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            水泥工業(yè)中低溫余熱發(fā)電技術及裝備(下)

            杭州易達工程技術有限公司 唐金泉 · 2005-11-10 00:00
                對于圖八所示理想的帶有三級回熱的循環(huán)系統(tǒng),在假設鍋爐產氣量為Z1(kg/h)而消耗的燃料為煤及部分廢氣余熱(廢氣量為V,溫度為t,比熱為CF,環(huán)境溫度為t0=25℃)的條件下,各項參數計算如下:
                循環(huán)發(fā)電功率:
                De=(1/3600)[Z1(h1-hⅠ)+(Z1-α1Z1)(hⅠ-hⅡ)+(Z1-α1Z1-α2Z1)( hⅡ
            -hⅢ)+(Z1-α1Z1-α2Z1-α3Z1)(hⅢ-h2)]                                (1)
                回熱抽汽具有的發(fā)電能力:
                Ds=(1/3600)[ α1Z1(h1-h2)+ α2Z1(hⅡ-h2)+ α3Z1(hⅢ-h2)]       (2)
                循環(huán)耗功(給水泵、凝結水泵):Dg—忽略不計
                循環(huán)吸熱量之一即鍋爐燃料消耗量:
                q1=M=(Z1/3600)(h1-h4)                                      (3)
                循環(huán)吸熱量之二即廢氣余熱量:
                q1’=V•T•CF•(1/3600)                                  (2’)
                循環(huán)供應?。?BR>    ψ=0.95q1+[CF•t-(t0+273) CF•ln(t+273)/(t0+273)]V/3600   (2”) 
                循環(huán)放熱量即通過冷凝器被冷卻水帶走的熱量:
                q2=(Z2/3600)(h2-h3)                                    (4)
                汽輪機排汽量:
                Z2=Z1(1-α1-α2-α3)                                 (5)
                循環(huán)熱效率:
                η=(q1-q2)/q1                                        (6)
                循環(huán)效率:
                ηψ=De/ψ                                             (6’)
                上述各式中:
                De------kw                  Ds------kw
                Dg------kw                  q2------kw
                q1’------kw                 Q2------kw
                Z1------kg/h               ηψ------%
                Z2-----kg/h                 h-------KJ/kg
                η-----%                    V-------Nm3/h
                t------℃                   CF-------kJ/Nm3℃
                ψ-----kW                   
                假設:一臺12000kw汽輪機及一臺燃料鍋爐(不利用余熱,即V=0) 按圖七組成一個三級回熱循環(huán),循環(huán)系統(tǒng)各點參數如下:
            0. De=12000kw
            1. 汽輪機進汽(鍋爐產汽):
               h1=3300kJ/kg,t1=435℃,P1=3.43Mpa
            2. 汽輪機排汽:
                h2=2180kJ/kg,t2=39.02℃,P2=0.007Mpa
            3. 冷凝器出水:
                h3=163.8kJ/kg,t3=39.02℃,P3=0.007Mpa
            Ⅲ. Ⅲ級回熱抽汽:
            hⅢ=2480kJ/kg,tⅢ=91℃,PⅢ=0.075Mpa α3Z1=4070kg/h
            Ⅱ. Ⅱ級回熱抽汽:
            hⅡ=2650kJ/kg,tⅡ=125℃,PⅡ=0.209Mpaα2Z1=980kg/h
            Ⅰ. Ⅰ級回熱抽汽:
            hⅠ=2910kJ/kg,tⅠ=230℃,PⅠ=0.804Mpaα1Z1=5900kg/h
            3’. Ⅲ級回熱加熱器凝結水出水:
            h3’=368kJ/kg,t3’=88℃
            3’’.Ⅱ級回熱加熱器凝結水出水:
            h3’’=435kJ/kg,t3’’=104℃
            h3’’’. Ⅰ級回熱加熱器凝結水出水:
            h3’’’=703kJ/kg,t3’’’=168℃
            4. 鍋爐給水: h4=703kJ/kg,t4=168℃,P4=3.43MPa
                將上述各點參數代入式(1)、(2)、(2’)、(2’’)、(3)、(4)、(5)、(6)、(6’)后計算得出:
                汽輪機發(fā)電功率:De=12000kw
