畢業(yè)設計論文多品位余熱綜合發(fā)電技術(shù)的應用研究.doc

上海電力學院本科畢業(yè)設計（論文） 題目：多品位余熱綜合發(fā)電技術(shù)的應用研究 院系： 能源與環(huán)境工程學院 專業(yè)年級：熱能與動力工程2006級學生姓名： 學號： 指導教師： 年月日目 錄中文摘要ABSTRACT 第一章 緒論11.1 余熱發(fā)電背景、發(fā)展及意義11.2國內(nèi)各行業(yè)余熱利用現(xiàn)狀11.2.1純低溫水泥余熱發(fā)電利用21.2.2焦炭行業(yè)余熱利用現(xiàn)狀31.2.3鋼鐵行業(yè)余熱利用現(xiàn)狀31.2.4 浮法玻璃生產(chǎn)余熱利用現(xiàn)狀3第二章 多品位余熱綜合發(fā)電技術(shù)的應用研究介紹52.1 余熱發(fā)電的基本原理52.2我國水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)52.2.1低溫低壓系統(tǒng)52.2.2次中溫中壓系統(tǒng)72.2.3 閃蒸余熱發(fā)電技術(shù)92.2.4 單壓進汽、雙壓補汽、閃蒸補汽熱力系統(tǒng)比較112.3余熱回收發(fā)電的效益分析和前景預測122.3.1經(jīng)濟效益估算122.3.2 社會效益預測13第三章 余熱回收發(fā)電系統(tǒng)主要設備及系統(tǒng)配置143.1 余熱鍋爐143.2 汽輪發(fā)電機143.3 熱力系統(tǒng)153.4注意事項153.5 經(jīng)濟評價及投資分析153.6 余熱系統(tǒng)應注意的幾個問題163.6.1熱力循環(huán)系統(tǒng)問題163.6.2 各余熱鍋爐進出口廢氣參數(shù)選取的問題163.6.3預熱器出口廢氣溫度的選取問題163.6.4 預熱器余熱鍋爐漏風問題173.6.5 預熱器余熱鍋爐進出口廢氣管道閥門設置問題173.6.6汽輪機組問題17第四章 閃蒸做功計算和鋼廠燒結(jié)余熱發(fā)電應用分析184.1一級閃蒸復合發(fā)電系統(tǒng)的做功計算184.1.1 閃蒸擴容基本原理184.1.2 閃蒸后低壓蒸汽做功184.1.3 進入汽輪機主蒸汽做功194.2 某鋼廠燒結(jié)環(huán)冷機余熱發(fā)電應用分析20第五章 結(jié)論235.1 余熱發(fā)電技術(shù)總結(jié)23參考文獻25致謝26附錄一 外文翻譯27多品位余熱綜合發(fā)電技術(shù)的應用研究摘 要現(xiàn)代大型企業(yè)，尤其以鋼鐵、水泥、玻璃等行業(yè)中，存在大量的100500左右的各種載體形式、各種品位的余熱熱能。由于各種余熱的品位參差不齊，往往只有限的利用了較高品位的余熱，對較低品位熱能沒有得到充分利用。因此本課題的主要目地在于設計驗證一種適用于多種載熱工質(zhì)，能對高、中、低多種品位余熱進行綜合回收利用的常規(guī)發(fā)電技術(shù)。在各種余熱發(fā)電技術(shù)中，水泥行業(yè)純低溫余熱發(fā)電技術(shù)是中國最為先進、推廣最為成功的。余熱利用技術(shù)降低了環(huán)境污染和能量浪費，對企業(yè)增加收益和節(jié)能環(huán)保都是非常有利的，有著積極的應用價值。關鍵詞： 多品位熱能; 余熱利用; 閃蒸復合發(fā)電; 余熱鍋爐 Comprehensive multi-grade waste heat of power generation technologyABSTRACTModern large-scale enterprises, especially iron and steel, cement, glass and other industries, there are a lot of 100 500 various carriers around the form of various grade heat energy. A variety of mixed grade waste heat, often only limited use of a high-grade waste heat, heat the lower grade has not been fully exploited. Therefore, this issue is to design the main objective to verify the one for multi-containing thermal transfer, can be high, medium and low grade waste heat a variety of comprehensive recycling of conventional power generation technologies. In a variety of waste heat power generation technology, cement industry, waste heat power generation technology is the most advanced and most successful promotion. Waste heat recovery technology reduces environmental pollution and energy waste, increase revenue of enterprises and are very beneficial to the environment. So waste heat power generation technology has a positive value.Key words: Multi-grade heat; Maste heat recovery; Flash hybrid power generation; HRSG31第一章 緒論1.1 余熱發(fā)電背景、發(fā)展及意義余熱是在一定經(jīng)濟技術(shù)條件下，在能源利用設備中沒有被利用的能源，也就是多余、廢棄的能源。300500這樣一個溫度范圍的余熱資源非常豐富，在我國高能耗行業(yè)大量存在。它包括高溫廢氣余熱、冷卻介質(zhì)余熱、廢汽廢水余熱、高溫產(chǎn)品和爐渣余熱、化學反應余熱、可燃廢氣廢液和廢料余熱以及高壓流體余壓等七種。根據(jù)調(diào)查，各行業(yè)的余熱總資源約占其燃料消耗總量的17%67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%。