CN1959200B - 单压低参数回热余热发电系统 - Google Patents

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Abstract

一种结构简单、余热利用率高、能够提高余热发电系统的发电量，同时保证发电系统稳定可靠的单压低参数回热余热发电系统。该系统适用于各种中、低温废气余热。技术方案是：包括余热锅炉、汽轮机、发电机、凝汽器、给水泵和补水系统，各设备之间通过管路连接，汽轮机驱动发电机发电，其特征是：(1)在余热锅炉的省煤器与给水泵之间的管道上设置给水加热装置，在给水加热装置与余热锅炉的省煤器的出口之间用管道连接；(2)所述余热锅炉主蒸汽压力设计参数为0.5-2.45Mpa，窄点温差为6-18℃。

Description

单压低参数回热余热发电系统
技术领域
本发明属于余热发电系统，特别是单压低参数回热余热发电系统。
背景技术
余热发电系统是将废气中的热能转化成电能的发电技术，所对应的发电系统为余热发电系统。余热发电系统的热源来自各种工业过程中的废气热源，通过余热锅炉将废气热源中的热能经过“废气热能----工质热能-----机械能-----电能”这样一个过程实现废热资源的转换，也是一个能源转化过程。
目前，国内外利用余热发电的系统技术主要为常规单压余热发电系统，对于温度小于300-400℃、最大有±100-150℃波动范围的中、低温废气余热，常规单压余热发电系统在获得一定的过热蒸汽温度的同时，采用了相对较高的工作压力即余热锅炉出口过热蒸汽压力，在1.57-3.82Mpa范围内，锅炉的窄点温差在20-30℃之间。综合导致在同样的参数下，废气余热的综合利用率较低，发电量较少，对废气余热的波动适应范围小，余热发电系统的稳定性和可靠性相对较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、余热利用率高、能够提高余热发电系统的发电量，同时保证发电系统稳定可靠的单压低参数回热余热发电系统。
本发明的技术方案是：单压低参数回热余热发电系统，包括余热锅炉、汽轮机、发电机、凝汽器、给水泵和补水系统，各设备之间通过管路连接，汽轮机驱动发电机发电，其特征是：(1)在余热锅炉的省煤器与给水泵之间的管路上设置给水加热装置，在给水加热装置与余热锅炉的省煤器的出口之间用管路连接；(2)所述余热锅炉主蒸汽压力设计参数为0.5-2.45Mpa，窄点温差为6-18℃。
所述的给水泵用变频控制器控制。
本发明的效果是：单压低参数回热余热发电系统，在余热锅炉的省煤器与给水泵之间的管路上设置给水加热装置，在给水加热装置与余热锅炉的省煤器的出口之间用管路连接；(2)所述余热锅炉主蒸汽压力参数为0.5-2.45Mpa，窄点温差为6-18℃。
本发明是基于常规单压余热发电系统的基础上，通过综合的手段对系统进行改造，选择了适当的工作压力参数和设置回热调节旁路，以适应上述废气余热资源的特性，提高了余热综合利用率。在同样废气参数下，提高了余热发电系统的发电量，同时保证发电系统的稳定可靠。比常规单压余热发电系统，余热利用率提高10-30％。本系统是针对温度小于300-400℃，最大有±100-150℃波动范围的中、低温废气余热进行专项设计的，这些废废气余热资源具有如下特点：1、热源品位低但热量大；2、热源参数不稳定，波动范围大。
与常规单压余热发电系统相比，单压低参数回热余热发电系统设置了回热调节旁路及加热设备，可以完全适应废气余热的波动。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
附图说明
图1是现有技术常规单压余热发电系统的系统流程图；
图2是本发明的单压低参数回热余热发电系统的系统流程图。
具体实施方式
图1中，现有余热发电系统，包括余热锅炉1、汽轮机2、发电机5、凝汽器3、给水泵4和补水系统6，各设备之间通过管路连接，汽轮机2驱动发电机5发电，热源来自各种工业过程中的废气热源，通过余热锅炉将废气热源中的热能经过“废气热能----工质热能-----机械能-----电能”这样一个过程实现废热资源的转换，也是一个能源转化过程。
具体来说，就是余热锅炉1将废气热能通过将水加热变成水蒸汽，水蒸汽推动汽轮机2转动，汽轮机2驱动发电机发电，水蒸汽经过凝汽器3变成水，通过给水泵4再输送到余热锅炉中，这就是一个基本的蒸汽动力循环过程，水经过这么一个循环过程又回到原始状态。
图2中，单压低参数回热余热发电系统，包括余热锅炉1、汽轮机2、发电机5、凝汽器3、给水泵4和补水系统6，各设备之间通过管路连接，汽轮机2驱动发电机5发电，在余热锅炉1的省煤器与给水泵4之间的管路上设置给水加热装置7，在给水加热装置7与余热锅炉1的省煤器的出口之间用管路连接8，余热锅炉主蒸汽压力设计参数为0.5-2.45Mpa，窄点温差为6-18℃，给水泵用变频控制器控制。
本发明单压低参数回热余热发电系统的工作原理是：在一定的汽轮机内效率的前提下，余热利用发电系统的发电量主要与过热蒸汽量和过热蒸汽的焓值有关。蒸汽量越大、焓值越高，发电系统的发电量越高。