                汽輪機進汽量(鍋爐產汽量):Z1=42343.66kg/h
                回熱抽汽量具有的發(fā)電能力:Ds=1663.5kw
                循環(huán)吸熱量(鍋爐燃料消耗量):
                q1=M=30546.25kW(26.27x4.1868x106kJ/h
                循環(huán)供應?。害?29018.9kw
                循環(huán)放熱量即通過冷凝器被冷卻水帶走熱量:
                q2=18679.9kw(16.06x4.1868x106kJ/h)
                汽輪機排汽量:Z2=33353.66kg/h
                循環(huán)熱效率:η=38.85%
                循環(huán)效率:ηψ=41.35%
                對于上述循環(huán),假設將Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級抽汽回熱關閉,即沒有抽汽回熱(不利用抽汽加熱鍋爐給水)則其形成了朗肯循環(huán),參數有變化的各點如下:
                Ⅲ.Ⅲ級回熱抽汽:參數均為0
                Ⅱ.Ⅱ級回熱抽汽;參數均為0
                Ⅰ.Ⅰ級回熱抽汽:參數均為0
                3’.Ⅲ級回熱加水器出水:h3’=163.8Kj/Kg,t3’=39.02℃
                3’’. Ⅱ級回熱加熱器出水:h3’’=163.8 kJ/kg,t3’’=39.02℃
                3’’’.Ⅰ級回熱加熱器出水:h3’’’=163.8kJ/kg,t3’’’=39.02℃
            4.鍋爐給水:h4=163.8kJ/kg,t4=39.02℃,P4=3.43MPa
                將上述各點(包括有回熱循環(huán)中參數無變化的各點參數)代入式(1)、(2)、(2’)、(2’’)、(3)、(4)、(5)、(6)、(6’)后計算得出:
                汽輪機發(fā)電功率:De=12000kw
                汽輪機進汽量(鍋爐產汽量):Z1=38571.43kg/h
                回熱抽汽具有的發(fā)電能力:Ds=0kw
                循環(huán)吸熱量(鍋爐燃料消耗量):q1=M=33602KW(28.9x4.1868x106KJ/h
                循環(huán)供應?。害?31922kw
                循環(huán)放熱量即通過冷凝器被冷卻水帶走熱量q2=21602.1kw(18.58x4.1868x106kJ/h)
                汽輪機排汽量:Z2=Z1=38571.43kg/h
                循環(huán)熱效率:η=35.71%
                循環(huán)效率:ηψ=37.59%
                對上述理想的三級抽汽回熱循環(huán)與朗肯循環(huán)對比計算結果分析如下:
            (1) 對于有三級抽汽回熱的循環(huán):
                汽輪發(fā)電機發(fā)電功率為12000kw 時:
                汽輪機進汽量Z1為42343.66kg/h
                鍋爐消耗燃料量q1=M為:30546.25kw
                循環(huán)供應ψ為:29018.9kW
                鍋爐給水溫度t4為:168℃
                汽機抽汽具有的Ds=1663.5kw發(fā)電能力沒有發(fā)電而用于加熱汽機凝結水(鍋爐給水)使鍋爐給水溫度由39.02℃提高至168℃。
                系統(tǒng)循環(huán)熱效率η為38.85%,循環(huán)效率ηψ為41.35%。
            (2)對于沒有抽汽回熱的朗肯循環(huán):
                汽輪發(fā)電機發(fā)電能力為12000kw時:
                汽輪機主進汽量Z1為38571.43kg/h(比有回熱循環(huán)時少3772.23kg/h,9.8%)
                鍋爐燃料消耗量為:q1=M=33602.1kw(比有回熱循環(huán)時多3055.8kw,9.1%)
                循環(huán)供應ψ為:31922kw(比有回熱時多2903.1kw)
                鍋爐給水溫度t4為:39.02℃
                系統(tǒng)循環(huán)熱效率η為:35.71%,循環(huán)效率ηψ為37.59%
                上述兩個循環(huán)能夠得到的發(fā)電功率同樣為12000kw,對于有抽汽回熱的循環(huán),雖然汽機抽汽所具有的Ds=1663.5kw發(fā)電能力沒有發(fā)電使汽機進汽量Z1比沒有抽汽回熱的朗肯循環(huán)多9.8%,但由于抽汽用來加熱汽機凝結水(鍋爐給水),將鍋爐給水溫度t4由沒有抽汽回熱的朗肯循環(huán)的39.02℃提高至抽汽回熱循環(huán)的168℃,反而使鍋爐燃料消耗量比沒有抽汽回熱的朗肯循環(huán)下降了9.1%,其綜合作用結果是使抽汽回熱系統(tǒng)的循環(huán)熱效率比沒有回熱的朗肯循環(huán)熱效率提高了38.85%-35.71%=3.14%,循環(huán)效率提高了41.35%-37.59%=3.76%。
                取得上述結果的直接原因是由于抽汽回熱循環(huán)的抽汽將汽機凝結水加熱至168℃,即鍋爐給水溫度t4由39.02℃提高至168℃所致,對于消耗有用燃料的熱電廠來講,雖然采用抽汽回熱循環(huán)時要求鍋爐產汽量相對(朗肯循環(huán))較大,但由于提高了?