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国内外主要余热发电技术对比(附工艺流程图)

日期:2016-11-09    来源:网易博客  作者:sulvin

国际节能环保网

2016
11/09
16:38
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关键词: 余热回收 余热发电 余热锅炉

1、国内主要的余热发电技术

国内无论哪个行业、哪家技术提供商的余热发电技术,其基本概念和方向是一致的,均是通过余热锅炉(热交换器)回收热空气/烟气等介质中的热量,并进行能量转移,加热给水产生过热/饱和蒸汽,冲动汽轮发电机组做功发电。

其关键设备和核心问题之一是余热锅炉,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,这在各种余热发电技术上均略有差别。此外,余热锅炉本身的设计也一定程度上决定了余热回收利用的比例和彻底性。

其二,余热发电的另一个问题是解决低压蒸汽和饱和蒸汽汽轮机设备的问题,众所周知,发电用蒸汽通常为过热蒸汽,且过热度越高越好。但由于余热回收利用发电的性质,其产生的蒸汽多为低压蒸汽和湿蒸汽,相对于过热蒸汽,其在发电效率以及设备安全上均存在一定问题,随着青岛捷能、杭州汽轮机厂等生产单位中低温发电用汽轮机研制成功,这一问题已经被克服。目前,各种类型的余热发电技术分别见以下各图:

(1)图片1:纯低温余热发电技术烟风系统

纯低温余热发电技术烟风系统

(2)图片2:纯低温余热发电技术汽水系统

(3)图片3:烧结余热发电技术工艺流程图

(4)图片4:转炉余热发电技术工艺流程图

(5)图片5:玻璃余热发电技术工艺流程图

2、国外先进余热发电技术

国外余热发电项目基本技术原理和技术方案同国内相仿,但能源利用效率要略高于国内水平。另据资料显示,由于余热发电均为中低温参数,因此国外有考虑利用低沸点的烷类有机物取代水产生蒸汽,推动气轮机运转发电。相对于以水及水蒸汽为循环工质,烷类有机物具有如下优点:

(1)有机工质沸点低,易产生蒸汽,因此可以回收低温余热。

(2)冷凝压力接近或稍大于大气压,工质泄漏小。

(3)有机工质耐低温,不受冰冻的影响。

(4)转速低,因此噪声小。

(5)系统的工作压力低,约1.5MPa。

(6)无湿蒸汽产生,始终保持干燥,不受腐蚀,透平寿命长。

国际水泥工业余热发电技术最先进的德国和日本,近十几年来国内建筑业持续萎缩,水泥需求逐年下滑,德日两国1996年的本国水泥消费量分别由3550万吨和8400万吨,锐减为2006年的2600万吨和6000万吨,分别下降了27%和29%。导致有些水泥厂纷纷关闭,技术人员大批流失。水泥工业处于一片不景气之中,大大地阻碍了余热发电技术的发展进程。例如日本,实际上完全就是在勉强维持着,十几年来可以说基本上没有进展。近年日本的经济形势虽稍显逆转,但是他们拿到中国来推销的水泥工业余热发电技术大部仍停留在10年前的水平。

相反地,德国水泥界应对这种不景气的挑战,心态十分积极。首先是从1996年的进口水泥628万吨,逐渐转变为2006年的出口水泥450万吨。维持了本国水泥年生产量约3000万吨基本不变的局面。同时从1996年起,积极推进“四零一负”的各项目技术措施和法规建设,取得了卓越成效。这“四零一负”工艺及技术包括:水泥企业对周围环境达到零污染,对外界电能零消耗,对废料、废渣、废水零排放,熟料生产对天然矿物燃料(煤、油、天然气)零消耗,以及消纳各种废物,为全社会废渣、废料的负增长做出贡献。

即使在资金十分困难的情况下,1999年在巴伐利亚州(现拜恩州)海德堡水泥公司所属的Lengfurt水泥厂的一台日产3000吨的熟料蓖冷机上采用了以色列ORMAT公司的新装备新技术。这是一套以有机工质戊烷(C5H12)汽轮机和导热油为热载体的余热锅炉组成的利用冷却机废气余热的发电系统,装机1.5MW。至今已正常运转了8年。按照这套系统长期生产参数推算,如果将这台3000t/d PC窑的全部废气余热都用上,则其吨熟料发电量将达45-50kWh/t。显然比我国现有的水平高出一大块。碍于非技术的原因,他们至今仍苦于缺乏市场机遇来证明这一推论的正确可行。

至于美国早在上世纪90年代初,美国电气与电子工程师学会(IEEE)的水泥工业委员会联合美国能源部门曾发起过一个动议,计划在10-15年(即2000-2005年)内实现水泥工业吨熟料余热发电量达50-60kWh/t的目标。后来也是因其建筑业的不景气而使这个计划付之东流。但是在上世纪90年代后期,美国Recurrent工程公司开发了一个名谓Kalina系统的工业废热回收发电系统。它是用氨(NH3)和水的混合液为工质的汽轮机来发电的。Kalina系统已经在美国钢铁厂和化工厂通过了中试,正意欲进入水泥工业市场。要据Recurrent公司的初步报价书,以日产3000吨熟料生产线为例,其锅炉及汽轮机等全套设备费用约1000万美元,装机9-10MW,按常规从窑尾预热器和蓖冷机抽取废气,吨熟料发电量的保证值为50-60kwh/t,视各水泥厂的具体情况而异。同样,该公司也正在到处寻求买家,声称这是一项最先进而且可靠的新技术。水泥行业的余热发电在各国余热发电中均处于相对超前的水平,水泥余热发电技术基本代表了各国余热发电的技术发展水平。

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