余热发电计算方案设计总结分析

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

技术路线

受热面

热力参数

全厂效率

案例代表

1100℃高温烟气

单压余热发电

蒸发器->过热器->省煤器

蒸汽:4.5MPa480

给水:104

26.6%

钢厂转底炉余热烟气利用

610℃余热烟气

双压余热发电

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

高压蒸汽:8.0MPa,535

低压蒸汽:0.98MPa,215

低压自带除氧,给水30

25.67%

燃机CCPP联合循环尾部余热发电

400℃余热烟气

双压余热发电

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

中压蒸汽:2.0MPa,380

低压蒸汽:0.98MPa,215

低压自带除氧,给水30

16.75%

钢铁厂烧结余热发电

400℃余热烟气

单压余热发电

过热器->蒸发器->省煤器

蒸汽:2.0MPa380

给水:104

12.76%

 

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

120℃热水

ORC有机工质发电

ORC装置

 

5~10%

ORC工质循环,更多分析见“ORC模块计算原理”

 

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:


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