如果我們能將這些余熱資源重新整合利用，不僅能增加企業(yè)的經(jīng)濟效益，同時對節(jié)能環(huán)保也是十分重要的。專家推算，中國的節(jié)能潛力約為3億噸標煤，若按每噸標煤1000元計算，中國的節(jié)能產(chǎn)業(yè)規(guī)?？蛇_到3000億元，其中余熱發(fā)電就能擁有1000億元以上的巨大市場。從能級的品質(zhì)上，余熱資源可以分為高品位和低品位兩種。高品位余熱資源是指能量密度高、穩(wěn)定連續(xù)的余熱資源，如高溫的過熱蒸汽，焦爐煤氣等。由于品位較高，這些余熱余能的利用相對較為容易。而低品位余熱資源，如300400的煙氣、飽和蒸汽或過熱度很小的蒸汽、8090的熱水等，由于受技術(shù)的限制、企業(yè)節(jié)能意識的淡薄和國家政策的缺失，過去一直沒有得到有效的回收利用。工業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的余熱資源，有效回收利用這些余熱資源，既能減少能源的浪費，又能減少環(huán)境的污染，防止溫室效應的加速，是降低能耗、提高能源利用效率、降低企業(yè)生產(chǎn)成本和提高企業(yè)綜合經(jīng)濟效益與社會效益的重要途徑。1.2國內(nèi)各行業(yè)余熱利用現(xiàn)狀余熱的回收利用途徑很多。一般說來，綜合利用余熱最好；其次是直接利用；第三是間接利用（產(chǎn)生蒸汽用來發(fā)電）。依據(jù)余熱介質(zhì)的不同，其合理利用順序如下：（1）余熱蒸汽的合理利用順序是：動力供熱聯(lián)合使用；發(fā)電供熱聯(lián)合使用；生產(chǎn)工藝使用；生活使用；冷凝發(fā)電用。（2）余熱熱水的合理利用順序是：供生產(chǎn)工藝常年使用；返回鍋爐及發(fā)電使用；生活用。（3）余熱空氣的合理利用順序是：生產(chǎn)用；暖通空調(diào)用；動力用；發(fā)電用。鑒于此，在工業(yè)上，余熱一般優(yōu)先供生產(chǎn)自用，當有剩余時，雖然直接利用（如暖通空調(diào)用或動力用）對能源的利用率要更高一些，但限于暖通空調(diào)用量較小且季節(jié)變化較大的特點，以及作為動力用要求負荷相對穩(wěn)定的特點，該種利用方式具有一定的局限性。更多地，則是選擇采用余熱發(fā)電的技術(shù)對能源進行回收利用。 在鋼鐵、石油化工、建材、水泥、制糖等行業(yè)中，生產(chǎn)廠家具有大量低品位余熱，包括低品位煙氣、蒸汽和熱水等，這些熱量品位低、數(shù)量大、分布較散，基本不能為生產(chǎn)再利用。各行業(yè)專家及有關科研機構(gòu)為了有效回收可資利用的余熱資源，進一步就余熱回收發(fā)電領域進行積極的探索、研究，相繼開發(fā)出了純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及相配套的汽輪機研發(fā)、設計、應用技術(shù)，可使發(fā)電機增加25%的發(fā)電量。該技術(shù)能夠?qū)⑵髽I(yè)中大量的低品位廢熱集中發(fā)電，進一步提高企業(yè)能源的利用率，為各種類型企業(yè)節(jié)能環(huán)保開辟了一條新路。目前，已經(jīng)投入運營或立項研究的余熱發(fā)電技術(shù)主要包括（但不限于）如下行業(yè)：（1）水泥行業(yè)余熱發(fā)電技術(shù)；（2）焦化行業(yè)焦爐尾氣余熱回收發(fā)電技術(shù)；（3）鋼鐵行業(yè)轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電技術(shù)；（4）鋼鐵行業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)；（5）鋼鐵行業(yè)息焦余熱發(fā)電技術(shù)；（6）建材行業(yè)浮法玻璃線余熱發(fā)電技術(shù)；(7) 石化行業(yè)余熱發(fā)電技術(shù)；目前，余熱發(fā)電技術(shù)在我國水泥行業(yè)應用比較普遍，產(chǎn)業(yè)和市場化程度都很高，行業(yè)發(fā)展相對成熟，而有色、鋼鐵、化工等行業(yè)的低品位余熱發(fā)電技術(shù)的應用在我國才剛剛開始。1.2.1純低溫水泥余熱發(fā)電利用純低溫余熱發(fā)電是完全利用余熱，無外加熱源的發(fā)電系統(tǒng)，即利用出預熱器350的煙氣余熱產(chǎn)生低壓過熱蒸汽，并將出篦冷機的煙氣出口前移，以獲得350左右的煙氣，可產(chǎn)生飽和熱水和低壓過熱蒸汽。該系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)簡單，便于管理。在國內(nèi)，經(jīng)過十幾年的開發(fā)、研究和若干實際工程投產(chǎn)運行，對于水泥窯余熱發(fā)電來講，純低溫余熱發(fā)電技術(shù)無論是熱力循環(huán)系統(tǒng)還是設備（國產(chǎn)化）都已成熟可靠，尤其是補汽式汽輪機的研制成功，使我國余熱發(fā)電技術(shù)及裝備除了汽輪機本體效率比日本略低外，總體上的技術(shù)水平已經(jīng)趕上國際先進工業(yè)國家，為我國眾多的不同窯型水泥生產(chǎn)廠提供了可供選擇的余熱發(fā)電技術(shù)及裝備。水泥行業(yè)純低溫余熱發(fā)電屬于中國最為先進、推廣最為成功的余熱發(fā)電技術(shù)。其利用AQC窯頭余熱鍋爐和SP窯尾余熱鍋爐分別對水泥窯的窯頭和窯尾的廢氣余熱進行回收，加熱給水產(chǎn)生低溫蒸汽沖動汽輪發(fā)電機組做功發(fā)電。目前對應于水泥生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力，通常配置容量如下：(1)1300t/d級水泥生產(chǎn)線純低溫余熱電站（余熱發(fā)電容量1.5MW低壓不補汽）(2)2500t/d級水泥生產(chǎn)線純低溫余熱電站（余熱發(fā)電容量3.0MW低壓不補汽）(3)5000t/d級水泥生產(chǎn)線純低溫余熱電站（余熱發(fā)電容量6.0MW低壓不補汽）此外，杭州易達公司專利設計方案，采用次中壓參數(shù)設計，發(fā)電容量將在現(xiàn)有基礎上提高2030。水泥窯余熱發(fā)電裝置利用水泥窯排煙余熱，發(fā)電時不影響水泥熟料的生產(chǎn)，也不需要額外的補燃燃料，是安全可靠的余熱發(fā)電技術(shù)。