2013-06-04 11:23:34 来源:水泥人网

余热发电系统和非常规系统介绍

水泥人网】笔者曾在文献中介绍了热力系统采用单压系 统 、 热水闪蒸双压系统 (简称闪蒸系统 ) 及双压锅炉 的热能 , 提高其做功能力, 即热气体分流是预分解窑 余热发电方法的技术核心。 具体方法是, 将预热器系统进气端或中部的气体 予以分流。一部分气体入预热器系统预热物料 , 由于 气 固 比 的 降 低, 提 高 了 该 部 分 气 体 在 预 热 系 统 内 的 热效率 , 降低了预热器出口废气温度 , 加之气体量减 少 , 因此所含的热能大幅度降低 , 该部分热能仅作为 原料烘干的热源之一。分流出的另一部分气体 , 其温 度高于预热 器出口气体, 例如从入窑 级预热器出 口 分流时 , 其 气体温度 约 870℃, 进入余热 锅炉 用 于 发 电。 锅炉出口烟气的余热也作为原料烘干的热源组成 部分。 显然分流出气体中的热能是来自未分流时的 热 器 出 口 的 废 气, 即 通 过 气 体 分 流 达 到 热 能 转 移 的 目的, 其流程见图 1 。 双压系统( 简称双压系统) 的常规余热发电系统。本 文介绍常规扩展余热发电系统( 即在常规的发电系统 中考虑一些扩展因素, 从而提高取热质量) 以及非常 规余热发电系统。希望通过大家的实践, 为我国节能 事业发展贡献力量。

1 常规扩展余热发电系统

1.1 常规余热发电系统的扩展方法

1.1.1 窑头冷却机设两个或多个中部取风 口回收不同品位的余热 改变传统的抽取窑头熟料冷却机废气方式, 即在 靠冷却机进料端 (热端 )设置一个抽取 400~ 600℃废气 的 抽 气 口 , 同 时 在 冷 却 机 中 部 设 置 一 个 抽 取 250~ 400℃废气的抽气口。根据废气温度, 利用 AQC 炉生 产 1.6~ 3.82MPa- 饱和 ~ 450℃的次中 压或中压过 热蒸 气, 并同时生产 0.1~ 0.5MPa- 饱和 ~ 180℃的低压低温蒸气、 200℃热水 〔4〕。 85~ 1.1.2 回收 C1 和 C2 之间连接风管的热量 在利用 C1 出口排出的 250~ 400℃废气的同时, 利 用 C2 内筒至 C1 入口的 450~ 600℃废气, 通过设置的 过热器及 SP 炉生产 1.6~ 3.82MPa- 饱和~ 450℃的次中 压或中压过热蒸气〔4〕。 1.1.3 窑尾废气分流〔5〕 提高余热发电量的关键是提高余热的 “ , 其 质” 途径是将原废气中供发电部分热能转移至比之较高 温 度 的 烟 气 中, 即 将 较 低 温 度 的 热 能 换 成 较 高 温 度图1 烟气分流流程。生熟料结粒粗大并出现黄心熟料。在实际操作中, 假 如发现烧成带物料发黏, 带起高度比较高, 物料翻滚 这 不灵活, 有时出现饼状物料, 这说明窑内温度太高。 时应适当减少窑头用煤量, 同时适当减少内流风, 加 大外流风, 使火焰伸长, 缓解窑内太高的温度。 若发现 窑内物料带起高度很低, 并顺着耐火砖表面滑落, 物 料发散没有黏性, 颗粒细小, 熟料 fCaO 高, 则说明烧 成带温度过低, 应加大窑头用煤量, 同时加大内流风, 相应减少外流风, 使火焰缩短, 烧成带相对集中, 提高 烧成带温度, 使熟料结粒趋于正常。假如发现烧成带 窑筒体局部温度过高或窑皮大量脱落, 则说明烧成温 度不稳定, 火焰形状不好, 火焰发散冲刷窑皮及耐火 砖。 这时应减少甚至关闭内流风, 减少窑头用煤量, 加 大外流风, 使火焰伸长或者移动喷煤管, 改变火点位 置, 重新补挂窑皮, 使烧成状况恢复正常。 总之, 挂好窑皮并在生产中保护好窑皮是窑操作 工的重要任务。 ( 编辑 王新频) - 36 - 水泥 CEMENT 2007.No.9 1.1.4 回收水泥窑筒体或三次风管外表面的辐射热 这种方法与 1.1.2 节中所述相同, 用窑筒体或三 近 20 多年来, 以导热油为热载体的间接供热技 术, 在石油、 化工、 纺织、 制药及橡胶等行业得到了发 展和日益广泛的应用。 导热油是一种良好的有机热载体传热介质, 具有 较高的热容量和较低黏度, 在常压下导热油的初馏点 比水的蒸发温度要高出数倍。高温导热油在 300℃的 条件下仍不气化而保持常压, 此时饱和压力的水蒸气 已高达 8.5MPa 。因此在中、 高温传热的条件下, 用导 热油代替传统的水蒸气热载体, 就能以低压管道系统 代替高压管道系统, 降低管道投资, 使运行的安全性 和可靠性得到保障。 此外, 导热油还具有传热均匀, 热 稳定性好, 以及优良的导热特性。例如 : 在 100℃时, 饱 和 水 蒸 气 的 导 热 系 数 为 0.023 7W/(m? , 而 ℃)  Mobiltherm 605 号导热油为 0.127W/(m ℃), 是水蒸气 的 5.35 倍, 传输距离 远、 热损失小 , 能在多种 不 同 温 度下获得热量。 导热油对普通的碳钢设备和管道基本 上无腐蚀作用, 不需要采用类似蒸汽系统的给水脱 输送方便 盐、 除氧等复杂的处理过程, 具有系统简单、 和机组传热效率高的特点。 因此纯低温余热发电系统 可选用以导热油作工质的余热锅炉。 次风管的外表辐射热对发电的循环工质进行过热, 从 而提高发电用的蒸汽品质, 提高发电能力。

