余热发电技术根据余热烟气的温度不同,技术路线也不同。根据烟气温度,大概可以分为以下几个等级,不同的参数,采用的技术路线也不同。余热烟气温度越低,回收利用难度越大,利用效率越低。根据实际项目经验,提供一些参考方案:
超高温余热烟气:600℃~1100℃(单压余热锅炉,高参数)
高温余热烟气:450~600℃(双压余热锅炉,高参数和低参数)
中温余热烟气:300℃~450℃(双压余热锅炉,中参数和低参数)
低温余热烟气:300℃~200℃。(单压余热锅炉,低参数,饱和蒸汽发电?)
低温余热烟气:150℃以下(有机工质ORC发电)
余热烟气热平衡系统设计和计算的时候,要注意以下几点:
排烟温度取决于受热面布置和换热端差等,有时候估算时假定的排烟温度不一定准确,通过软件可以精确计算。
设计受热面布置形式根据烟气温度进行调整,余热锅炉受热面模块主要就三个,过热器、蒸发器(水冷壁)、省煤器,对于不同的烟气参数前后布置均不一样。
设计压力等级参数根据烟气温度进行调整。余热烟气温度越高,发电参数可以定的就越高。例如对于中温单压余热锅炉,压力越高,汽轮机发电效率越高,但是锅炉效率越低(蒸发量减少、排烟温度升高),所以一定有一个合理的最优值。最优值怎么取,可以利用软件作精确分析,作为一个课题来研究。也可以根据工程经验来。下面会介绍几个典型的案例,供参考。
压力参数等级的选取也要受到设备厂家的产品限制,比如1100℃的余热烟气,理论上可以做高温高压机组,效率肯定也是最好的,但是要考虑到国内锅炉厂家有无这种产品,汽轮机有无对于型号,烟气量太少,例如发电量只有几兆瓦,做高温高压参数机组肯定没有厂家做的。这个时候甚至就可以在高温余热烟气中掺入冷空气,把温度降下来,做低参数的余热发电机组。
压力等级参数的选取同时要考虑工艺系统其它的要求,比如钢铁企业里面除了余热烟气,还有其它系统有富裕的低压蒸汽送过来发电,就要考虑相互配合,以期达到整体最优的效率。
烟气类型
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技术路线
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受热面
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热力参数
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全厂效率
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案例代表
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1100℃高温烟气
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单压余热发电
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蒸发器->过热器->省煤器
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蒸汽:4.5MPa,480℃
给水:104℃
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26.6%
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钢厂转底炉余热烟气利用
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610℃余热烟气
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双压余热发电
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高压过热器->高压蒸发器->低压过热器->高压省煤器->低压蒸发器->低压省煤器
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高压蒸汽:8.0MPa,535℃
低压蒸汽:0.98MPa,215℃
低压自带除氧,给水30℃
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25.67%
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燃机CCPP联合循环尾部余热发电
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400℃余热烟气
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双压余热发电
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高压过热器->高压蒸发器->低压过热器->高压省煤器->低压蒸发器->低压省煤器
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中压蒸汽:2.0MPa,380℃
低压蒸汽:0.98MPa,215℃
低压自带除氧,给水30℃
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16.75%
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钢铁厂烧结余热发电
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400℃余热烟气
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单压余热发电
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过热器->蒸发器->省煤器
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蒸汽:2.0MPa,380℃
给水:104℃
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12.76%
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此案例下,单压余热发电无法降低排烟温度,整体效率低,仅作为双压余热发电的对比用
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120℃热水
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ORC有机工质发电
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ORC装置
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5~10%
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ORC工质循环,更多分析见“ORC模块计算原理”
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转底炉余热烟气热平衡图:
燃气轮机余热锅炉热平衡图:
烧结余热发电热平衡图(单压):
OCR有机工质发电热平衡图: