闪蒸余热发电技术

一、概述 
   
 蒸汽／热水闪蒸复合发电技术是一种能最大限度地利用中、低温余热的纯余热利用型发电技术。该技术主要以200℃~500℃的低温废气作为热源，通过余热锅炉生产出过热蒸汽和一定量的饱和水，将常规发电系统无法利用的部分低品位低温热能，通过闪蒸系统生产出饱和蒸汽，与过热蒸汽一起进入多参数汽轮机作功发电，从而增加余热发电功率。采用此项技术一般可比常规技术多发电10%左右。 

华效资源有限公司是专业从事中低温余热发电技术的高科技公司，已经完成了海南南山电厂燃汽轮机闪蒸余热发电工程项目、山东泰山水泥集团公司的2500T/d加5000T/d两条水泥窑一套13.2MW汽轮机发电系统的水泥窑闪蒸余热发电工程。公司联合哈尔滨电站集团国家发电设备工程研究中心，针对水泥窑余热特点开展了大量的开发利用技术工作，取得了比较好的经济效益和社会效益。总结闪蒸余热发电技术在水泥窑上的应用可以看出，我公司具有如下优势： 
    
1、我公司集热力系统优化设计、锅炉与汽轮机设备制造于一体，可根据水泥厂的废气参数优化热力系统，达到锅炉、汽机、闪蒸器的最优组合，实现最高发电效率。系统的优化需要锅炉、汽机、系统等设计部门的反复设计，一次设计很难达到最优化的结果，只有集中公司的系统设计、锅炉和汽轮机设计参数相互反馈再设计和校核才能达到系统的最优化，这是我公司的最大优势。 
    2、依托发电设备国家工程研究中心的完整设备的设计软件，可根据公司的具体要求做到对每台汽轮机的单独设计，做出的汽轮机针对性好，并且应用具有国际先进水平的三维叶片技术，其内效率明显高于普通汽轮机。  
    
3、独特的闪蒸技术，使得窑头锅炉出口温度可降低到90℃以下，窑尾锅炉出口温度根据水泥厂的要求做到最低限度，充分利用低位热能，使吨熟料发电量做到最大。 
    
4、与哈电集团国家发电设备工程中心的紧密合作关系，具有充分的技术保障和雄厚的技术人员资源，从而保证工程质量和运行质量，并可对客户进行充分的培训。 
    
5、系统技术可靠，运行简单方便。经济效益明显，一般水泥窑余热发电工程投资回收年限不到三年。 

二、闪蒸余热发电系统工艺流程和技术原理 
    
以海南南山电厂闪蒸余热发电系统为例，其系统中除余热锅炉没有除灰系统以外，基本过程和原理完全相同。 
    
1、工艺流程 
   
 给水经给水泵进入余热锅炉,经废气加热后,一部分变为过热蒸汽,进入汽轮机作功发电。另一部分经余热锅炉低温段加热后，产生热水(饱和水)，这部分热水进入闪蒸器，经一级扩容闪蒸出一定量的低压饱和蒸气，进入汽轮机相应低压进汽口作功发电。闪蒸器内的饱和水进入除氧器，与冷凝水一起经除氧后由给水泵供给锅炉，实现一个完整的热力循环。 
图1所示为海南南山电厂2×FT8燃气轮机排气余热发电工程的蒸汽／热水闪蒸复合发电原则性热力系统图。该项目采用了一级闪蒸和双进汽汽轮机

2、闪蒸系统高效率技术原理 
    
常规余热发电系统与蒸汽／热水闪蒸复合发电系统的余热利用情况如图1所示。BCDE为常规蒸汽余热锅炉的介质吸热特性， ACDE为复合发电余热锅炉的工质吸热特性。图中取两种锅炉的介质始饱和温度（C点）相同，C点与所对应烟气c点的温差称之为窄点温差。从图中看出，两种系统的工质吸热曲线自C点后（CDE）重合，即过热蒸汽参数相同，过热蒸汽量相等；而两种系统在低温段（C点前）所利用的热量差异较大。常规余热炉将59.5吨产生蒸汽的水自105℃加热到  249 .2℃(饱和温度)，使烟气自269.2℃降为209℃排出；而蒸汽／热水闪蒸系统则将143t水自68℃加热到249.2（饱和温度），相应的烟气自269.2℃降为100℃，比常规系统多利用余热1666×104kcal/h，即烟气曲线中的ab段。是常规蒸汽余热锅炉一次余热利用率的1.40倍。 

三、工程实例： 

1、海南南山电厂2×FT8燃气轮机排气余热发电工程 

1．1 概况 
   
 海南南山电厂2×FT8燃气轮机的排气余热发电工程于2002年1月签约，于2003年5月18日完成72小时试运，验收并网发电运行至今。该燃机排气量166.7kg/s,排气温度462℃。 
该系统经过三年多的运行，取得了良好的发电效益，尤其是汽轮机末级叶片在闪蒸汽(饱和蒸汽)的条件下运行良好。 

