干货｜浅析低温余热发电的技术研究-北极星火力发电网

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本文主要阐述了低温余热发电的技术特点，并着重分析了低温余热发电的单压、双压和闪蒸补汽三种系统及余热发电的三种主要设备。

1.低温余热发电的技术特点

余热发电是利用燃料燃烧过程中多余的热能转换为电能的技术。余热发电不仅节能，同时有利于环境保护。余热发电具备如下特点：（1）以热定电。由于整个系统热负荷是不稳定的，例如：有的生产是周期性的，有的高温产品和炉渣的排放是间断性，有的工艺生产虽然连续稳定，但热源提供的热量也会随着生产的波动而波动，因此余热发电需根据生产用热的余压量或生产过程中产生的余热量来决定发电量。（2）热源含尘量大。含尘数量大超过一般的锅炉，容易粘结、积灰，从而对余热锅炉产生严重磨损和堵塞。余热锅炉入口前需进行除尘处理。（3）热源有腐蚀性。余热烟气中常常含有SO2等腐蚀性气体，在烟尘或炉渣中含有各种金属和非金属元素，这些物质都有可能对余热锅炉的炉膛及受热面产生高温腐蚀或低温腐蚀。（4）安装场地受限。由于受整个工厂系统等的限制，在设计安装余热发电系统时需统筹规划。

2.余热发电系统

2.1单压系统

单压系统是采用单压余热锅炉和单级进汽汽轮机的发电系统。这种系统组成简单，除氧水经给水泵依次进入余热锅炉内的省煤器、蒸发器、过热器最后进入汽轮机做功发电，一般单压系统余热锅炉排烟温度在110℃左右，SP炉排烟温度根据生料烘干温度要求。

2.2双压系统

双压系统是采用双压余热锅炉和单级补汽的汽轮机发电系统。该系统按照能量梯级利用的原理，余热锅炉设置两个汽包，在受热面布置上顺着烟气流动同方向依次布置了高压过热段、高压蒸发段、高压省煤器、低压过热器、低压蒸发段、高压省煤器、低压省煤器，给水泵将除氧水分别升压到高、低压省煤器，进入两个压力不同的汽水循环在余热锅炉中生产两种不同压力的蒸汽：主蒸汽和低压蒸汽。低压蒸汽作为补汽进入汽轮机中部与主蒸汽一起推动汽轮机做功发电。由于采用这种双压结构，AQC锅炉排烟温度能降到90℃左右。

2.3闪蒸补汽系统

闪蒸补汽系统是采用闪蒸补汽式汽轮机的发电系统。闪蒸原理是将较高压力及温度的热水等热源，经减压扩容，释放出所需的较低压力饱和蒸汽。给水经给水泵进入余热锅炉后，一部分热水经废气换热后生成过热蒸汽，接入汽轮机的主进汽口；另一部分高温高压欠饱和热水进入闪蒸器，生产出一定量的低压饱和蒸汽，进入汽轮机的低压补汽口，主蒸汽与低压蒸汽在汽轮机内做功发电。闪蒸器分离产生的大量饱和水进入除氧器，与汽轮机排出的冷凝水一起经除氧后由给水泵供给锅炉，形成一个完整的热力循环。AQC锅炉排烟温度可降低到90℃以下。

3.余热发电设备

3.1余热锅炉

余热锅炉是余热发电系统的关键设备和核心，如何将富含能量的热介质回收汇集以及引出进而通过余热锅炉进行能量转换是一个技术难点，余热锅炉本身的设计一定程度上决定了余热回收利用的比例和彻底性。锅炉布置可分为立式、卧式两种。立式布置具有占地面积小、灰尘收集方便、烟气流动均匀、传热系数高的优点，但锅炉效率低于卧式锅炉，积灰以及积灰清除差于卧式，管束间易出现搭桥现象，耗钢量相对较大。因此锅炉布置需在综合考虑安装条件的基础后选择。由于热源含尘浓度大，为防止磨损的发生，采用合理的流速设计，合理组织烟气动力场，使烟气流动均匀，避免局部过速磨损。同时粉尘粒度小，极易在锅炉受热面上积灰，导致传热系数下降，因此在锅炉设计时需考虑除灰。炉前需设置高效旋风除尘器或沉降室，除去大部分的粉尘。炉内受热面最好使用模式壁和光管结构，减少积灰的可能，并适当的增加受热面积，防止锅炉出力不足。在设计锅炉时还需设计清灰系统，目前多采用超声波吹灰、压缩气体吹灰和振打清灰。由于余热利用产生的蒸汽压力和流量不大的原因，蒸汽吹灰在余热发电中基本不使用，基本使用机械振打除灰方式。

3.2饱和蒸汽补汽汽轮机

余热发电汽轮机分为凝汽式和补汽式汽轮机，余热发电的补汽多为饱和蒸汽，导致汽轮机末几级相对湿度较大。这不仅增加了机组甩负荷时由于汽机负荷变化导致部件表面水膜闪蒸而引起的超速危险，而且造成汽轮机通流部件的严重侵蚀，汽轮机的安全将受到严重威胁，大大缩短机组使用寿命，而且降低汽轮机的热效率。因此必须采取有效的去湿措施减小蒸汽湿度，并对汽轮机零部件采取防侵蚀的措施来抵抗湿蒸汽的侵蚀，从而减少湿度大给机组带来的各种危害。可以在补汽进口前增加了防水滴滤网或汽水分离器，减少了进入汽缸内的水滴。通流设计时过加大静叶和动叶的轴间间隙使水滴能充分的雾化，可以减少动叶的腐蚀。汽缸下半设置疏水口，尽可能保证汽缸内壁形状平滑，确保通过重力作用使积水连续流动，通过底部疏水口或排汽管排出。末几级动叶片后设置去湿槽和捕水腔室，收集由于离心力和科氏力而向外飞出的沉积在动叶表面上的水分。在静止部套的中分面、连接突肩处镀不锈钢保护层防止湿蒸汽的缝隙侵蚀，末几级动叶片背弧顶部焊接整条的司太立合金片，动叶采用电火花强化处理以加强强度，达到防水蚀的目的。

3.3除氧器

在余热发电中常用的是真空除氧和大气式除氧。真空除氧器就是通过降低除氧器内压力，使气体在水中的溶解度降低，使水中的氧和其他气体析出。这种除氧方式可以使水在低温沸腾，在除氧的同时不提高给水温度。因而对进口水温适应范围较广，凝结泵出口水完全可以满足其工作需求，不需要加热抽汽。除氧器出水温度的高低，直接影响着锅炉的给水温度，从而影响锅炉的出力和排气温度，因此真空除氧器的选择既利用了低温段烟气，又避免了大气式热力除氧造成的系统复杂，较低的工作温度更有利于锅炉给水泵的正常运行。大气式除氧器对进口水温要求较高，一般104℃，在余热发电系统中不设低压加热器，因此凝结泵出口水温度难以满足其工作要求，造成除氧效果不佳。如果在炉膛尾部再加设一级前置加热器来保证给水除氧效果，这便使锅炉受热面布置变得更加复杂化，且该加热器受到的低温腐蚀也会比较严重，造成设备检修更换周期短。

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