫度降到90℃左右，大大提高了余熱利用率。同時(shí)由于增加了閃蒸系統(tǒng)，可通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)循環(huán)水量來較大范圍地適應(yīng)水泥窯（尤其窯頭）廢氣參數(shù)的大幅波動(dòng)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。
3．3．3設(shè)備配置
    根據(jù)本項(xiàng)目水泥窯的特點(diǎn)及余熱發(fā)電系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)要求，本方案采用一窯兩爐一機(jī)加一臺(tái)閃蒸器的設(shè)備配置方式。即一條5000t/d窯配置窯頭爐和窯尾爐各一臺(tái)，余熱鍋爐的過熱蒸汽匯合后直接進(jìn)入汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電；余熱鍋爐所產(chǎn)生的多余熱水共同進(jìn)入閃蒸器，閃蒸出來的飽和蒸汽進(jìn)入汽輪發(fā)電機(jī)組的低壓級(jí)作功發(fā)電。
兩爐一機(jī)方案是在綜合考慮了投資、廢氣成分、系統(tǒng)復(fù)雜程度、可靠性、運(yùn)行可操作性等因素后確定的最佳方案。其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：
系統(tǒng)簡單，投資降低且便于管理；
單機(jī)容量增大，汽輪發(fā)電機(jī)組效率提高。

    最后，我們?cè)笇⒏咝У拈W蒸余熱發(fā)電技術(shù)推薦給廣大的水泥企業(yè)，為我國水泥余熱發(fā)電事業(yè)，做出一定的貢獻(xiàn)。