过热蒸汽的焓值与过热蒸汽的温度和压力有关，压力一定，温度越高其焓值越高，温度一定，压力越高其焓值越高。由于水蒸汽的特性决定了温度的变化幅度对焓值的影响小于压力的变化幅度对焓值的影响。
各种工业系统都伴随着产生大量的中、低温废气，这些废气余热属于低温余热资源，为二次能源、中级能，其携带的热能主要包括燃料燃烧产物经利用后的排气显热、灰渣及高温熟料的显热、水蒸汽汽化潜热等部分组成。
这些废气余热普遍具有如下特点：1、热源品位低但热量大；2、热源参数(温度、流量)不稳定，波动范围大。
废气余热属于中低温余热资源，其特性之一是“热源品位低但热量大”。所谓热源品位低，是指废气温度不高，通常低于300-400℃；所谓热量大，是指废气量较大，携带的热量较多。
对于低品位的中、低温废气余热来说，要充分提高余热资源的综合利用率，则需要选择合理的窄点温度和相对较低的饱和压力.这主要是因为：1、从经济换热的角度出发，当废气余热的温度确定后则可能产生的过热蒸汽温度也是确定的.如，废气温度为400℃，则可产生的过热蒸汽温度为380℃，保持20℃的经济换热端差.2、一定数量和一定温度的废气余热通过余热回收装置进行回收利用后降到一定的温度，然后排向大气.这个过程中所释放出的热量的多少将决定余热利用系统不同的余热利用率.最后排向大气的温度越低，其余热利用率越高.从换热学的角度出发，对于余热发电系统，在饱和压力一定的情况下，只有降低窄点温差才能降低排向大气的废气温度，进而提高余热的利用效率.窄点温差是指工质饱和温度与废气温度之差值.3、根据背景技术介绍部分的出的结论：在外部热源一定的情况下(也就是可以吸收热量一定的情况下)，通过余热利用系统可以产生一定温度的过热蒸汽，过热蒸汽的产量与饱和压力有关，当饱和压力越高，过热蒸汽产汽量越少，反之，饱和压力越低，过热蒸汽产汽量越多.
根据上述几条可以得出如下结论：在废气资源一定的情况下，为获得数量更多的、一定温度的过热蒸汽，则需选择较小的窄点温差和相对较低的饱和压力。较小的窄点温差可以提高废气余热的利用率，工质则可吸收的热量也越多；选择相对较低的饱和压力，则会产生较多的过热蒸汽。
尽管饱和压力较低，但蒸汽的过热度较高，也就是过热蒸汽温度较高，相对应的焓值也较高，在汽轮机内部的作功能力越强。因此，只有同时采用较低的窄点温差和相对较低的饱和蒸汽压力，才能提高废气余热资源的利用率，提高蒸汽产量，进而提高余热资源的综合利用率。
各种工业过程产生的废气余热，受工业过程的影响，其参数(流量和温度)是不稳定的，有较大的波动范围，尤其是温度参数，在瞬间最大可有100-150℃的波动。利用废气余热进行发电是各种工业过程的配套工程，从使用性质上决定了余热发电系统必须无条件适应废气参数的波动。
废气参数的波动对余热锅炉的影响较大。余热锅炉通常都是按照废气余热的设计参数进行设计的。当实际运行参数比设计参数低时，余热锅炉将无法达到额定出力，但不影响发电系统的稳定可靠运行。但是当实际运行参数比设计参数低时，则超出了余热锅炉的设计范围，将会造成省煤器中未饱和水产生汽化现象，部分蒸汽从水中溢出，产生水击现象，这将影响余热锅炉的安全运行，影响整个余热发电系统稳定可靠运行。
单从余热锅炉的角度出发，适应这种波动性的解决方法是：1、余热锅炉增大窄点温差、增大省煤器出口水温的未饱和度；2、系统设置调节旁路。
余热锅炉是一种特种锅炉，专门用于回收各种废热资源的热能，用来将水加热变成水蒸汽，与常规锅炉不同之处主要在于余热锅炉没有燃烧装置，同样，锅炉制造厂家可以根据不同的使用要求设计制造出不同规格的产品。
增大窄点温差和增大省煤器出口水温的未饱和温度，是从余热锅炉设备的角度出发，对废气余热温度参数的波动设计出一定的适应范围。当超过这个范围时，依然会出现上述水击现象，影响锅炉的安全稳定。另外，增大窄点温差将导致较低的余热利用率。
因此，为彻底解决适应废气余热波动性的问题，则需从系统上着手解决，除选择合理的窄点温差、增大过热蒸汽产量、提高余热利用率以外，在系统上设置调节旁路来适应废气余热的波动性，即，从省煤器出口抽取一定数量的热水，通过对水量的调节来防止汽化现象的产生，从而保证余热锅炉的安全稳定运行。水量的调节可通过变频给水方式实现，抽出的热水用于锅炉给水加热，这样还可以提高锅炉的热效率。

Claims (2)

1.单压低参数回热余热发电系统，包括余热锅炉、汽轮机、发电机、凝汽器、给水泵和补水系统，各设备之间通过管路连接，汽轮机驱动发电机发电，其特征是：(1)在余热锅炉的省煤器与给水泵之间的管路上设置给水加热装置，在给水加热装置与余热锅炉的省煤器的出口之间用管路连接；(2)所述余热锅炉主蒸汽压力设计参数为0.5-2.45Mpa，窄点温差为6-18℃。
2.根据权利要求1或2所述的单压低参数回热余热发电系统，其特征是余热锅炉的给水量的调节是通过给水泵变频控制方式实现的。
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