兩代中低溫發(fā)電技術(shù)發(fā)電能力比較

1、兩代中低溫發(fā)電技術(shù)發(fā)電能力比較核心提示：第二代中低溫發(fā)電技術(shù)實現(xiàn)了水泥窯廢氣余熱按其溫度梯級利用，其發(fā)電能力比第一代提高14.5%至31.25%。當(dāng)余熱發(fā)電技術(shù)進一步發(fā)展時，利用第二代技術(shù)建造的余熱電站則具有進一步改造的余地。一、兩代中低溫發(fā)電技術(shù)發(fā)電能力的詳細比較1.發(fā)電能力的比較(1)前提條件為了科學(xué)實用地得出比較結(jié)論，做如下假設(shè)：水泥窯5500t/d熟料產(chǎn)量，熱耗小于750kcal/kg，生料烘干溫度210；窯尾廢氣參數(shù)353600Nm/h-330，出鍋爐廢氣參數(shù)353600Nm/h-210；窯頭冷卻機廢氣參數(shù)310000Nm3/h-290，出鍋爐廢氣參數(shù)310000Nm3/h-100；

2、不考慮粉塵、散熱、漏風(fēng)、排污等因素；發(fā)電機效率為96.5%；第二代技術(shù)主蒸汽參數(shù)2.29Mpa380，第一代技術(shù)主蒸汽參數(shù)0.98Mpa310。(2)比較計算過程比較及計算過程略(3)比較結(jié)論根據(jù)上表，發(fā)電能力的比較結(jié)論如下：在各臺余熱鍋爐進口廢氣溫度、出口廢氣溫度相同的條件下，由于第二代中低溫發(fā)電技術(shù)實現(xiàn)了水泥窯廢氣余熱按其溫度梯級利用，其發(fā)電能力比第一代提高14.5%31.25%。二、第二代技術(shù)比第一代技術(shù)發(fā)電能力高的主要原因：1)主蒸汽溫度的影響溫度對熱能轉(zhuǎn)換為電能的能力有極大的影響，比如：1Kg/h1000的熱水，其含有的熱量1000Kcal/h(熱量的量)，這個熱量理論上轉(zhuǎn)化為電量的

3、最大能力N=1-273/(1000273)×1000×4.1868/3600=0.9135kW(熱量的質(zhì))，理論轉(zhuǎn)換效率為0.9135×860/1000=78.56%。10Kg/h100的熱水，其含有的熱量1000Kcal/h，但這個熱量理論上轉(zhuǎn)化為電量的最大能力為N=1-273/(100273)×1000×4.1868/3600=0.3118kW，理論轉(zhuǎn)換效率為0.3118×860/1000=26.8%。上述轉(zhuǎn)換效率的不同，反映在汽輪機上為：主蒸汽溫度高時，汽輪機進汽焓高，主蒸汽溫度低時，汽輪機進汽焓低，而汽輪機的發(fā)電功率是汽輪機進

4、汽焓與排汽焓的差值。第二代技術(shù)主蒸汽溫度遠高于第一代技術(shù)，其是第二代技術(shù)發(fā)電能力高于第一代技術(shù)的主要原因之一。2)主蒸汽壓力的影響在相同排汽壓力及缸效率的條件下，汽輪機進汽壓力越高排汽焓越低，如：汽輪機排汽壓力為0.007MPa、缸效率為82%，當(dāng)汽輪機進汽參數(shù)為0.98MPa-310時，汽輪機排汽焓為571.7Kcal/Kg；當(dāng)汽輪機進汽參數(shù)為2.29MPa-310時，汽輪機排汽焓為543.46Kcal/Kg。同樣，汽輪機的發(fā)電功率是汽輪機進汽焓與排汽焓的差值。而第二代技術(shù)主蒸汽壓力高于第一代技術(shù)，也是第二代技術(shù)發(fā)電能力高于第一代技術(shù)的主要原因之一。2.系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效及對水泥窯波動適應(yīng)

