水泥行業(yè)余熱發(fā)電用汽輪機的研究與應用

杭州中能汽輪動力有限公司 高少華 · 2005-03-11 00:00 留言

前言
  隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,電力日益緊張,而水泥生產(chǎn)過程中又有大量的廢熱得不到利用,造成單位產(chǎn)值能耗高,環(huán)境污染嚴重等問題;我們針對性的開發(fā)了純低溫余熱發(fā)電汽輪機,有效地解決了上述問題。本文對我公司開發(fā)的這種汽輪機作簡要介紹
一、 水泥行業(yè)純低溫余熱發(fā)電的歷史
  1995年我公司開發(fā)了第一臺也是全國第一臺純低溫余熱發(fā)電用汽輪機,進汽參數(shù)為1.27Mpa/280℃,功率2200kW,成功運用于江西萬年水泥廠;2000年成功開發(fā)了國內第一臺混壓進汽凝汽式汽輪機,并在錢潮建材股份有限公司順利運行至今;隨后又開發(fā)了純低溫混壓進汽凝汽式汽輪機、6MW純低溫余熱發(fā)電用汽輪機、7.5MW中壓混壓進汽凝汽式等多種適用于水泥行業(yè)的汽輪機,目前,我們已在進行12MW純低溫余熱發(fā)電汽輪機的開發(fā)。
二、 純低溫余熱發(fā)電用汽輪機的特點
1.進汽參數(shù)不穩(wěn)定。這是由水泥生產(chǎn)工藝過程的不穩(wěn)定性所決定的,汽輪機的進汽調節(jié)系統(tǒng)必須能適應進汽參數(shù)的波動,保證汽輪機的穩(wěn)定、安全運行。為此我們增加了前壓調節(jié)系統(tǒng)(見圖1),其基本原理是:將測得的新蒸汽壓力信號輸入前壓調節(jié)器,與設定值比較后,輸出控制信號,直接控制同步器,當新汽壓力偏低時,控制調節(jié)汽閥關小,反之開大。純低溫余熱發(fā)電是一種以汽定電的調節(jié)方式,達到在維持系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)熱-電轉換的目的。如果不設置前壓調節(jié)系統(tǒng)將會導致什么后果呢?可以想象得到:壓力下降時,調閥將會開大,由于余熱鍋爐的蒸發(fā)量不足,促使壓力進一步降低,直至調閥全開,汽輪機通流部分產(chǎn)生嚴重鼓風,致使效率下降。而新汽壓力提高時,調閥將會關小,促使壓力進一步提高,直至安全閥動作放空,造成能量的浪費。所以,余熱蒸汽發(fā)電時,前壓調節(jié)系統(tǒng)是必需的。

                       
2.同等功率下排汽量增加。排氣量的增加意味著末級葉片的增高,而末級葉片的研發(fā)能力是一個企業(yè)科研水平高低的象征,也是汽輪機開發(fā)是否成功的關鍵,我們公司近年來,針對余熱發(fā)電市場,開發(fā)了133、208、330等一系列扭葉片,從而保證了整個產(chǎn)品系列的研制成功。在扭葉片開發(fā)中,我們采用了目前最先進的三元流技術及西門子的強度校核準則,確保末級通流效率的提高并且安全運行。
3.排氣量的增加還意味著冷凝面積的增加。要降低汽耗,就要提高冷凝器的真空度,降低排汽溫度。增加冷凝器的面積是唯一的辦法,以下是純低溫發(fā)電與常規(guī)發(fā)電機組冷凝器面積的對照表:

功率

3MW

6MW

12MW

面積mm2
參數(shù)

常規(guī)進汽參數(shù)

280

560

1000

純低溫進汽參數(shù)

400

800

1200


4、真空系統(tǒng)。冷凝器面積的增加及抽氣器工作參數(shù)的變化必然需要重新設計新的真空系統(tǒng),尤其是要提高抽氣器的抽吸能力。但這些改變對整個裝置外形尺寸沒有影響。
5.進汽能力的提高。進汽參數(shù)的降低,使得蒸汽比容增大,這就要求提高汽輪機的進汽能力。一是要加大主汽門口徑或增加主汽門數(shù)量(雙主汽門),二是調節(jié)級采用進汽能力較大的單列級。由于進汽參數(shù)較低,整機焓降較小,采用單列級后還能提高通流效率,因為雙列復速級的效率在65%以下,而單列級效率可達73%左右。 6.疏水系統(tǒng)。純低溫參數(shù)蒸汽濕度較大,從通流軸向看較早地進入濕蒸汽區(qū),在汽輪機結構上也須作相應的改變,一是提前開出隔板槽間疏水通道,二是末葉片背弧側的防水擊處理,如高頻淬硬、鍍硬鉻等表面處理手段,硬化區(qū)域適當加大。對于沒有給水加熱系統(tǒng)的汽輪機來說(低參數(shù)機組較常見),汽缸底部還需增加疏水口。
三、 6MW純低溫進汽汽輪機介紹
1.該機組適用于2500t/d水泥生產(chǎn)線的純低溫余熱發(fā)電,功率6000kW,機型為N6-1.27。
2.通流結構為一個單列調節(jié)級+七個壓力級,末級扭葉高度為208mm;主汽門直徑200mm;冷凝器面積800m2 。
3.汽輪機采用電液(D+H)調節(jié)系統(tǒng),由美國 WOODWARD公司的505數(shù)字電子調節(jié)器和西門子伺服放大裝置構成,具有遠程開機、在線組態(tài)、調節(jié)精穩(wěn)等優(yōu)點,保安系統(tǒng)采用雙冗余結構見圖2。
                
4.速關組合裝置將各種調節(jié)保安部套集成在一起,具有手動停機、雙冗余遠程停機、速關閥動態(tài)試驗、電液轉換、二次油阻尼調節(jié)等功能,簡化了控制油路,并且更加穩(wěn)定可靠。
結語
    純低溫余熱發(fā)電機組的開發(fā)不僅是局限于通流的開發(fā),更是產(chǎn)品上的更新?lián)Q代,各種最新技術的運用使得汽輪機與整個現(xiàn)代化的水泥生產(chǎn)線融為一體,勢必為水泥工業(yè)的發(fā)展增添無限動力!

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