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能源节约

低温余热发电的利用

2015-02-05 14:59:49来源:网络浏览:评论:0
  对低温余热资源量的统计与评价,除了用热力学第一定律分析其所含的资源量以外,还必须用热力学第二定律(分析法)对低温余热资源的作功能力及其动力利用的理论限度进行分析。根据余热资源的总量以及载热介质的比,可以科学地判断低温余热的作功能力及其动力利用的理论限度,从而合理地配置装机容量。同时,低温余热对于节约能源都具有十分重要的作用,有利于资源的合理利用。   一、引言   低温余热的利用大致有两种方式,一为热利用,二为动力利用。究竟以哪种利用方式为宜,一方面要看实际需要,另一方面要看低温余热资源的条件。温度过低的余热只适用于作一般的显热利用。如果余热的温度较高,量也足够大,那么利用低温余热发电产生动力,就会显示出其经济上的可行性。   二、低温余热发电的热力分析   (一)低温余热发电的热力循环   低温余热发电的动力利用装置,多采用朗肯循环。余热的载热介质(简称余热介质)通过预热器和蒸发器(或余热锅炉)来加热某种低沸点的中间工质(通常为水)。液态的中间工质在吸收了余热以后,在蒸发器中汽化为某一压力的蒸汽,然后推动汽轮机发电。进入汽轮机的蒸汽可以是饱和蒸汽,也可以是过热蒸汽。   在汽轮机中作过功的蒸汽排入凝汽器中冷凝为液态工质,用工质泵打回预热器,完成一个热力循环。   如果余热的温度较高,量也很大,那么可考虑采用更复杂一些的循环装置,称作余热发电装置的多级蒸发。在这一方案中,余热介质相继通过高压、低压等多个蒸发器来加热中间工质,使之产生压力不等的多股蒸汽,各股蒸汽根据其压力的高低,从适当的部位通入汽轮机发电作功。   如果余热介质是热水或是水蒸汽,那么只要条件符合要求,也可以使余热介质兼作作功的工质。以热水兼作作功工质时,需要使用扩容器。   纯低温余热发电系统的余热参数。预分解窑系统较为稳定,参数具有代表性和可靠性的前提下,进行现场热工标定。标定熟料产量5 260 t/d,测得窑尾预热器出口废气量29.3万 Nm3/h,废气温度318 ℃;由于入生料磨物料的综合水分较高,因此生料磨烘干物料所需废气温度较高,达220 ℃;另外,AQC锅炉从冷却机中部抽出的烟气量为25.5万Nm3/h、温度为360 ℃。   (二)低温余热发电的容量估算   在分析低温余热资源的动力利用时,除了用热力学第一定律分析其所含的资源量以外,还必须用热力学第二定律(分析法)对低温余热资源的作功能力及其动力利用的理论限度进行分析。根据余热资源的总量以及载热介质的比,可以科学地判断低温余热的作功能力及其动力利用的理论限度。温度过低的余热只适宜于做一般的显热利用。如果余热的温度较高,量也足够大,那么利用低温余热发电产生动力,就会显示出其经济上的可行性。   热平衡计算过程   需要补充的原始条件:   热量收入   (1)碳素氧化热   由C氧化成1m? 的CO2放热 =17898.43 KJ/m?,由C氧化成1m?的CO放热 =5248.45 KJ/m?。碳素氧化热=302.18×19878.43+(426.86-2.22)×5250.50=7638119.90 KJ   (2)热风带入热   1150 ℃时干空气的比热容为1.429kJ/ m3?℃ ,水蒸气的比热为1.753 kJ/ m3?℃,热风带入热=[(1252.24-18.74)×1.429+18.74×1.753]×1150=2064848.00 KJ   (3)成渣热   炉料中以碳酸盐形式存在的CaO和MgO,在高炉内生成钙铝酸盐时,1kg放出热量1130.49 kJ   混合矿的CaO=1670.86×0.0154× =32.75 KJ。