5、性比較由于第二代技術(shù)采用相對高的主蒸汽壓力和溫度，這樣為第二代余熱發(fā)電技術(shù)系統(tǒng)采用滑參數(shù)運行時的汽輪機設(shè)計制造創(chuàng)造了條件，如：設(shè)計采用第二代技術(shù)的2.29MPa-370主蒸汽參數(shù)時，保證汽輪機高效、安全、穩(wěn)定及汽輪機壽命的主蒸汽壓力和溫度運行變化范圍可以達到1.272.57Mpa、310390；而設(shè)計采用第一代技術(shù)的0.98MPa-310主蒸汽參數(shù)時，保證汽輪機高效、安全、穩(wěn)定及汽輪機壽命的主蒸汽壓力和溫度運行變化范圍只能達到0.691.17Mpa、295320。由于第二代技術(shù)主蒸汽參數(shù)運行范圍比較寬，發(fā)電系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)率、可靠性、對水泥窯生產(chǎn)波動的適應(yīng)性都大大優(yōu)于第一代。3.汽輪機效率、壽命及對

6、水泥窯事故狀態(tài)適應(yīng)能力的比較第二代余熱發(fā)電技術(shù)設(shè)置獨立的過熱器，通過調(diào)整過熱器廢氣量可以方便地調(diào)整主蒸汽溫度，這樣可保證汽輪機進汽參數(shù)能夠長期處于汽機為保證壽命和效率所要求的進汽溫度，從而保證汽機壽命和效率，這樣的配置也同時能使余熱電站在水泥窯臨時事故狀態(tài)下（比如因窯尾系統(tǒng)結(jié)皮、積料、堵塞或窯內(nèi)結(jié)蛋、結(jié)圈等原因引起的臨時斷料）不停機。而第一代余熱發(fā)電技術(shù)，由于不能通過調(diào)整廢氣量來調(diào)整蒸汽溫度同時也沒有其它措施來調(diào)整蒸汽溫度，使蒸汽溫度只能隨水泥窯廢氣溫度的波動而波動，這樣不能保證汽輪機進汽參數(shù)能夠長期處于汽機為保證壽命和效率所要求的進汽參數(shù)，從而不能保證汽機壽命和效率，也不具備水泥窯臨時事故狀

7、態(tài)下（比如因窯尾系統(tǒng)結(jié)皮、積料、堵塞或窯內(nèi)結(jié)蛋、結(jié)圈等原因引起的臨時斷料）不停機的能力。4.水量消耗及單位裝機投資的定性比較第二代余熱發(fā)電技術(shù)系統(tǒng)采用較高蒸汽參數(shù)，汽水管道規(guī)格、配套輔機、閥門及水消耗量都小于第一代，即單位KW裝機投資小于第一代。仍以前述5500t/d窯余熱電站為例比較，具體略。5.運行成本的定性比較第二代余熱發(fā)電技術(shù)的鍋爐給水除氧方式采用常規(guī)熱力除氧，即利用145以下低溫廢氣余熱除氧，其不再消耗額外的動力或化學(xué)藥品，也減少運行維護環(huán)節(jié)，保證鍋爐給水除氧效果的連續(xù)穩(wěn)定。第一代余熱發(fā)電技術(shù)則或者采用化學(xué)除氧方式或者采用真空除氧方式，這兩種除氧方式要么增加化學(xué)藥品消耗要么增加抽真空

8、設(shè)備而增加電力(或蒸汽)的消耗，不但增加電站運行成本或電站自用電量同時增加運行維護環(huán)節(jié)、對于化學(xué)加藥除氧方式也難以保證鍋爐給水除氧效果的連續(xù)穩(wěn)定。6.鍋爐給水互相影響的比較第二代余熱發(fā)電技術(shù)兩臺鍋爐的給水系統(tǒng)互相獨立，不存在運行調(diào)節(jié)過程中互相影響的問題。當(dāng)AQC鍋爐熱水段故障時，除因啟用汽輪機抽汽除氧使發(fā)電功率略受影響(不超過3%)外，對鍋爐及電站也不會產(chǎn)生大的影響。對于第二代技術(shù)：只要冷卻機運行，即可以AQC爐獨立帶汽輪機運行，也可以SP爐獨立帶汽輪機運行，更可以AQC爐及SP爐聯(lián)合帶汽輪機運行。第一代余熱發(fā)電技術(shù)由于兩臺鍋爐的給水都直接來自于AQC爐的熱水段，當(dāng)任一臺鍋爐給水調(diào)整時勢必會影