2、新矿集团华丰煤矿水泥窑闪蒸复合余热发电 

2．1概况 
    
该项目于2003年9月11日签约，为2500t/d＋5000t/d水泥生产线建设闪蒸余热发电电厂。计算发电功率13200kW，该项目于2005年1月开工，并于2006年1月运转至今。 

2．2工艺流程 
    
在2500t/d、5000t/d水泥生产线上各配置一台窑头余热锅炉（AQC炉）和一台窑尾余热锅炉（PH炉）。两条水泥生产线的PH炉产生的主蒸汽经混合后接入一台双进汽汽轮机的主汽进口；四台余热锅炉的部分热水抽出后分别引入一台闪蒸器中，闪蒸出低压饱和蒸汽进入汽轮机的低压汽入口作辅助发电。总体上组成两窑四炉一闪一机的配制,机组额定发电量13200 kW/h。 

2．3主要发电指标 
1）额定发电功率：13200kW 
2）吨熟料发电能力：42.24 KWh/t 
3）年发电量：9428×104KWh（按年运行7142.4小时计算） 
4）年创产值：4525万元（按购电价格0.50元计算，自用电率为4%） 
3  CX水泥厂闪蒸余热发电工程设计 

3．1概述 
   
 目前本公司正在进行的是1×5000t/d的CX水泥余热发电工程。根据具体的烟气参数和烟气排放特点，优化确定主蒸汽量为1.6MPa。 
3．2系统方案设计基本条件 
3．2．1水泥生产线数据： 
投产年份：2005年5月18日 
熟料产量：设计5000t/d，实际5500t/d，最大6000t/d。 
预热器级数：5 
回转窑形式：φ4.8×74m三挡托轮 
回转窑形式：φ4.8×74 
冷却机型号：LBT42310控制流 
冷却风机数量：14台 
年运行天数：316天 
增湿塔设置形式（高温风机前或后）：后 
煤磨抽风位置（窑头或窑尾）：窑头 

3．2．2窑尾余热锅炉设计条件： 
废气流量（Nm3/h）：正常380000 Nm3/h，最大400000 Nm3/h 
废气压力：C1出口-4250～-4650Pa 
废气温度：318～330℃ 
3．3余热发电系统方案 

3．3．1参数分析 

1. 水泥窑及废气参数情况 
窑头废气流量、温度：145000Nm3/h，400℃。 
窑尾废气流量、温度：380000Nm3/h，320℃，窑尾锅炉出口温度200℃。 

2. 系统热平衡计算结果及推荐方案 
根据上述参数，在正常情况下并参考其它同类窑的情况，我们对主汽参数在8、12、16、20、24压力等级下及闪蒸汽参数进行了初步的优化计算，结果如下： 
不同设计压力时，锅炉、汽轮机参数及机组发电功率对照表 
汽轮机进汽压力 主蒸汽参数 闪蒸汽参数 汽轮机结果  
压力 温度 流量 压力 温度 流量 背压 出力  
ata ata ℃ t/h Ata 　 　 ata kW  
16 16 330 40.220 2 119.6 4.600 0.06 8021  



根据上述计算结果并综合考虑系统的可靠性、经济性，我们推荐采用方案三。 

 
3． 当水泥窑在最高排气温度工况下根据计算，系统发电量为10236kW。 

4． 项目规模 
    按照上述的水泥窑余热发电废气参数，该项目正常状态下发电功率为8022kW，水泥窑在高排气温度情况下，发电功率为10236kW。所生产的电力将全部用于水泥生产。 

3．3．2工艺系统 
    
与常规火力发电系统不同的是，蒸汽/热水闪蒸复合发电系统引入了闪蒸器。给水经给水泵进入余热锅炉后, 其中的一部分被废气余热直接加热为过热蒸汽,进入汽轮机做功发电。另一部分经余热锅炉低温段加热后，产生一定压力下的热水，这部分热水进入闪蒸器，生产出一定量的低压饱和蒸汽，进入汽轮机相应的低压级做功发电。闪蒸器产生的饱和水进入除氧器（或水箱），与冷凝水一起经除氧后由给水泵供给锅炉，实现一个完整的热力循环。 
   
 在这一工艺流程中，引入闪蒸系统，使AQC炉的排烟温度降到90℃左右，大大提高了余热利用率。同时由于增加了闪蒸系统，可通过调节系统循环水量来较大范围地适应水泥窑（尤其窑头）废气参数的大幅波动，提高系统运行的可靠性和稳定性。 

3．3．3设备配置 
   
 根据本项目水泥窑的特点及余热发电系统工艺设计要求，本方案采用一窑两炉一机加一台闪蒸器的设备配置方式。即一条5000t/d窑配置窑头炉和窑尾炉各一台，余热锅炉的过热蒸汽汇合后直接进入汽轮发电机组发电；余热锅炉所产生的多余热水共同进入闪蒸器，闪蒸出来的饱和蒸汽进入汽轮发电机组的低压级作功发电。 
两炉一机方案是在综合考虑了投资、废气成分、系统复杂程度、可靠性、运行可操作性等因素后确定的最佳方案。其优点主要体现在： 

系统简单，投资降低且便于管理； 
单机容量增大，汽轮发电机组效率提高。