成渣热=32.75×1130.49=307023.55 kJ   热量支出   (1) 氧化物分解与脱硫耗热   铁氧化物分解热:设焦炭和煤粉中FeO以硅酸铁形态存在,烧结矿中FeO有20%以硅酸铁形态存在其余以Fe3O4,铁氧化物分解热由FeO、Fe3O4和Fe2O3三部分组成。   m(FeO)硅酸铁=1670.86×0.79×0.0818×0.2+360×0.0067+160×0.0045=24.72 kg。去除进入渣中的FeO,它也以硅酸铁形式存在,计3.69 kg,余下的m(FeO)硅酸铁=24.72-3.69=21.03 kg   (2)碳酸盐分解热   由CaCO3分解出1 Kg的CO2需热4044.64 KJ,由M gCO3分解出1 Kg CO2需热2487.08 KJ,混合矿石CO2量=1670.86×0.0154=25.73 Kg。假定CaCO3和M gCO3是按比例分配的。   三、低温余热发电的方案   (一)方案的选择   余热动力装置最常用的方案有中间工质方案与扩容方案两大类,每一类又有单级蒸发与多级蒸发之分。   在中间工质方案中,余热介质把热量通过面式换热器传给作为工质的中间介质,而余热介质本身并不作功。中间工质可以是非水工质也可以是水。如果余热介质本身是非水的或者是不洁净的,则中间工质方案是优先考虑的方案,在目前它是惟一可行的方案。   中间工质方案的主要优点是适应性比较强,通过工质种类的选择有可能减小汽轮机的尺寸,提高装置的循环效率,并有效地利用冬季的低温增加发电量。中间工质方案,特别是非水工质方案的最大缺点,就是不论在蒸发端还是凝结端,都需要相对来说比较庞大的换热器。品位低的余热装置,传热的端温差选得不能太大,非水中间工质的传热性能又差,这两个因素是导致换热面积大的主要原因。   (二)可利用余热条件   1、汽机系统   汽轮机为国产低压凝汽式汽轮机,额定功率为4.SMW。主汽参数:压力1.OMPa,温度310`,排汽压力0.007MPa,汽轮机转速为3000r/min,调速系统为电液控制。   2、锅炉系统   在窑头冷却机中部废气出口设置窑头余热锅炉:分两段设置(其中r段为蒸汽段,II段为热水段);在窑尾预热器废气出口设置窑尾余热锅炉(只设置I段一蒸汽段)。   窑头余热锅炉I段生产压力1.1MPa,温度340℃过热蒸汽7.3t/h。窑头余热锅炉II段生产的180℃左右的热水21.3t/h,其中7.6t/h的热水提供给窑头余热锅炉I段,另外13.7t/h的热水作为窑尾余热锅炉给水。   窑尾余热锅炉生产的压力1.1MPa,温度310℃过热蒸汽13.2t/h与窑头余热锅炉产生的过热燕汽并入汽轮机房的主蒸汽母管,除去室外管线的压力、温度损失混合为压力1.OMPa,温度310℃过热蒸汽(其烩值为3073.SkJ/kg)作为主蒸汽进人汽机做功,做功后的乏汽(压力盛0.0070MPa,熔约为2406.2kJ/kg)通过冷凝器冷凝成水,凝结水经凝结水泵送人锅炉给水泵,为窑头余热锅炉II段提供给水,从而形成完整的热力循环系统。   3、电气系统   余热电站采用l0kV单母线分段接线方式。1号、2号发电机组分别由电站10kV 1,11段母线经单回电缆线路与公司总降变电站10kV母线连接,从而实现余热电站与系统井网运行,同期并网操作设在电站侧,并且在发电机出口断路器、电站侧发电机联络断路器及电站侧10kV I,II段母线联络断路器处设置同期并网点。电站与电力系统并网运行,在不改变总降原有供电及运行方式的前提下,发电机发出的电量全部用于全厂负荷。   根据余热电站的运行特点,采用机、炉、电系统集中的控制方式。   四、结束语   本文分析了低温余热资源动力利用的理论限度,低温余热所能提供电力的理论最大值,等于余热介质的量,也就是低温余热发电装置的理论最大发电量,并导出了低温余热发电装置所能获得的最大净发电量Wt公式。笔者认为,在确定低温余热发电的装机容量与经济性时,应以净发电量的理论值为主要依据进行评估。
 

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