水泥余熱發(fā)電工程造價約為70008000元/kWh，投資回收期通常為34年。1.2.2焦炭行業(yè)余熱利用現(xiàn)狀焦化工藝在生產(chǎn)過程中將產(chǎn)生大量溫度約達到1000的煙氣，在未被利用之前，直接通過煙囪排放，一方面造成了熱污染，另一方面也浪費了大量能源。鑒于此，2005年，聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織（UNIDO）為促進中國的環(huán)保和節(jié)能降耗工作，以山西省焦化企業(yè)為試點推廣焦爐尾氣發(fā)電項目，選定高平興高焦化有限公司和太原港源焦化有限公司2家為試點焦化企業(yè)，并取得成功。總體而言，焦炭行業(yè)余熱利用較水泥行業(yè)余熱利用發(fā)展要較為緩慢，也未象水泥行業(yè)余熱利用形成規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化，只是進入到21世紀后逐步發(fā)展，但限于認識和投資等因素，項目建設速度較為緩慢。在全國范圍內(nèi)，山西省內(nèi)焦化企業(yè)相對較多，對應在該領域內(nèi)也較全國其他地域發(fā)展較快，已經(jīng)有一部分企業(yè)余熱利用項目建成投產(chǎn)，經(jīng)濟效益和社會效益良好。以年產(chǎn)60萬噸的焦化企業(yè)為例，其可配套建設212MW余熱電站項目，工程投資約為1.21.3億元人民幣，投資回收期約為3年。1.2.3鋼鐵行業(yè)余熱利用現(xiàn)狀燒結(jié)礦余熱回收技術(shù)，用空氣冷卻熱燒結(jié)礦(燒結(jié)設計規(guī)范中要求生產(chǎn)冷燒結(jié)礦)，高溫空氣使鍋爐產(chǎn)生高壓和中壓蒸汽，再進行發(fā)電，低溫空氣可以用于熱風燒結(jié)。而煉鋼轉(zhuǎn)爐中通過安裝汽化冷卻煙道，構(gòu)成蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，可產(chǎn)生飽和蒸汽用于發(fā)電。目前，該兩類余熱利用方式包括濟南鋼鐵、昆明鋼鐵、馬鞍山鋼鐵等在內(nèi)的多個鋼鐵企業(yè)都已經(jīng)付諸實施，并取得了良好的收益。經(jīng)測算，該類余熱發(fā)電項目單位造價在6500元人民幣/kWh，項目投資回收期為2.54年。鋼鐵工業(yè)領域低溫余熱發(fā)電的市場約合150億元，而該行業(yè)的余熱發(fā)電真正實施則是從2005年以后陸續(xù)有企業(yè)建設并投產(chǎn)，因此，于鋼鐵行業(yè)而言，其余熱發(fā)電尚處于起步和推廣階段，其技術(shù)也在逐步完善和提高的階段。相信在不久的將來，隨著技術(shù)的成熟和市場的完善鋼鐵行業(yè)余熱發(fā)電也將迎來一個發(fā)展的高峰。 1.2.4 浮法玻璃生產(chǎn)余熱利用現(xiàn)狀目前，國內(nèi)的平板玻璃行業(yè)大多采用浮法玻璃生產(chǎn)技術(shù)，一條500t/d的浮法玻璃生產(chǎn)線的煙氣余熱一般可生產(chǎn)飽和蒸汽7至8t/h，目前這些余熱蒸汽主要用于冬季采暖，其他時間除極少量蒸汽用來加熱重油外，大量蒸汽白白浪費掉，為此，廣州市瑞溥能源環(huán)保科技有限公司在多年研發(fā)飽和蒸汽發(fā)電技術(shù)的基礎上，開發(fā)出適合浮法玻璃生產(chǎn)線用的余熱發(fā)電技術(shù)，每千瓦的投資僅需人民幣4000元，投資回收期約1年，其經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著。1.3本課題研究的內(nèi)容本課題的主要目地在于設計驗證一種適用于多種載熱工質(zhì)，能對高、中、低多種品位余熱進行綜合回收利用的常規(guī)發(fā)電技術(shù)。從而將其中的熱能，按品位高低，充分的轉(zhuǎn)化為機械功，進一步降低余熱排放溫度和數(shù)量，并結(jié)合能量的梯級綜合利用，大幅度減少對環(huán)境的影響。因此對企業(yè)增加收益和防止環(huán)境污染都是非常有利的，有著積極的應用價值。在給定的余熱資源條件下，由于可利用的溫差比較小，其理想卡諾循環(huán)的效率相對比較低，因此利用現(xiàn)有條件，合理設計余熱鍋爐、汽水參數(shù)、擴容壓力等級，以及組織合理的熱力系統(tǒng)，是構(gòu)造這一循環(huán)的基本設計因素。本文擬進一步通過優(yōu)化設計，以得到最佳可行的功率、效率輸出，從而增大企業(yè)效益和節(jié)能環(huán)保。第二章 多品位余熱綜合發(fā)電技術(shù)的應用研究介紹2.1 余熱發(fā)電的基本原理余熱發(fā)電的基本原理是將工業(yè)生產(chǎn)中排出的余熱通過余熱回收裝置（如余熱鍋爐）產(chǎn)生過熱蒸汽或者飽和蒸汽來推動汽輪機，實現(xiàn)熱能向機械能的轉(zhuǎn)換，再帶動發(fā)電機發(fā)電。用于發(fā)電的余熱主要有：高溫煙氣余熱，化學反應余熱，廢氣、廢液余熱，低溫余熱（低于200）等。2.2我國水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)基于水泥行業(yè)中純低溫余熱發(fā)電技術(shù)已發(fā)展成為中國最為先進、推廣最為成功的余熱發(fā)電技術(shù)，所以筆者的研究課題主要針對水泥行業(yè)余熱發(fā)電技術(shù)展開。我國水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)及推廣應用工作到目前為止大體上經(jīng)歷的三個階段：第一個階段：自1985年起至1995年的干法中空窯高溫余熱發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)及推廣應用階段。至2005年，利用水泥窯高溫余熱發(fā)電技術(shù)累積為水泥行業(yè)干法中空窯配套建設了220余臺發(fā)電機組，發(fā)電總裝機約720MW；第二個階段：自1989年起至2000年的帶補燃鍋爐的新型干法窯中低溫余熱發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)及推廣應用階段。這個階段的工作為開展新型干法窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)奠定了基礎。