1.2 常规扩展发电系统应用分析 1.1.1 节所述方案, 符合能量分级利用的原理, 能够减小烟气与发电工质的换热温差, 减小 火用 损, 从而 提高发电能力。但此系统有如下问题需要仔细斟酌:

 ① 根据以往经验, 当冷却机中部取风温度超过 450℃ 时, 可能对三次风温产生影响。

② 冷却机的风温变化快、 幅度大, 因此过于复杂的取风方案将带来系统调 节上的困难。 对于 1.1.2 节和 1.1.3 节方案, 由于烟气热量提前 被发电工质吸收一部分, 因此直接导致生料预热温度 降低, 会增加水泥熟料的热耗。对于 1.1.4 节, 水泥窑 筒体散热量大约为 140 ̄180kJ/kg, 如果能把这部分热 量利用好, 将是对余热回收的重大贡献。但在利用过 程中, 不应改变原有的保温结构, 也不应以增加熟料 热耗为代价。 以上常规扩展余热发电系统大多还停留在理论 阶段, 实践起来会有诸多问题, 尤其是水泥窑热耗是 否增加成为人们关注的要点。 由于一次能源越来越紧 张, 过去通过技术经济比较, 只要能使企业获得经济 利益的事就可以去做, 但是现在, 必须把是否节约能 源放在首位。 2.1.3 有机工质及导热油余热发电系统构成 以有机烷类透平机组和导热油组成的余热发电

