廢熱發(fā)電基本思路

廢熱發(fā)電的基本思路

1、分別設(shè)置SP爐和AQC爐

針對(duì)水泥生產(chǎn)中特點(diǎn)不同的兩部分廢熱,需由不同的熱交換器來(lái)回收。在窯尾用于回收煙氣余熱的熱交換器稱為SP爐。用于回收窯頭熱空氣熱能的熱交換器稱為AQC爐.鍋爐所能回收利用的溫度下限應(yīng)由鋼煤比價(jià)來(lái)確定本例中, SP爐出口煙氣溫度為180℃ , 是由水泥原料干燥工藝要求所決定的爐內(nèi)由于其加熱介質(zhì)是熱空氣而不是燃料的燃燒產(chǎn)物, 不含有氣體, 也就不存在酸腐蝕問(wèn)題這樣, 在考慮鋼煤比價(jià)的基礎(chǔ)上, 可以將熱空氣溫度降到較低水平, 以最大限度地回收窯頭所排空氣的余熱。

還需說(shuō)明的是, 因受各種因素的影響, 窯頭熱空氣所攜熱能具有較大的波動(dòng)性, 當(dāng)所設(shè)置能的AQC爐單獨(dú)作為一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組的熱源時(shí), 會(huì)由于其蒸汽的溫度或流量的不穩(wěn)定性,導(dǎo)致機(jī)組的頻繁起停為此, 在窯頭、窯尾同時(shí)設(shè)置SP爐和AQC爐, 兩爐引出的蒸汽混合進(jìn)人汽輪機(jī)作功發(fā)電, 就能以爐的相對(duì)穩(wěn)定性來(lái)彌補(bǔ)爐的相對(duì)不穩(wěn)定性, 保證機(jī)組發(fā)電具有一定的穩(wěn)定性。

2、設(shè)置多級(jí)閃蒸器并采用混汽式發(fā)電系統(tǒng)

為最大限度地回收余熱, 就必須盡量降低熱介質(zhì)的排出溫度對(duì)爐來(lái)說(shuō), 其出口熱介質(zhì)溫度不僅受到鋼煤比價(jià)、煙氣酸露點(diǎn)等因素的制約, 還要受到水泥自身干燥工藝對(duì)熱介質(zhì)的溫度要求。而對(duì)爐來(lái)說(shuō), 其加熱介質(zhì)為排放到大氣中的熱空氣, 主要受到技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的制約。

降低AQC爐出口熱空氣的有效方法是采用多級(jí)閃蒸器。多級(jí)閃蒸器的介質(zhì)來(lái)自AQC爐預(yù)熱段。這就增大了AQC爐中預(yù)熱段的熱量回收, 有效降低了AQC爐熱介質(zhì)的出口溫度。由于閃蒸器出來(lái)的蒸汽參數(shù)均較低, 且當(dāng)閃蒸器串聯(lián)工作時(shí), 其蒸汽參數(shù)會(huì)逐級(jí)降低,為充分利用這些蒸汽, 可采用混汽式發(fā)電系統(tǒng)。

所謂混汽式發(fā)電系統(tǒng), 就是采用多次進(jìn)汽式汽輪機(jī)即在以主蒸汽正常進(jìn)入汽輪機(jī)的基礎(chǔ)上, 將低參數(shù)蒸汽分次引人汽輪機(jī)中間級(jí),形成多次進(jìn)汽, 分級(jí)作功之模式, 以提高余熱動(dòng)力回收之效果。

排放中低溫廢熱的工藝過(guò)程, 在生產(chǎn)實(shí)際中是大量存在的, 諸如建材、冶金、化工等行業(yè)。

以一條水泥熟料生產(chǎn)線為例, 介紹中低溫廢熱發(fā)電的思路與方法：

在較先進(jìn)的水泥生產(chǎn)工藝中, 水泥熟料的鍛燒過(guò)程, 采用窯尾預(yù)分解和回轉(zhuǎn)窯燒成工藝在此過(guò)程中生料吸收煤粉燃燒釋放的熱量而被鍛燒成水泥熟料二然后進(jìn)入窯頭蓖冷機(jī)經(jīng)空氣急冷后進(jìn)人下一道工序。上述生產(chǎn)工藝過(guò)程將產(chǎn)生兩部分廢熱第一部分是窯尾分解爐排出的煙氣, 在工藝上一般被用作原料的烘干熱源, 但流經(jīng)四級(jí)旋風(fēng)分離器后, 其溫度仍保持在約400℃ 左右, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原料烘于對(duì)熱源的溫度要求工藝要求（一般不低于160℃ 即可）。這一溫差之間的熱量可被視為廢熱。