至2005年，利用帶補燃鍋爐的新型干法窯中低溫余熱發(fā)電技術(shù)累積為28家水泥廠、34條700t/d至2000t/d新型干法窯配套建設了28臺、總發(fā)電裝機約348MW、單機容量在4.5MW15MW的以煤矸石等劣質(zhì)燃料的帶補燃鍋爐的中低溫余熱電站。第三個階段：為1996年起至目前的新型干法窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)及推廣應用階段。這個階段的工作開發(fā)出了多種成熟的、具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備，目前仍在不斷完善、提高和發(fā)展之中。至2008年，利用新型干法窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)累積為國內(nèi)263條新型干法窯配套建設了約218臺、總發(fā)電裝機約1635MW、單機容量在2.5MW25MW的純低溫余熱電站。經(jīng)過二十多年的時間，在從事水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)研究開發(fā)、推廣應用工作的同志們努力下，我國水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)取得了令世人矚目的成績，技術(shù)水平基本達到了國際先進水平并在國內(nèi)、國際水泥企業(yè)得到了廣泛的應用，為節(jié)能減排、保護環(huán)境、提高企業(yè)效益做出了重要貢獻。目前水泥行業(yè)已經(jīng)推廣應用的幾種純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，以蒸汽參數(shù)來分，基本上有兩類：一類為0.691.27MPa280340的低壓低溫系統(tǒng)，一類為1.572.47MPa-325400的次中壓中溫系統(tǒng)。2.2.1低溫低壓系統(tǒng)對于0.691.27MPa280340的低壓低溫系統(tǒng)，其熱力系統(tǒng)構(gòu)成有如下三種模式：其一：單壓不補汽式純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖21。圖21 單壓不補汽式純余熱發(fā)電技術(shù)單壓系統(tǒng)是目前最普遍采用的熱力系統(tǒng)，其流程如圖1所示。本熱力系統(tǒng)中，窯頭余熱鍋爐和窯尾余熱鍋爐生產(chǎn)相同或相近參數(shù)的主蒸汽，混合后進入汽輪機，主蒸汽在汽輪機內(nèi)作功在凝汽器凝結(jié)成水，經(jīng)窯頭鍋爐加熱后到熱力除氧器除氧，由給水泵送入窯頭余熱鍋爐加熱，窯頭余熱鍋爐生產(chǎn)的熱水再為窯頭余熱鍋爐蒸汽段和窯尾余熱鍋爐供水，兩臺余熱鍋爐生產(chǎn)出合格的主蒸汽，從而形成一個完整的熱力循環(huán)。單壓系統(tǒng)的主要特點是汽輪機只設置一個進汽口，窯頭余熱鍋爐和窯尾余熱鍋爐只生產(chǎn)參數(shù)相同或相近的主蒸汽。其二：復合閃蒸補汽純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖22.圖22 復合閃蒸補汽純余熱發(fā)電技術(shù)閃蒸系統(tǒng)應用熱力學上的閃蒸原理，根據(jù)廢氣余熱品質(zhì)的不同而生產(chǎn)一定壓力的主蒸汽和熱水，主蒸汽進入汽輪機高壓進汽口；熱水則在閃蒸容器里產(chǎn)生出低壓的飽和蒸汽，然后補入補汽式汽輪機專門設計的低壓進汽口；主蒸汽及低壓飽和蒸汽在汽輪機內(nèi)一起作功，然后拖動發(fā)電機發(fā)電。低壓蒸汽發(fā)生器內(nèi)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。其三：多壓補汽式純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖23.圖23 多壓補汽式純余熱發(fā)電技術(shù)雙壓系統(tǒng)是根據(jù)水泥窯廢氣余熱的品位的不同，余熱鍋爐分別生產(chǎn)較高壓力和較低壓力的兩路蒸汽。余熱鍋爐生產(chǎn)出較高壓力的蒸汽后，煙氣溫度降低，余熱品位下降，根據(jù)低溫煙氣的品位，再生產(chǎn)低壓蒸汽。較高壓力的蒸汽作為主蒸汽進入汽輪機主進汽口；較低壓力的蒸汽進入汽輪機的低壓進汽口；一起在汽輪機作功，推動發(fā)電機發(fā)電。做功后的乏汽在凝汽器凝結(jié)成水后經(jīng)凝結(jié)水泵加壓到除氧器除氧，再進入熱力循環(huán)。技術(shù)要點：利用水泥窯窯尾預熱器排出的350 以下廢氣設置一臺窯尾預熱器余熱鍋爐（簡稱SP鍋爐）、利用水泥窯窯頭熟料冷卻機排出的400 以下廢氣設置一臺熟料冷卻機廢氣余熱鍋爐（簡稱AQC爐）、兩臺鍋爐設置一臺蒸汽輪機、發(fā)電系統(tǒng)主蒸汽參數(shù)為0.691.27MPa280340 。上述三種技術(shù)沒有本質(zhì)的區(qū)別，共同的特點：都是利用在窯頭熟料冷卻機中部增設抽廢氣口或直接利用冷卻機尾部廢氣出口的400 以下廢氣及窯尾預熱器排出的300350 的廢氣余熱；最重要的特點是采用0.691.27MPa-280340 低壓低溫主蒸汽。區(qū)別僅在于：窯頭熟料冷卻機在生產(chǎn)0.691.27MPa-280340 低壓低溫蒸汽的同時或同時再生產(chǎn)0.10.5MPa-飽和160 低壓低溫蒸汽、或同時再生產(chǎn)85200 的熱水；汽輪機采用補汽式或不補汽式汽輪機；復合閃蒸補汽式適用于汽輪機房與冷卻機距離較遠的情況而多壓補汽式適用于汽輪機房與冷卻機距離較近的情況。2.2.2次中溫中壓系統(tǒng)對于1.572.47MPa325400的次中壓中溫系統(tǒng)，其熱力系統(tǒng)構(gòu)成有如下兩種模式：其一：冷卻機多級取熱純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖24.圖24 冷卻機多級取熱純余熱發(fā)電技術(shù)其二：冷卻機多級取熱及循環(huán)風純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖25。