9、響另一臺，特別是當(dāng)AQC爐的熱水段故障時，兩臺鍋爐都將不能運行(除非不按規(guī)程給鍋爐直接上冷水)而使整套電站不能運行。第一代技術(shù)如果補充采用閃蒸措施，可以緩解這個問題給電站運行帶來的影響，這是第一代技術(shù)中閃蒸系統(tǒng)優(yōu)于單壓系統(tǒng)、雙壓系統(tǒng)的主要原因。7.冷卻機廢氣余熱利用率的比較第二代余熱發(fā)電技術(shù)AQC鍋爐增加了低壓蒸汽段(余熱梯級利用的原理：高溫廢氣余熱生產(chǎn)相對高壓高溫的蒸汽，低溫廢氣余熱生產(chǎn)相對低壓低溫的蒸汽，這樣可使廢氣余熱最大限度地轉(zhuǎn)化為電能)，使窯頭廢氣余熱生產(chǎn)蒸汽后剩余的廢氣溫度只有約144，再將144廢氣余熱通過AQC爐熱水段：一方面將鍋爐給水由汽輪機凝結(jié)水的約40加熱至100110，

10、另一方面通過將鍋爐給水加熱至100110的過程再利用熱力除氧器為鍋爐給水進行深度除氧。這樣配置的結(jié)果，可以充分保證窯頭廢氣溫度降至110以下，使窯頭廢氣余熱根據(jù)其溫度的分布得以充分利用(高溫高用、中溫中用、低溫低用)，而且AQC鍋爐的出口廢氣溫度基本不受水泥窯運行波動的影響。第一代余熱發(fā)電技術(shù)，窯頭廢氣余熱生產(chǎn)蒸汽后剩余的廢氣溫度還有200以上(由于蒸汽飽和溫度已經(jīng)為190.5以上，廢氣余熱生產(chǎn)蒸汽后剩余的廢氣溫度不可能低于200)，窯頭AQC鍋爐通過設(shè)置大的省煤器再利用200廢氣余熱將AQC、SP鍋爐給水由汽輪機凝結(jié)水的約40加熱至160180(同樣由于蒸汽飽和溫度已為190.5的限制，省煤

11、器出水不可能高于180，否則水泥窯生產(chǎn)的變化將導(dǎo)致省煤器出水溫度高于190.5而產(chǎn)生汽化，使鍋爐給水管道系統(tǒng)產(chǎn)生震動)。這樣，一方面由于省煤器水量受AQC、SP鍋爐蒸汽產(chǎn)量的限制(省煤器被加熱水量需等于AQC、SP鍋爐蒸汽產(chǎn)量)及省煤器出水溫度受蒸汽飽和溫度的限制，使窯頭廢氣溫度不可能降至120以下，而且AQC鍋爐的出口廢氣溫度受水泥窯運行波動使AQC、SP鍋爐蒸汽產(chǎn)量波動的影響；另一方面窯頭廢氣余熱利用率低于第二代技術(shù)，同時電站運行的穩(wěn)定性也遠不如第二代技術(shù)。解決第一代余熱發(fā)電技術(shù)運行穩(wěn)定性及提高窯頭廢氣余熱利用率的措施：是在窯頭AQC鍋爐設(shè)置的省煤器出水系統(tǒng)設(shè)置閃蒸器，這樣可加大省煤器出水

12、量以降低AQC鍋爐的出口廢氣溫度，利用閃蒸器將省煤器多余的160180熱水閃蒸出低壓蒸汽(低壓蒸汽補入汽輪機)，同時由于設(shè)置閃蒸器，使AQC鍋爐設(shè)置的省煤器出水量可調(diào)整，進而可穩(wěn)定電站的運行并緩解AQC、SP鍋爐給水系統(tǒng)間的互相影響。但這樣做的結(jié)果，只解決電站運行的穩(wěn)定和緩解AQC、SP鍋爐給水系統(tǒng)間的互相影響問題，并不能有效地提高余熱發(fā)電能力。8.運行控制的方便性比較由于第二代余熱發(fā)電技術(shù)設(shè)置獨立的過熱器，其窯頭AQC余熱鍋爐及窯尾SP余熱鍋爐僅生產(chǎn)飽和蒸汽，生產(chǎn)運行過程中兩臺鍋爐只控制鍋爐汽包水位即可而不必控制兩臺鍋爐的蒸汽溫度、也不必擔(dān)心水泥窯生產(chǎn)變化對汽輪機主蒸汽溫度的影響(僅通過調(diào)整

