閃蒸發(fā)電概述

蒸汽/熱水閃蒸復(fù)合發(fā)電技術(shù)是一種能最大限度地利用中、低溫余熱的純余熱利用型發(fā)電技術(shù)。該技術(shù)主要以200℃~500℃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)汽輪機作功發(fā)電，從而增加余熱發(fā)電功率。采用此項技術(shù)一般可比常規(guī)技術(shù)多發(fā)電10%左右。

1、工藝流程

給水經(jīng)給水泵進入余熱鍋爐,經(jīng)廢氣加熱后,一部分變?yōu)檫^熱蒸汽,進入汽輪機作功發(fā)電。另一部分經(jīng)余熱鍋爐低溫段加熱后，產(chǎn)生熱水(飽和水)，這部分熱水進入閃蒸器，經(jīng)一級擴容閃蒸出一定量的低壓飽和蒸氣，進入汽輪機相應(yīng)低壓進汽口作功發(fā)電。閃蒸器內(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，實現(xiàn)一個完整的熱力循環(huán)。

2、閃蒸系統(tǒng)高效率技術(shù)原理

常規(guī)余熱發(fā)電系統(tǒng)與蒸汽/熱水閃蒸復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)的余熱利用情況如圖1所示。BCDE為常規(guī)蒸汽余熱鍋爐的介質(zhì)吸熱特性， ACDE為復(fù)合發(fā)電余熱鍋爐的工質(zhì)吸熱特性。圖2中取兩種鍋爐的介質(zhì)始飽和溫度（C點）相同，C點與所對應(yīng)煙氣c點的溫差稱之為窄點溫差。從圖2中看出，兩種系統(tǒng)的工質(zhì)吸熱曲線自C點后（CDE）重合，即過熱蒸汽參數(shù)相同，過熱蒸汽量相等；而兩種系統(tǒng)在低溫段（C點前）所利用的熱量差異較大。常規(guī)余熱爐將59.5噸產(chǎn)生蒸汽的水自105℃加熱到 249 .2℃(飽和溫度)，使煙氣自269.2℃降為209℃排出；而蒸汽/熱水閃蒸系統(tǒng)則將143t水自68℃加熱到249.2（飽和溫度），相應(yīng)的煙氣自269.2℃降為100℃，比常規(guī)系統(tǒng)多利用余熱1666×104kcal/h，即煙氣曲線中的ab段。是常規(guī)蒸汽余熱鍋爐一次余熱利用率的1.40倍。

與常規(guī)火力發(fā)電系統(tǒng)不同的是，蒸汽/熱水閃蒸復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)引入了閃蒸器。給水經(jīng)給水泵進入余熱鍋爐后, 其中的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)生一定壓力下的熱水，這部分熱水進入閃蒸器，生產(chǎn)出一定量的低壓飽和蒸汽，進入汽輪機相應(yīng)的低壓級做功發(fā)電。閃蒸器產(chǎn)生的飽和水進入除氧器（或水箱），與冷凝水一起經(jīng)除氧后由給水泵供給鍋爐，實現(xiàn)一個完整的熱力循環(huán)。

在這一工藝流程中，引入閃蒸系統(tǒng)，使排煙溫度降到90℃左右，大大提高了余熱利用率。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(yīng)水泥窯（尤其窯頭）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。

根據(jù)水泥窯的特點及余熱發(fā)電系統(tǒng)工藝設(shè)計要求，采用一窯兩爐一機加一臺閃蒸器的設(shè)備配置方式。余熱鍋爐的過熱蒸汽匯合后直接進入汽輪發(fā)電機組發(fā)電；余熱鍋爐所產(chǎn)生的多余熱水共同進入閃蒸器，閃蒸出來的飽和蒸汽進入汽輪發(fā)電機組的低壓級作功發(fā)電。

兩爐一機方案是在綜合考慮了投資、廢氣成分、系統(tǒng)復(fù)雜程度、可靠性、運行可操作性等因素后確定的最佳方案。其優(yōu)點主要體現(xiàn)在：

系統(tǒng)簡單，投資降低且便于管理；單機容量增大，汽輪發(fā)電機組效率提高。2100433B

為了有效地利用我國中低溫地熱資源和提高地熱發(fā)電的經(jīng)濟性,我們提出地熱水發(fā)電的兩級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng), 并對兩級地熱閃蒸和閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)的單位熱水凈發(fā)電量、電站凈效率等熱力學性能進行比較,得出如下結(jié)論.