系统如图 2 所示。 22.1 非常规余热发电系统导热油及有机工质循环 以色列 ORMAT 公司有机工质透平机组〔6〕 以色列 ORMAT 公 司 生 产 一 种 利 用 有 机 烷 类 为 2.1.1 工质的透平机组, 以异戊烷最常用。异戊烷一般为无 色液体, 能与醚、 烃类和油类任意混溶, 难溶于醇, 不 溶于水, 沸点为 36℃。用异戊烷作工质的透平机组有 如下优点:图2 有机工质及导热油余热发电系统构成 2.1.4 系统应用 1) 有机工质沸点低, 易产生蒸汽, 因此可以回收低温余热; 1999 年在德国某 3 000t/d 新型干法窑 的篦式冷却机上, 采用低沸点工质实现余热发电, 这是工业试 验生产线, 吨熟料余热发电量达 10.5kWh 。如以此推 算, 同时将窑尾预热器的废气余热也采取相同措施回 收, 预计吨熟料余热发电量可达 45~ 50kWh。但由于 德国水泥市场不景气, 余热电站投资又较大, 试验没 有继续下去, 但该冷却机 的余热发 电装置一直 在正 常运行。 经调查, 目前国内汽轮机厂都没有开发此类设备 的计划, 因此目前透平机组只能外购, 价格高。 2002 年和 2005 年, 我院和中国联合水泥有限责任公司先 2) 有机工质蒸汽密度比水蒸气密度大得多, 因此透平机转速可降低, 效率高, 体积小; 3) 冷凝压力接近或稍大于大气压, 工质泄漏小; 4) 有机工质耐低温, 不受冰冻的影响; 5) 由于转速低, 因此噪声小; 6) 系统的工作压力低, 约 1.5MPa; 7) 无湿蒸汽产生, 始终保持干燥, 不受腐蚀, 透平寿命长。 2.1.2 导热油热载体及余热锅炉 2007.No.9 张福滨: 常规扩展余热发电系统和非常规余热发电系统介绍 - 37 - 后与以色列 ORMAT 公司进行了技术交流, 但最终因 设备造价问题而没有被我院推广。 2.2 Kalina 循环 Kalina 循 环 是 由 生 活 在 美 国 的 前 苏 联 科 学 家水混合 Alexander Kalina 发明的。在这种循环中, 氨、 液取代了常规的水蒸气作为汽轮机的工作介质。 由于 氨、 水混合液的沸点远低于水的沸点, 因此可以利用 较低温度的废热生产高压蒸汽对汽轮机做功, 从而将 热能转换为电能。 同时这种介质并非像水一样在一个 固定温度点沸腾, 而是在一个温度区间范围内, 介质 都能保持沸腾。 这样就能保证在较大的温度区间内都 会对汽轮机做功。 这两个特性特别适用于低热值低温 窑尾的 度的工业废气回收领域, 比如水泥厂的窑头、 废热回收, 高炉煤气发电以及其他产生废热的行业。图5 螺杆膨胀动力机工作原理 螺杆膨胀动力机有以下主要技术特点〔7〕: 1)它是一种容积式的全流动力设备, 能适应过热蒸汽、 饱和蒸汽、 汽水两相流体和热水 (包括高盐分热 水 ) 工质; 1993 年, 美国电力公司许可由 Alexander Kalina 创建的 Exergy 公司在全球推广 Kalina 循环, 许可的电站装机规模为 50~ 图 150MW。 3 为 Kalina 循环流程 简图, 图 4 为 Kalina 循环传热简图。 2)可实现无级调速, 转速一般设计为 1 500~ 000 3 r/min, 相比同功率汽轮机, 有较高的内效率; 功率及热负荷较大范围变化情况 3)在热源参数、 下 , 能保持较高运行效率; 4)单机功率在 50~ 500kW; 1 5)设备紧凑,占地少,工程施工量小; 6)操作方便 , 运行维护简单 , 而且具有除垢自洁能力, 大修周期长; 暖机。 7)启动不需盘车、 螺杆膨胀动力机余热发电是国家“ 八五” 科技攻 关课题之一。以天津大学为主要研究单位, 有中国建 材研究院参与的项目组, 曾经制作出小型的试验机 组, 后因诸多问题没有得到应用。 另外, 装机规模扩大 也是个难题。 2.4图3 氟龙类有机工质的发电系统 此方案也是利用有机工质进行朗肯循环的发电 Kalina 循环流程简图 系统, 最早在日本赤惠水泥厂以及三菱气体化学公司 水岛化工厂建设了此类电站, 但是迫于环保压力, 目 前已不再使用和研究。 

 

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