第二部分廢熱是窯頭流經(jīng)蓖冷機(jī)作為熟料冷卻介質(zhì)的空氣所攜帶的熱量, 其溫度近400℃ 這部分熱空氣在生產(chǎn)工藝上已不再利用, 通常經(jīng)除塵后排放到大氣中, 由此完全成為廢熱。

隨著社會(huì)的進(jìn)步, 人類對(duì)一次能源的消耗會(huì)越來(lái)越多這迫使人們除了從數(shù)量上尋求更多的一次能源之外, 還要盡可能充分利用現(xiàn)存的一次能源。采用低溫廢熱發(fā)電, 就是減少一次能源消耗的一條有效可行的途徑。

廢熱發(fā)電通?？刹捎茫簭U熱蒸汽動(dòng)力循環(huán)發(fā)電和廢熱有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電等。

廢熱發(fā)電蒸汽動(dòng)力循環(huán)

對(duì)于廢氣余熱回收， 傳統(tǒng)的方法是以水為工質(zhì)的蒸汽動(dòng)力循環(huán)，該類技術(shù)相對(duì)比較成熟，已經(jīng)在多個(gè)行業(yè)得到應(yīng)用，主要有單壓余熱發(fā)電系統(tǒng)、雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)及閃蒸余熱發(fā)電系統(tǒng)等。

（1）單壓余熱發(fā)電系統(tǒng)

單壓余熱發(fā)電循環(huán) 是在余熱鍋爐中利用煙氣余熱加熱給水，產(chǎn)生單壓過(guò)熱蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)做功，做過(guò)功的蒸汽經(jīng)過(guò)冷凝、除氧送入余熱鍋爐完成循環(huán)。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便、投資小等優(yōu)點(diǎn)，普遍采用。然而，該系統(tǒng)缺點(diǎn)是廢氣余熱得不到充分利用，其發(fā)電能力相對(duì)較低。

（2）雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)

雙壓余熱發(fā)電循環(huán)是將給水分為兩路，在余熱鍋爐中被熱煙氣加熱，產(chǎn)生兩股壓力不同的蒸汽，一股高壓蒸汽從主汽門(mén)進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電，另一股低壓蒸汽從汽輪機(jī)的中間級(jí)進(jìn)入汽輪機(jī)，與主蒸汽一起做功，增大發(fā)電量。該系統(tǒng)總體來(lái)說(shuō)，發(fā)電能力較高，但由于采用兩種壓力蒸汽，因此系統(tǒng)復(fù)雜，投資較大?；翠摕Y(jié)余熱發(fā)電項(xiàng)目就是采用雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)。

（3）閃蒸余熱發(fā)電系統(tǒng)

閃蒸余熱發(fā)電循環(huán)是一路由余熱鍋爐生產(chǎn)的主蒸汽送入汽輪機(jī)做功，另一路由余熱鍋爐生產(chǎn)高溫?zé)崴腿腴W蒸器降壓蒸發(fā)出蒸汽，補(bǔ)入汽輪機(jī)做功。該系統(tǒng)發(fā)電能力和投資在前兩種系統(tǒng)之間。廢氣蒸汽動(dòng)力循環(huán)發(fā)電技術(shù)的難點(diǎn)在于補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)的研發(fā)，我國(guó)已在該技術(shù)上取得突破，國(guó)產(chǎn)補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)已在多個(gè)項(xiàng)目獲得應(yīng)用。以上介紹的三種系統(tǒng)如何選用，要綜合考慮投資大小、投資回報(bào)、運(yùn)行穩(wěn)定性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性后確定。

廢熱發(fā)電有機(jī)朗肯循環(huán)