圖25 冷卻機多級取熱及循環(huán)風純余熱發(fā)電技術(shù)技術(shù)要點：利用水泥窯窯尾預熱器排出的350 以下廢氣設置一臺窯尾預熱器余熱鍋爐（簡稱SP鍋爐）或同時利用窯尾C2級預熱器內(nèi)筒設置過熱器；利用熟料冷卻機排出的400 以下廢氣設置一臺熟料冷卻機廢氣余熱鍋爐（簡稱AQC爐），或者通過改變窯頭熟料冷卻機廢氣排放方式：利用熟料冷卻機排出的部分360 以下廢氣設置一臺AQC余熱鍋爐、利用熟料冷卻機排出的部分500 以下廢氣設置一臺熟料冷卻機廢氣余熱過熱器（簡稱ASH過熱器）；將AQC爐排出的廢氣部分或全部返回冷卻機，窯頭熟料冷卻機冷卻風采用循環(huán)風方式；利用兩臺鍋爐或者增設的余熱過熱器設置補汽式蒸汽輪機，發(fā)電系統(tǒng)主蒸汽參數(shù)為1.573.43MPa340435、補汽參數(shù)為00.15MPa飽和160。2.2.3 閃蒸余熱發(fā)電技術(shù)蒸汽熱水閃蒸復合發(fā)電技術(shù)是一種可最大限度地利用中、低溫余熱的純余熱利用型發(fā)電技術(shù)。主要以300左右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)汽輪機做功發(fā)電。(一)閃蒸基本概念（l）閃蒸：一定壓力下的凝結(jié)水或爐水被降壓，部分水分吸收顯熱進行二次蒸發(fā)所得到的蒸汽即閃蒸蒸汽。（2）飽和水溫度：當水在一定壓力下加熱至一定的溫度后，水溫不再升高，液態(tài)水將會被轉(zhuǎn)化成蒸汽，此時的水為飽和水，溫度即為飽和溫度。標準大氣壓下的飽和水溫度為100 9C，壓力越高，飽和水溫度越高。（3）顯熱：飽和水所包含的熱量。壓力越高，溫度越高，飽和水顯熱越高。（4）潛熱：將飽和水轉(zhuǎn)化成蒸汽所需要的熱量。(二)閃蒸原理（l）閃蒸原理：當高壓下的凝結(jié)水的壓力被降低時部分顯熱將被釋放出來，這部分熱量就會以潛熱的方式被水吸收，產(chǎn)生飽和蒸汽。（2）閃蒸比：閃蒸蒸汽和高壓凝結(jié)水的質(zhì)量比。SB=(NH-NL)H*100 （式21）其中：SB一閃蒸比；NH單位質(zhì)量高壓凝結(jié)水的顯熱。KJkg；NL一單位質(zhì)量降壓后凝結(jié)水的顯熱，KJkg；H 低壓蒸汽所含的潛熱，KJkg；(三)閃蒸方式（1）自然閃蒸：不借助外力，自然降壓的閃蒸。圖26為一級自然系統(tǒng)原理圖。圖26 一級自然閃蒸系統(tǒng)（2）強制閃蒸：借助外力強制降壓的閃蒸。圖27為強制閃蒸系統(tǒng)蒸汽噴射式混汽器系統(tǒng)原理圖。圖27 強制閃蒸系統(tǒng)蒸汽噴射式混汽器系統(tǒng)原理圖強制閃蒸因其借助外力強制降低了閃蒸器壓力，同時將閃蒸后的低壓力蒸汽增至用汽系統(tǒng)所需的壓力，因而閃蒸較徹底。(四)熱力系統(tǒng)構(gòu)成（1）系統(tǒng)構(gòu)成閃蒸余熱發(fā)電系統(tǒng)是在發(fā)電熱力系統(tǒng)配置中應用了閃蒸機理，根據(jù)廢氣余熱品質(zhì)的不同而生產(chǎn)一定壓力的主蒸汽和熱水，主蒸汽進入汽輪機高壓端進汽口，而熱水經(jīng)過閃蒸，生產(chǎn)出低壓的飽和蒸汽，補入補氣式汽輪機的低壓進汽El，主蒸汽及低壓蒸汽在汽輪機內(nèi)作功，推動汽輪機轉(zhuǎn)動，共同產(chǎn)生電能。低壓蒸汽發(fā)生器內(nèi)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。發(fā)電系統(tǒng)按閃蒸系統(tǒng)配置數(shù)量有一級閃蒸、二級閃蒸等閃蒸余熱發(fā)電系統(tǒng)。水泥生產(chǎn)線余熱發(fā)電系統(tǒng)中，按閃蒸水生產(chǎn)工藝分別有a、窯頭余熱鍋爐生產(chǎn)閃蒸熱水系統(tǒng)；b、窯頭余熱鍋爐生產(chǎn)低溫熱水，經(jīng)窯尾余熱鍋爐加熱成閃蒸熱水系統(tǒng)；c、窯頭、窯尾余熱鍋爐生產(chǎn)相同參數(shù)的熱水系統(tǒng)。以窯頭余熱鍋爐生產(chǎn)閃蒸熱水系統(tǒng)為例，其構(gòu)成如圖28。圖28 窯頭余熱鍋爐生產(chǎn)閃蒸熱水系統(tǒng)（2）工藝系統(tǒng)特點同常規(guī)火電系統(tǒng)相比較，蒸汽熱水閃蒸復合發(fā)電系統(tǒng)引入了閃蒸器。給水經(jīng)鍋爐給水泵進入余熱鍋爐后，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)生一定壓力的熱水，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。該工藝流程中引入了閃蒸系統(tǒng)，使窯頭AQC鍋爐的排煙溫度降到90左右，極大地提高了余熱利用率。同時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裝置廢氣參數(shù)的大幅波動，提高系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。（五）工程實例河北燕趙5000t/d熟料生產(chǎn)線純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，在窯頭冷卻機中部廢氣出口設置窯頭AQC鍋爐，在窯尾預熱器廢氣出口設置窯尾SP鍋爐。配套一臺BN9-1.0/0.2混壓凝汽式汽輪機和一臺12MW發(fā)電機。AQC爐I段生產(chǎn)18.1t/h-1.1Mpa-340過熱蒸汽，II段生產(chǎn)62.2t/h-170熱水。分別供給SP爐18.7t/h，AQC爐23.0t/h，其余20.5t/h熱水供給閃蒸器生產(chǎn)低壓飽和蒸汽。AQC爐、SP爐生產(chǎn)的過熱蒸汽經(jīng)混合為1.0Mpa-310過熱蒸汽作為主蒸汽進入汽輪機高壓端，窯頭AQC鍋爐產(chǎn)生的部分熱水經(jīng)閃蒸器產(chǎn)生2.3t/h -O.2Mpa-120的飽和蒸汽進入汽輪機低壓端，上述蒸汽做功后的乏汽通過冷凝器冷凝成水，經(jīng)凝結(jié)水泵送入鍋爐除氧器供給AQC爐II段，從而形成完整的熱力循環(huán)系統(tǒng)。2.2.4 單壓進汽、雙壓補汽、閃蒸補汽熱力系統(tǒng)比較（1）國內(nèi)余熱發(fā)電技術(shù)主要采用的三種熱力系統(tǒng)單壓系統(tǒng)：采用單級進汽汽輪機及單壓AQC爐的單壓不補汽系統(tǒng)。雙壓系統(tǒng)：采用補汽式汽輪機的雙壓單級補汽系統(tǒng)，AQC爐生產(chǎn)兩個不同壓力的蒸汽，一為主蒸汽，另一個為低壓補汽。閃蒸系統(tǒng)：采用補汽式汽輪機的復合閃蒸單級補汽系統(tǒng)，AQC爐生產(chǎn)主蒸汽同時生產(chǎn)高溫熱水，高溫熱水再降壓蒸發(fā)出二次蒸汽后，二次蒸汽補入汽輪機。