閃蒸余熱發(fā)電技術

一、概述 
   
 蒸汽／熱水閃蒸復合發(fā)電技術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。該技術主要以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熱能，通過閃蒸系統(tǒng)生產(chǎn)出飽和蒸汽，與過熱蒸汽一起進入多參數(shù)汽輪機作功發(fā)電，從而增加余熱發(fā)電功率。采用此項技術一般可比常規(guī)技術多發(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)電技術的高科技公司，已經(jīng)完成了海南南山電廠燃汽輪機閃蒸余熱發(fā)電工程項目、山東泰山水泥集團公司的2500T/d加5000T/d兩條水泥窯一套13.2MW汽輪機發(fā)電系統(tǒng)的水泥窯閃蒸余熱發(fā)電工程。公司聯(lián)合哈爾濱電站集團國家發(fā)電設備工程研究中心，針對水泥窯余熱特點開展了大量的開發(fā)利用技術工作，取得了比較好的經(jīng)濟效益和社會效益?？偨Y閃蒸余熱發(fā)電技術在水泥窯上的應用可以看出，我公司具有如下優(yōu)勢： 
    
1、我公司集熱力系統(tǒng)優(yōu)化設計、鍋爐與汽輪機設備制造于一體，可根據(jù)水泥廠的廢氣參數(shù)優(yōu)化熱力系統(tǒng)，達到鍋爐、汽機、閃蒸器的最優(yōu)組合，實現(xiàn)最高發(fā)電效率。系統(tǒng)的優(yōu)化需要鍋爐、汽機、系統(tǒng)等設計部門的反復設計，一次設計很難達到最優(yōu)化的結果，只有集中公司的系統(tǒng)設計、鍋爐和汽輪機設計參數(shù)相互反饋再設計和校核才能達到系統(tǒng)的最優(yōu)化，這是我公司的最大優(yōu)勢。 
    2、依托發(fā)電設備國家工程研究中心的完整設備的設計軟件，可根據(jù)公司的具體要求做到對每臺汽輪機的單獨設計，做出的汽輪機針對性好，并且應用具有國際先進水平的三維葉片技術，其內效率明顯高于普通汽輪機。  
    
3、獨特的閃蒸技術，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、與哈電集團國家發(fā)電設備工程中心的緊密合作關系，具有充分的技術保障和雄厚的技術人員資源，從而保證工程質量和運行質量，并可對客戶進行充分的培訓。 
    
5、系統(tǒng)技術可靠，運行簡單方便。經(jīng)濟效益明顯，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)給水泵進入余熱鍋爐,經(jīng)廢氣加熱后,一部分變?yōu)檫^熱蒸汽,進入汽輪機作功發(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)，這部分熱水進入閃蒸器，經(jīng)一級擴容閃蒸出一定量的低壓飽和蒸氣，進入汽輪機相應低壓進汽口作功發(fā)電。閃蒸器內的飽和水進入除氧器，與冷凝水一起經(jīng)除氧后由給水泵供給鍋爐，實現(xiàn)一個完整的熱力循環(huán)。 
圖1所示為海南南山電廠2×FT8燃氣輪機排氣余熱發(fā)電工程的蒸汽／熱水閃蒸復合發(fā)電原則性熱力系統(tǒng)圖。該項目采用了一級閃蒸和雙進汽汽輪機

2、閃蒸系統(tǒng)高效率技術原理 
    
常規(guī)余熱發(fā)電系統(tǒng)與蒸汽／熱水閃蒸復合發(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吸熱特性， ACDE為復合發(fā)電余熱鍋爐的工質吸熱特性。圖中取兩種鍋爐的介質始飽和溫度（C點）相同，C點與所對應煙氣c點的溫差稱之為窄點溫差。從圖中看出，兩種系統(tǒng)的工質吸熱曲線自C點后（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、工程實例： 

1、海南南山電廠2×FT8燃氣輪機排氣余熱發(fā)電工程 

1．1 概況 
   
 海南南山電廠2×FT8燃氣輪機的排氣余熱發(fā)電工程于2002年1月簽約，于2003年5月18日完成72小時試運，驗收并網(wǎng)發(fā)電運行至今。該燃機排氣量166.7kg/s,排氣溫度462℃。 
該系統(tǒng)經(jīng)過三年多的運行，取得了良好的發(fā)電效益，尤其是汽輪機末級葉片在閃蒸汽(飽和蒸汽)的條件下運行良好。 