對(duì)于低溫廢氣余熱回收，除了采用蒸汽動(dòng)力循環(huán)外，還可采用有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)。該循環(huán)工作時(shí)，有機(jī)工質(zhì)在換熱器內(nèi)吸收低溫余熱，蒸發(fā)汽化后進(jìn)入渦輪機(jī)做功，渦輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，做過(guò)功后的乏汽被冷凝后形成液體由工質(zhì)泵送入換熱器吸熱完成循環(huán)。該循環(huán)所利用的熱源溫度多為溫度230℃以下，甚至100℃左右的熱源。ORC 技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于水泥廠、石化廠、造紙廠、燃?xì)廨啓C(jī)及內(nèi)燃機(jī)等工業(yè)領(lǐng)域的余熱發(fā)電。盡管有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電已經(jīng)有商業(yè)應(yīng)用，但該技術(shù)還在不斷完善中。近年來(lái)，該技術(shù)的研究熱點(diǎn)主要集中在：有機(jī)工質(zhì)的選擇，熱力系統(tǒng)優(yōu)化等。

有機(jī)朗肯循環(huán)工質(zhì)的選擇應(yīng)著重考慮工質(zhì)的毒性、易燃性、化學(xué)穩(wěn)定性、腐蝕性及熱力特性等，同時(shí)對(duì)其經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保方面都有要求，即要求對(duì)臭氧層無(wú)破壞作用。根據(jù)工質(zhì)在溫熵圖上飽和汽化線的斜率不同，有機(jī)工質(zhì)可分為干流體、等熵流體與濕流體。如果選擇干流體，則進(jìn)入渦輪機(jī)的工質(zhì)只需加熱到飽和蒸汽即可，過(guò)熱反而會(huì)降低系統(tǒng)效率。如果選擇濕流體，則進(jìn)入渦輪機(jī)的工質(zhì)需加熱到過(guò)熱蒸汽。

熱力系統(tǒng)優(yōu)化方面，可采用內(nèi)置熱交換器，利用乏汽余熱加熱冷凝液，這種方法對(duì)于濕流體過(guò)熱循環(huán)的效率有一定提高。還可以采用抽汽回?zé)崾接袡C(jī)朗肯循環(huán)，該循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生等量電能所需的吸熱量要比普通ORC 系統(tǒng)低、熱效率更高、產(chǎn)生等量電能所需的熱量更少，具有更好的性能。但這兩種方法均需增加設(shè)備投資，運(yùn)行維護(hù)工作量大，因此需經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后決定。

1、節(jié)約能源

利用水泥窯窯頭、窯尾所排放的廢熱來(lái)發(fā)電, 將直接節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤。

2、改善環(huán)境

中低溫廢熱發(fā)電, 是利用了水泥生產(chǎn)過(guò)程或其它生產(chǎn)過(guò)程中所排放的余熱來(lái)發(fā)電, 因此這項(xiàng)技術(shù)除了可以直接節(jié)約一次能源外, 還可以減少常規(guī)發(fā)電廠的有害氣體、粉塵、灰渣等向環(huán)境的排放。

3、中低溫余熱發(fā)電, 是將原來(lái)廢棄于大氣環(huán)境的熱量加以回收利用, 因此還有效地減少了排向大氣的熱量。

中船重工第七一二研究所已研制出國(guó)內(nèi)最大功率的超低溫余熱回收發(fā)電裝置，可用70℃以上熱水或100℃以上煙氣等工業(yè)余熱發(fā)電。

技術(shù)人員解釋說(shuō)，高耗能企業(yè)中，煤炭、天然氣燃燒產(chǎn)生的熱能往往會(huì)有大量剩余，工廠一般會(huì)安裝回收裝置，將200℃以上的水蒸氣收集后發(fā)電。但像70℃左右的熱水、100℃以上的煙氣，卻難以利用，當(dāng)作“廢熱”白白排掉，“像青山大煙囪里冒出的白氣，就是這些余熱遇冷凝結(jié)而成?！庇袑＜抑赋觯绻讶珖?guó)浪費(fèi)的工業(yè)余熱、廢熱回收起來(lái)，每年產(chǎn)生的電量相當(dāng)于幾個(gè)“三峽工程發(fā)電總量”。