（2） 蒸發(fā)受熱面和過熱受熱面要匹配要想多發(fā)電就應盡量提高蒸汽初參數(shù)，即提高過熱蒸汽溫度和過熱蒸汽壓力。但過熱蒸汽壓力、鍋筒壓力、飽和溫度三者密切相關。只有高于飽和溫度以上的區(qū)段其廢氣才可以加熱過熱蒸汽，因此產(chǎn)生過熱蒸汽的能力受到限制。一般說來，過熱蒸汽產(chǎn)汽量和飽和水產(chǎn)量二者不完全匹配，需設計師進行平衡優(yōu)化計算和設計，采取一些必要的措施。如設低壓蒸發(fā)受熱面和低壓省煤器以使排煙溫度降至90100，即所稱的雙壓系統(tǒng)。 或者不另增加低壓系統(tǒng)，僅使飽和水量增加，設置閃蒸系統(tǒng)，將多余的高壓飽和水通過減壓閃蒸出飽和蒸汽補進汽輪機發(fā)電，即所謂的復合閃蒸補汽系統(tǒng)。（3） 系統(tǒng)發(fā)電能力在相同的條件下，單壓、雙壓、閃蒸三種系統(tǒng)中，單壓系統(tǒng)發(fā)電能力是最低的。以某項目為例，主蒸汽壓力為1.7Mpa時，鍋筒飽和溫度為204，考慮到換熱溫差，SP爐的出口廢氣溫度不可能低于210，同樣由于飽和溫度的限制，熟料冷卻機廢氣通過AQC爐生產(chǎn)主蒸汽后，廢氣溫度也在200以上。而這樣溫度的廢氣，其熱量也只能用于加熱鍋爐給水，由于給水量和給水溫度的限制，冷卻機廢氣溫度經(jīng)AQC蒸汽段和給水加熱段后的出口廢氣溫度也不可能降至140以下。由于廢氣余熱不能得以充分利用，相應影響發(fā)電能力。采用雙壓系統(tǒng)時，發(fā)電能力最高。由于設置了低壓蒸發(fā)段，低壓蒸汽壓力：0.450.05Mpa，低壓段鍋筒飽和溫度 148，再加上設置了低壓省煤器加熱器，排煙溫度能降到95 。采用復合閃蒸單級補汽系統(tǒng)，發(fā)電能力處于中等，是由于廢氣經(jīng)AQC余熱鍋爐生產(chǎn)主蒸汽后，再經(jīng)省煤器加熱段生產(chǎn)高溫熱水，生產(chǎn)出的熱水大部分作為兩臺余熱鍋爐蒸發(fā)段的給水，余下的高溫熱水經(jīng)過閃蒸器生產(chǎn)出低壓飽和蒸汽，低壓飽和蒸汽補進汽輪機發(fā)電，閃蒸器的出水混和汽輪機的凝結(jié)水作為鍋爐的給水，由于閃蒸器的出水溫度為閃蒸器所產(chǎn)蒸汽壓力下對應的飽和溫度，低壓蒸汽壓力：0.45+0.05Mpa，飽和溫度148，高于汽輪機的排汽溫度45，也就是說，雖然冷卻機廢氣余熱被充分利用了，但由于閃蒸器的出水焓未能轉(zhuǎn)換為電能，降低了系統(tǒng)的發(fā)電能力，但由于有閃蒸出的蒸汽補進汽輪機，所以發(fā)電能力在前兩系統(tǒng)之間。（4） 技術(shù)經(jīng)濟比較單壓和雙壓系統(tǒng)造成的投資差別主要集中在三大主機上，對于5000水泥熟料生產(chǎn)線純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)而言，雙壓系統(tǒng)只比單壓系統(tǒng)三大主機價格高100萬元左右，約占總投資的2%，其他輔助設施投資基本相同。但卻能多發(fā)400KW/h電，按保守估計300KW/h，則一年可比單壓系統(tǒng)多發(fā)電約210萬KWh，收益按0.5元/KWh計算，年收益至少在105萬元，而且收益是長期的。2.3余熱回收發(fā)電的效益分析和前景預測 余熱回收發(fā)電項目的良好發(fā)展是與其良好的效益分析不可分割的。2.3.1經(jīng)濟效益估算余熱發(fā)電項目投資為每千瓦裝機約7000元左右。低溫余熱發(fā)電的供電成本通常在012016元/kWh，外購電價普遍在0.50.65元/kWh。余熱發(fā)電的供電可滿足水泥生產(chǎn)用電的1/31/4，噸水泥成本可降低1215元。投資回收期在34年之間。以單條5000 t/d水泥熟料生產(chǎn)線為例：年設計水泥熟料產(chǎn)能150萬噸，以現(xiàn)有平均噸熟料發(fā)電34kWh計算，年發(fā)電5100多萬kWh。扣除系統(tǒng)自耗電7%，年可供電4700萬kWh，相當于節(jié)約標煤19萬噸(按供電煤耗404g標煤/kWh計算)，減少CO2排放約4萬t，年減少 SO2排放約40噸，年減少NOx排放約140E巨。按電網(wǎng)電價055元/kWh，余熱發(fā)電成本015元/kWh計，單條生產(chǎn)線年電價差：1880 萬元，以項目投資6500萬元計算，投資回收期約35年。按噸水泥熟料平均發(fā)電34kWh計算，2008年底投運的263條生產(chǎn)線，在不考慮當年新投產(chǎn)生產(chǎn)線運轉(zhuǎn)率打折的情況下，28587萬噸水泥熟料當年余熱發(fā)電97億kWh，扣除系統(tǒng)自耗電7%，年可供電9021億kWh，相當于節(jié)約標準煤365萬噸，減少CO2排放約765萬噸，年減少SO2排放約7623噸，年減少NOx排放約26800噸，企業(yè)節(jié)約電費388億元。2.3.2 社會效益預測 2008年，我國新型干法水泥熟料產(chǎn)量756億噸，有可能改造余熱發(fā)電項目的733億噸，如果有80%的新型干法水泥生產(chǎn)線進行低溫余熱發(fā)電改造，則年發(fā)電量約199億度，按照電站自用電率7%計算，其年供電量約為185億度，如按供電煤耗 404g標煤/kWh計算，相當于年節(jié)約747萬噸標煤，為水泥生產(chǎn)企業(yè)帶來約80億元經(jīng)濟效益?？梢姡嘈袠I(yè)在新型干法水泥熟料生產(chǎn)線上實施低溫余熱發(fā)電具有很好的環(huán)保、社會效益，對我國實現(xiàn)節(jié)約型社會具有重要的現(xiàn)實意義。第三章 余熱回收發(fā)電系統(tǒng)主要設備及系統(tǒng)配置3.1 余熱鍋爐余熱鍋爐按布置形式可分為立式和臥式兩種，按循環(huán)方式又可分為強制循環(huán)和自然循環(huán)。在中低溫純余熱發(fā)電系統(tǒng)中，一般設置兩臺余熱鍋爐，一臺為窯尾鍋爐通常稱SP爐，一臺為窯頭鍋爐通常稱AQC爐。SP爐設置在最后一級預熱器和窯尾主排風機之間。廢氣溫度一般在300400之間，含塵量高，一般為標準狀況下5080g/m3，廢氣的負壓較大。要求鍋爐的換熱原件不易積灰，受熱面布置便于清灰，且鍋爐的密封性能要好。采取的布置形式一般根據(jù)工廠的場地、粉塵的堆積特性等條件確定。寧國水泥廠的SP爐選用了臥式鍋爐。