13、過熱器廢氣量即可以方便地調(diào)整主蒸汽溫度)；鍋爐給水系統(tǒng)互相獨立，生產(chǎn)運行過程中也不互相影響，也不擔(dān)心鍋爐給水管道系統(tǒng)由于汽化而產(chǎn)生震動；鍋爐給水除氧為常規(guī)熱力除氧，沒有任何運轉(zhuǎn)設(shè)備。相對于第一代余熱發(fā)電技術(shù)的窯頭AQC余熱鍋爐及窯尾SP余熱鍋爐同時生產(chǎn)過熱蒸汽需要同時監(jiān)控兩臺鍋爐的蒸汽溫度、隨時擔(dān)心水泥窯生產(chǎn)變化對汽輪機主蒸汽溫度的影響、鍋爐給水系統(tǒng)互相影響及擔(dān)心鍋爐給水管道系統(tǒng)由于汽化而產(chǎn)生震動、鍋爐給水除氧設(shè)有運轉(zhuǎn)設(shè)備需要運行過程中進行維護、設(shè)置閃蒸器時需要監(jiān)控閃蒸器水位、壓力、AQC爐省煤器水量等，第二代技術(shù)比第一代技術(shù)在電站運行控制方面要簡單、方便、安全的多。9.窯尾烘干廢氣溫度調(diào)控及

14、對窯尾收塵效果的影響一般來講，用于物料烘干的窯尾廢氣溫度為220250。由于窯尾余熱鍋爐投入運行后，窯尾增濕塔將停止噴水，這樣用于烘干的窯尾廢氣濕度大為降低，廢氣吸水能力將高于增濕塔噴水時的廢氣，也即窯尾用于烘干的廢氣溫度將低于220250?？紤]物料水份的變化，又需要出窯尾SP鍋爐的廢氣溫度能有較大的可控制的變化范圍，因此：第二代技術(shù)由于采用相對高壓的蒸汽參數(shù)使窯尾SP鍋爐的出口廢氣有條件再增設(shè)低壓蒸汽段，并通過調(diào)整低壓蒸汽段的運行方式（而不是采用調(diào)整SP爐旁通廢氣管道閥門開度的方式）使出SP爐低壓蒸汽段的廢氣溫度可根據(jù)物料烘干需要進行調(diào)整(調(diào)整幅度根據(jù)每個工程的需要來設(shè)計確定)。對于第一代技

15、術(shù)，由于采用相對低壓的蒸汽參數(shù)，使窯尾SP鍋爐的出口廢氣不大可能再增設(shè)低壓蒸汽段，而為了實現(xiàn)出窯尾SP鍋爐的廢氣溫度能有較大的可控制的變化范圍，只能采用調(diào)整SP爐旁通廢氣管道閥門開度的方式，但這種方式是以犧牲SP爐旁通廢氣管道內(nèi)高溫廢氣余熱發(fā)電能力為代價的，也即當(dāng)物料烘干需要的廢氣溫度較高時，第一代技術(shù)余熱發(fā)電功率的降低遠高于第二代技術(shù)。另一方面，如果窯尾廢氣采用電收塵器，SP爐投運后，由于窯尾增濕塔停止噴水，窯尾電收塵器的收塵效果會受到影響(特別是物料烘干停運時)。第二代技術(shù)由于SP爐設(shè)有低壓蒸汽段，而低壓蒸汽段生產(chǎn)的低壓蒸汽即可補入汽輪機用于發(fā)電，也可用于窯尾廢氣增濕(相應(yīng)的減少發(fā)電量)，

16、這樣為解決余熱電站對窯尾收塵效果的影響創(chuàng)造了條件，而第一代技術(shù)則不具備這個條件。10. 余熱發(fā)電技術(shù)進一步發(fā)展時電站可改造性的比較當(dāng)余熱發(fā)電技術(shù)進一步發(fā)展時，利用第二代技術(shù)建造的余熱電站具有進一步改造的余地，而第一代余熱發(fā)電技術(shù)則不具備這一條件。11. 鍋爐重量的比較第二代技術(shù)采用相對高的主蒸汽壓力，其飽和溫度較高(采用2.29MPa主蒸汽壓力時的飽和溫度為225)，這樣使鍋爐的傳熱溫差相對較小，對于前述的5500t/d窯余熱電站窯尾余熱鍋爐，其換熱溫差只近似為(325-225)+(250-225)/2=62.5)，鍋爐內(nèi)的傳熱溫差相對較大，同樣以前述5500t/d窯余熱電站余熱鍋爐為例，若采用第一代技術(shù)，其鍋爐換熱溫差近似為(325-190.5)+(250-190.5)/2=97。由于鍋爐換熱溫差的不同，對于同一條水泥窯：采用第二代技術(shù)的余熱鍋爐換熱面積比采用第一代技術(shù)的余熱鍋爐換熱面積要大，相應(yīng)的鍋爐金屬重量要