據(jù)悉，七一二所研制的新裝置使用了一種新的有機(jī)物，遇到70℃左右的熱水就會(huì)蒸發(fā)，從而驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。該所測(cè)算，一臺(tái)每小時(shí)發(fā)電300千瓦的裝置，成本需300余萬(wàn)元，中型企業(yè)安裝后2年半即可收回投資，既環(huán)保又節(jié)約。

該所介紹，新裝置的研制成功，標(biāo)志著我國(guó)已具備200千瓦至1000千瓦大功率等級(jí)的超低溫余熱回收發(fā)電全套設(shè)計(jì)和制造能力，成為國(guó)際上少數(shù)幾個(gè)掌握相關(guān)核心技術(shù)的國(guó)家之一。 2100433B

廢熱火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水?dāng)y帶的廢熱是地位能源 ，其直接利用范圍和利用率非常低，將熱泵技術(shù)應(yīng)用于火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水廢熱 回收中 , 能夠有效提高低 品位能源的 品味 , 擴(kuò)大能源應(yīng)用 范圍 , 提高能源 的利用率 。 現(xiàn)階段，熱泵技術(shù)在火力發(fā)電廠廢熱回收中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，科研人員也不 斷在實(shí)踐中根據(jù)低 品位能源的形 式和特征開(kāi)發(fā)出更多類型、更能滿足廢熱回收需求的熱泵，比如工業(yè)余熱 泵 、 地源熱 泵 、 太陽(yáng) 能熱泵 、 城市污水源熱泵、 空氣源熱 泵等。不 同的低位熱源其特點(diǎn)也 不盡相 同 , 這就在一 定程度上 限制 了各種熱 泵技術(shù)的應(yīng)用 , 也 使得熱泵技術(shù)存在著一定的缺陷，比如地源熱泵的取水問(wèn)題、回灌問(wèn)題，且易對(duì)地溫帶來(lái)影響，太陽(yáng)能熱 泵的非持續(xù)供熱層，城市污水源熱 泵在污水處理和 設(shè)備防腐方面存在著一 系列問(wèn)題，空氣源熱泵的蒸發(fā)器冬季易結(jié)霜 等。 將火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水作為熱泵的低位熱源是可行的。但是由于受到較低的出水溫度、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等 因素的限制，熱泵的應(yīng)用范 圍較小，火力發(fā)電廠廢熱回收利用效率較低。 因此，可結(jié)合火力發(fā)電廠的生 產(chǎn)特點(diǎn)，按照上文思路和方案，利用熱泵技術(shù)達(dá)到循環(huán)冷卻水廢熱回收再利用的目的。

將燃燒未利用的的熱量用于發(fā)電，將大大提高燃燒能源利用，廢熱火力發(fā)電廠擁有廣泛的前景。2100433B

熱泵回收--熱泵是一種能夠?qū)嵩磸牡蜏丨h(huán)境中轉(zhuǎn)移到高溫環(huán)境中的裝置，能夠提升能量。在火力發(fā)電廠廢熱回收中，熱泵的工作原理是通過(guò)消耗一定的電能或高溫蒸汽，將循環(huán)冷卻水 中所攜帶的低 品位熱 能 吸收 , 并將高位能和 低位熱 能這兩部分能量通過(guò) 熱泵輸送到高溫環(huán)境中去。對(duì)于熱 泵工作性能的評(píng)價(jià)，可將熱 泵機(jī)組 的供熱 系數(shù)作為評(píng)價(jià)依據(jù)。當(dāng)前，應(yīng)用于火力發(fā)電廠廢熱回收中的熱泵一般為電動(dòng)壓縮式熱泵，其供熱系數(shù)在之間，由此可 以看出來(lái) , 當(dāng)熱泵消耗一定的高位能的時(shí)候 , 中位能的產(chǎn) 生可達(dá)數(shù)倍。所以，熱泵是一種非常有效的廢熱回收裝置，其應(yīng)用于循環(huán)冷卻水的回收利用 中對(duì)火力發(fā)電廠來(lái)說(shuō)具有重要意義。