臥式鍋爐的特點是煙氣在爐中水平流動，受熱面是蛇形光管，豎直布置上端固定在構(gòu)架上，下端為自由端，并焊有振打裝置之連桿，特殊設計的振打裝置對受熱面定期振打，加之蛇形管為豎直懸吊在構(gòu)架上，可使受熱面保持干凈無灰，從而保證了很高的傳熱效果。由于工作介質(zhì)在蛇形管內(nèi)上下流動，無法利用其重度差進行自然循環(huán)，所以采用強制循環(huán)。鍋爐下部用一內(nèi)置式拉鏈機將灰輸送至鍋爐的一端經(jīng)一鎖風喂料機輸出。臺灣花蓮水泥廠的SP爐采用了立式鍋爐。立式鍋爐的特點是煙氣在爐中垂直流動，受熱面也采用蛇形光管，但水平布置，分組采用特殊的掛件懸掛在構(gòu)架上，分組設置振打裝置，從上至下逐組振打，也能滿足清灰的要求，但這種布置方式比起豎管的清灰干凈程度略差，所以在受熱面的設置上要考慮上述因素，以確保鍋爐的高效率。但立式鍋爐占地面積小，布置方便。 冷卻機的廢氣雖然含塵量不大，標準狀況下約1020 g/m3，但磨蝕性大。所以AQC爐的設置分前置式和后置式兩種。前置式即AQC爐設在冷卻機與電除塵器之間，這種設置一般還需加預除塵裝置以減輕粉塵對AQC爐內(nèi)的換熱管磨蝕，因此系統(tǒng)阻力增加較多。后置式即AQC爐設在電除塵和窯頭排風機之間，粉塵對換熱管磨耗小，且系統(tǒng)阻力增加不大，但電除塵器必須密封性能好，漏風量小，熱損失小。窯頭粉塵為熟料顆粒，粘附性不強，所以AQC爐的結(jié)灰不嚴重，一般均選為立式鍋爐。由于窯頭的廢氣溫度低，量大，且對鍋爐的排氣無特殊要求，應盡可能地回收余熱。為了增大換熱面積，強化換熱效果，AQC爐的換熱管應采用螺旋翅片管或蟹形針管等能顯著增加換熱面積而又耐磨蝕的管形。 3.2 汽輪發(fā)電機用于余熱利用的汽輪發(fā)電機的特點是以汽定電，所以要求帶負荷的能力可在較大范圍內(nèi)波動，尤其是發(fā)電機的選型要考慮能超過設計發(fā)電量的15%左右。目前市場上可用于中低溫純余熱發(fā)電系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機有兩種：一種為單壓系統(tǒng)的低參數(shù)凝汽式汽輪機。特點是系統(tǒng)簡單，適合3000kW左右的小機組。另一種為混壓系統(tǒng)，除主蒸氣進口外還有一至兩個補氣口，并輔助采用了熱水閃蒸技術(shù)，用閃蒸的飽和蒸氣混入汽輪機做功。特點是系統(tǒng)較復雜，但系統(tǒng)熱效率較高，適合6000kW以上機組。3.3 熱力系統(tǒng)在熱力系統(tǒng)的設計上一般是根據(jù)廢氣溫度及廢氣量經(jīng)過合理配置來確定蒸氣參數(shù)和蒸氣量，一般選用的汽輪機的參數(shù)比較低。在余熱鍋爐設置上，對SP爐來說因出爐的廢氣還要用于原料的烘干，所以一般SP爐帶汽包僅設置過熱器和蒸發(fā)器。AQC爐的排煙無特殊要求，主要設置省煤器，也可帶汽包設置蒸發(fā)器，有可能的情況下也可適當?shù)脑O置過熱器。余熱鍋爐的受熱面的配置，最終是根據(jù)余熱資源及最大產(chǎn)氣量配置的。所以各水泥廠之間不盡相同，一般余熱鍋爐采用非標設計。由于系統(tǒng)用于水泥廠的余熱發(fā)電，所以汽輪機必須帶有前壓調(diào)節(jié)裝置，當機組在正常運行時，以汽輪機的進口壓力作為主要控制參數(shù)，來調(diào)節(jié)機組輸出功率以保證壓力基本穩(wěn)定，這種方式可適應廢氣余熱參數(shù)的變化，使整個系統(tǒng)有較高的適應性和可靠性。 3.4注意事項1)提供的工藝系統(tǒng)的操作參數(shù)要準確，這些參數(shù)是余熱回收系統(tǒng)的設計依據(jù)。 2)對工藝系統(tǒng)中部分設備要進行核算。窯頭、窯尾風機因系統(tǒng)阻力增加，介質(zhì)溫度變化，運行工況點要進行變化，所以要對運行工況下的風機能力和裝機功率進行核算，能力不夠的要采取相應的措施。生料磨系統(tǒng)。在未考慮余熱發(fā)電系統(tǒng)以前，一般窯尾的廢氣作為生料磨的烘干熱源熱量都有富余，所以對生料磨系統(tǒng)密封要求不是很嚴格；增加了余熱發(fā)電系統(tǒng)后，余熱要做到最大限度的回收，這就需要對生料磨系統(tǒng)加強密封，盡可能減少漏風。漏風量大會產(chǎn)生兩方面的不利影響：提高入磨的熱風溫度即提高鍋爐的排煙溫度，鍋爐可回收的熱量減少；入磨的熱風溫度越低，生料磨的烘干效率越低，而磨尾的排風量隨之增大，耗電量增加。 3)系統(tǒng)的總體設計上汽輪機房盡可能與窯尾鍋爐靠近。而循環(huán)冷卻水池的位置靠近汽輪機房，以減少熱損失和自耗電。 4)增加余熱發(fā)電系統(tǒng)后，會對水泥生產(chǎn)工藝的一些操作參數(shù)產(chǎn)生影響，要作適當調(diào)整。如窯頭篦冷機的操作，生料磨系統(tǒng)的操作，窯頭、窯尾風機、電除塵器的操作等。因此，要做好這一工作必須要有專業(yè)的水泥工藝技術(shù)人員負責協(xié)調(diào)生產(chǎn)系統(tǒng)和余熱發(fā)電系統(tǒng)的關系，參與系統(tǒng)的設計和管理工作。調(diào)整好各自的操作，才能真正做到不影響水泥工藝的生產(chǎn)，并使余熱發(fā)電系統(tǒng)高效率運行。 3.5 經(jīng)濟評價及投資分析 純余熱發(fā)電系統(tǒng)完全是利用水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱發(fā)電，因此投資這種項目可帶來如下好處： 1)余熱發(fā)電系統(tǒng)運行費用少，僅消耗部分水和少量藥品，增加少量管理人員，成本約0.08元/kWh左右，在不增加水泥燒成熱耗的情況下，每噸熟料可發(fā)電2540kWh，可節(jié)約大量電力費用，降低水泥產(chǎn)品成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。2)對電力緊張的地區(qū)，可以緩解因供電不足影響生產(chǎn)的矛盾，發(fā)電自給率可達20%30%。 3)建設用地可利用廠區(qū)空地，不需另外征地。項目的實施不會影響正常的水泥生產(chǎn)。 4)可為國家節(jié)約大量的能源，減少環(huán)境污染。工廠是否投資純余熱發(fā)電項目和系統(tǒng)裝備的選擇應考慮到如下因素： 1)工廠的余熱源。因為這里僅用水蒸氣作為工質(zhì)考慮的，所以如果有兩個以上熱源一個必須大于300，另一個也必須大于200。 2)工廠的管理水平和運轉(zhuǎn)率。