(1) 地熱閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)的單位熱水凈發(fā)電量隨地熱水溫度的增加量比地熱兩級閃蒸發(fā)電系統(tǒng)大, 當熱水溫度在80-130℃時,兩級地熱閃蒸發(fā)電系統(tǒng)的單位熱水凈發(fā)電量比閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合系統(tǒng)的單位熱水凈發(fā)電量多達19.4%;當熱水溫度在130-150℃時,閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合系統(tǒng)的單位熱水凈發(fā)電量比兩級地熱閃蒸發(fā)電系統(tǒng)的單位熱水凈發(fā)電量多達5.5%.

(2) 隨著地熱水溫度的升高,兩級閃蒸發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電凈熱效率逐漸增加,閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)的閃蒸發(fā)電凈熱效率先增加后減小,地熱水溫度越高,對閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)中雙工質(zhì)發(fā)電就越有利.

(3) 兩級地熱閃蒸發(fā)電系統(tǒng)閃蒸產(chǎn)汽量總和約為閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)閃蒸產(chǎn)汽量的2-3倍,地熱水溫度越高,兩者之間的差值就越大.

(4) 閃蒸-雙工質(zhì)地熱聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的尾水溫度高于兩級閃蒸發(fā)電系統(tǒng),可以考慮地熱尾水的梯級利用 .2100433B

閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)中,閃蒸溫度對系統(tǒng)凈發(fā)電量的影響.閃蒸溫度采用試選的方法,以觀察其對發(fā)電功率的影響,其范圍在冷凝溫度和熱源溫度之間.在同一熱源溫度下,隨著閃蒸溫度的升高,聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的單位熱水發(fā)電量先增大后減小.當聯(lián)合系統(tǒng)的單位熱水發(fā)電量達到最大時的溫度即為聯(lián)合系統(tǒng)的最佳溫度.地熱水溫度不同,聯(lián)合系統(tǒng)最佳溫度的取值也不同,地熱水溫度越高,聯(lián)合系統(tǒng)最佳溫度越高; 當熱水溫度為80℃和150℃時,其最佳閃蒸溫度為60℃和125℃.

我國中低溫地熱資源主要分布在東南沿海地區(qū),主要用于洗浴等,使得大量熱能白白浪費.為提高我國中低溫地熱資源的能量轉(zhuǎn)換利用率,提出了兩級地熱閃蒸和地熱閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合發(fā)電方式,以單位熱水發(fā)電量、熱效率和產(chǎn)汽率為性能指標,通過數(shù)值計算,分析地熱水溫度對兩種不同地熱發(fā)電系統(tǒng)的性能指標影響以及地熱尾水溫度的影響,并對兩種發(fā)電系統(tǒng)的選用條件作了論述.結(jié)果表明,閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)的單位熱水的發(fā)電量隨溫度升高的增加量大于兩級閃蒸的增加量.

我國高溫地熱資源僅分布在滇藏和川西地區(qū),大部分為中低溫地熱資源,即溫度低于150℃的地熱資源.熱水發(fā)電有兩種基本的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng),即閃蒸系統(tǒng)和低沸點有機工質(zhì)的雙工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng),世界上僅有菲律賓萊特島唐古納地熱電站、新西蘭懷拉基地熱電站和莫凱地熱電站采用閃蒸-雙工質(zhì)地熱發(fā)電系統(tǒng),我國西藏羊八井地熱電站采用兩級閃蒸發(fā)電系統(tǒng),廣東豐順鄧屋地熱電站采用單級閃蒸發(fā)電系統(tǒng).相同熱源和冷源條件下,由于閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)采用兩臺發(fā)電機組,所以其投資成本大于兩級閃蒸發(fā)電系統(tǒng).為使地熱資源能夠得到高效利用,可采用兩級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng).

從理論上講,熱水發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換級數(shù)愈多,發(fā)電量就愈大,但級數(shù)越多,發(fā)電量增加有限,而設(shè)備投資則增加較大,故一般以兩級為好.對閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)進行熱力計算和比較,并對選用條件進行論述 .