2、新礦集團華豐煤礦水泥窯閃蒸復合余熱發(fā)電 

2．1概況 
    
該項目于2003年9月11日簽約，為2500t/d＋5000t/d水泥生產(chǎn)線建設閃蒸余熱發(fā)電電廠。計算發(fā)電功率13200kW，該項目于2005年1月開工，并于2006年1月運轉至今。 

2．2工藝流程 
    
在2500t/d、5000t/d水泥生產(chǎn)線上各配置一臺窯頭余熱鍋爐（AQC爐）和一臺窯尾余熱鍋爐（PH爐）。兩條水泥生產(chǎn)線的PH爐產(chǎn)生的主蒸汽經(jīng)混合后接入一臺雙進汽汽輪機的主汽進口；四臺余熱鍋爐的部分熱水抽出后分別引入一臺閃蒸器中，閃蒸出低壓飽和蒸汽進入汽輪機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的配制,機組額定發(fā)電量13200 kW/h。 

2．3主要發(fā)電指標 
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（按年運行7142.4小時計算） 
4）年創(chuàng)產(chǎn)值：4525萬元（按購電價格0.50元計算，自用電率為4%） 
3  CX水泥廠閃蒸余熱發(fā)電工程設計 

3．1概述 
   
 目前本公司正在進行的是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，優(yōu)化確定主蒸汽量為1.6MPa。 
3．2系統(tǒng)方案設計基本條件 
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：設計5000t/d，實際5500t/d，最大6000t/d。 
預熱器級數(shù)：5 
回轉窯形式：φ4.8×74m三擋托輪 
回轉窯形式：φ4.8×74 
冷卻機型號：LBT42310控制流 
冷卻風機數(shù)量：14臺 
年運行天數(shù)：316天 
增濕塔設置形式（高溫風機前或后）：后 
煤磨抽風位置（窯頭或窯尾）：窯頭 

3．2．2窯尾余熱鍋爐設計條件： 
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)熱平衡計算結果及推薦方案 
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，我們對主汽參數(shù)在8、12、16、20、24壓力等級下及閃蒸汽參數(shù)進行了初步的優(yōu)化計算，結果如下： 
不同設計壓力時，鍋爐、汽輪機參數(shù)及機組發(fā)電功率對照表 
汽輪機進汽壓力 主蒸汽參數(shù) 閃蒸汽參數(shù) 汽輪機結果  
壓力 溫度 流量 壓力 溫度 流量 背壓 出力  
ata ata ℃ t/h Ata 　 　 ata kW  
16 16 330 40.220 2 119.6 4.600 0.06 8021  



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

 
3． 當水泥窯在最高排氣溫度工況下根據(jù)計算，系統(tǒng)發(fā)電量為10236kW。 

4． 項目規(guī)模 
    按照上述的水泥窯余熱發(fā)電廢氣參數(shù)，該項目正常狀態(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/熱水閃蒸復合發(fā)電系統(tǒng)引入了閃蒸器。給水經(jīng)給水泵進入余熱鍋爐后, 其中的一部分被廢氣余熱直接加熱為過熱蒸汽,進入汽輪機做功發(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，這部分熱水進入閃蒸器，生產(chǎn)出一定量的低壓飽和蒸汽，進入汽輪機相應的低壓級做功發(fā)電。閃蒸器產(chǎn)生的飽和水進入除氧器（或水箱），與冷凝水一起經(jīng)除氧后由給水泵供給鍋爐，實現(xiàn)一個完整的熱力循環(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。同時由于增加了閃蒸系統(tǒng)，可通過調節(jié)系統(tǒng)循環(huán)水量來較大范圍地適應水泥窯（尤其窯頭）廢氣參數(shù)的大幅波動，提高系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。 

3．3．3設備配置 
   
 根據(jù)本項目水泥窯的特點及余熱發(fā)電系統(tǒng)工藝設計要求，本方案采用一窯兩爐一機加一臺閃蒸器的設備配置方式。即一條5000t/d窯配置窯頭爐和窯尾爐各一臺，余熱鍋爐的過熱蒸汽匯合后直接進入汽輪發(fā)電機組發(fā)電；余熱鍋爐所產(chǎn)生的多余熱水共同進入閃蒸器，閃蒸出來的飽和蒸汽進入汽輪發(fā)電機組的低壓級作功發(fā)電。 
兩爐一機方案是在綜合考慮了投資、廢氣成分、系統(tǒng)復雜程度、可靠性、運行可操作性等因素后確定的最佳方案。其優(yōu)點主要體現(xiàn)在： 

系統(tǒng)簡單，投資降低且便于管理； 
單機容量增大，汽輪發(fā)電機組效率提高。