工廠必須具備有一定的管理水平且水泥窯的運轉(zhuǎn)率必須大于70%以上，否則由于水泥窯的開停頻繁，發(fā)電系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)率也會降低，影響投資效率和設備的使用壽命。 3)發(fā)電規(guī)模。針對水泥廠的余熱發(fā)電項目，發(fā)電規(guī)模越大，單位發(fā)電量投資越低，反之越高。當然還需結(jié)合當?shù)氐碾妰r考慮，以及能源價格的趨勢，將投資回收控制在35年以內(nèi)時投資風險較小，反之投資風險加大，需慎重考慮。 4)系統(tǒng)裝備的選擇。采用進口設備和技術(shù)的特點：技術(shù)裝備先進、可靠，熱效率高，但投資大，發(fā)電機容量在6000kW以上的機組投資約1800022000元/kW。容量在30006000kW，投資在2200030000元/kW。采用國產(chǎn)設備和技術(shù)的特點：技術(shù)裝備安全可靠，系統(tǒng)簡單，系統(tǒng)熱效率較進口裝備略低，但投資可大大降低。發(fā)電裝機容量在3000kW左右的機組，投資約65007500元/kW。根據(jù)上述情況，我們認為，對于4000t/d以上規(guī)模即裝機容量在6000kW以上的系統(tǒng)可考慮選用進口設備，而對于2000t/d規(guī)模以下即裝機容量在3000kW以下的系統(tǒng)選用國產(chǎn)設備較為適用。3.6 余熱系統(tǒng)應注意的幾個問題 對于上述幾個熱力循環(huán)系統(tǒng)及所需的設備，根據(jù)目前國內(nèi)實際運行情況尚存在如下幾個主要問題：3.6.1熱力循環(huán)系統(tǒng)問題對于復合閃蒸補汽系統(tǒng)及單壓不補汽系統(tǒng)，由于SP爐及AQC爐采用汽水串聯(lián)系統(tǒng)而兩臺余熱鍋爐又分別設置于窯頭和窯尾，這樣當任一臺余熱鍋爐出現(xiàn)故障或預熱器、冷卻機廢氣參數(shù)發(fā)生變化時，整套熱力系統(tǒng)及汽輪機的調(diào)整將比較復雜、困難或者將出現(xiàn)預熱器余熱鍋爐由冷水給水、冷卻機余熱鍋爐放水等情況。對于雙壓補汽系統(tǒng)，由于兩臺鍋爐汽水系統(tǒng)各自獨立，則不會出現(xiàn)前述兩種系統(tǒng)的問題。3.6.2 各余熱鍋爐進出口廢氣參數(shù)選取的問題在水泥生產(chǎn)系統(tǒng)中由于串接了兩臺余熱鍋爐，這樣勢必對水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的運行和調(diào)整產(chǎn)生影響，為此需要慎重確定各余熱鍋爐的進、出口廢氣參數(shù)，為不影響或少影響同時為水泥生產(chǎn)系統(tǒng)進行運行調(diào)整創(chuàng)造條件。3.6.3預熱器出口廢氣溫度的選取問題根據(jù)我們的經(jīng)驗，水泥生產(chǎn)系統(tǒng)在設計、安裝過程中，為了保護窯尾高溫風機及減少增濕塔噴水量，窯尾預熱器塔架頂部的分離器及頂部分離器至高溫風機（或增溫塔）入口的廢氣管道一般不按保溫或不按標準保溫設計、施工，同時也不十分注意其密封。因散熱及漏入冷風，造成窯尾廢氣溫度降幅較大（一般可以達到1030）。例如：現(xiàn)已投入運行的多臺窯尾余熱鍋爐，在未采取措施前，當預熱器出口廢氣溫度為330350時，進鍋爐的廢氣溫度僅有310320，有的甚至僅為290300。由于預熱器出口廢氣、SP爐入口廢氣溫度對純低溫余熱發(fā)電有致命的影響，為此需認真研究如何選取預熱器出口廢氣溫度的設計值，同時應提請水泥生產(chǎn)線設計、安裝、運行管理部門采取相應措施解決這一潛在的問題。3.6.4 預熱器余熱鍋爐漏風問題 窯尾SP余熱鍋爐爐內(nèi)廢氣壓力一般為50007000Pa，如此高的負壓，一旦鍋爐密封不好將使大量冷風漏入爐內(nèi)混入窯尾廢氣，不但將使鍋爐產(chǎn)汽量或熱水溫度下降，重要的是將影響水泥窯的運行、降低窯的熟料產(chǎn)量、增加窯尾高溫風機的電耗，嚴重時水泥窯將不得不停窯或者將SP爐退出水泥窯而不能投運。如果漏風問題處理得當，根據(jù)筆者對多臺SP爐的調(diào)試，SP爐投入運行后，在保證水泥窯熟料產(chǎn)量不變的情況下，窯尾高溫風機的能耗不但不增加反而略有降低。3.6.5 預熱器余熱鍋爐進出口廢氣管道閥門設置問題窯尾SP爐廢氣進口管道閥門的設置往往不能給予足夠重視，因閥門設置不當造成閥門因積灰而打不開或關不上的問題產(chǎn)生，使其影響水泥窯及電站的正常生產(chǎn)運行、調(diào)整和檢修。因此，如何設置窯尾SP爐廢氣進口管道閥門也是需慎重考慮的問題之一。3.6.6汽輪機組問題對于純低溫余熱發(fā)電，因廢氣溫度低、余熱量大，為了將余熱最大限度、經(jīng)濟合理的回收并轉(zhuǎn)換為電能，結(jié)合前述的有關情況，汽輪機組應當具備這樣一種能力：能夠?qū)⒍€甚至多個不同壓力等級的蒸汽同時通入汽輪機，如日本KHI為海螺寧國電站提供的汽輪機組。國內(nèi)自1996年開始研究、開發(fā)用于余熱發(fā)電的能夠同時通入兩個壓力等級蒸汽的汽輪機組，一般稱為補汽式汽輪機組。由于日產(chǎn)數(shù)千噸級的大型水泥窯最近幾年才得以迅速發(fā)展，幾年前這種機組的市場需求不足，在研究開發(fā)這種機組時各方面未給予足夠的重視，雖然已投產(chǎn)運行了五臺補汽式汽輪機組（一臺為2.5MW，四臺為4.5MW），但都沒有達到預其目的，也即補汽不能正常、穩(wěn)定地投入運行。第四章 閃蒸做功計算和鋼廠燒結(jié)余熱發(fā)電應用分析4.1一級閃蒸復合發(fā)電系統(tǒng)的做功計算 某一級閃蒸復合發(fā)電系統(tǒng)簡圖如下：圖41一級閃蒸復合發(fā)電系統(tǒng)4.1.1 閃蒸擴容基本原理 設質(zhì)量為1kg、焓值為h的熱水進入擴容器，從擴容器出來的低壓蒸汽量為a，其焓值為h1;擴容出來的飽和水量為（1-a），焓值為h2.則根據(jù)能量守恒定律得方程： （式41）得： （式42）4.1.2 閃蒸后低壓蒸汽做功 以山東省新汶礦業(yè)集團公司泰山水泥有限公司5000t/d窯外分解窯蒸汽/熱水閃蒸復合發(fā)電工程為據(jù)，筆者對一級閃蒸復合發(fā)電系統(tǒng)做一個簡單的做功計算如下：表41 系統(tǒng)參數(shù)項目符號單位數(shù)值閃蒸器進口水壓力P0Mpa2.00閃蒸器進口水溫度T0199.77閃蒸器進口水焓h0KJ/Kg851.5396凝汽器壓力PcMpa0.005汽輪機排汽焓值hcKJ/Kg2560.765104汽輪機效率0.8