低溫余熱發(fā)電汽輪機產業(yè)化設計研究

1、低溫余熱發(fā)電汽輪機產業(yè)化設計研究1. 概述隨著國家能源法的頒布實施和世界能源的日益短缺，企業(yè)的節(jié)能工作顯得越來越重要。早在1996年國務院就制定并出臺了一系列開展資源綜合利用的政策，必須節(jié)約和合理利用現有的各種資源，千方百計減少資源的占用和消耗。目前，在水泥、鋼鐵、石油化工、建材、制糖等行業(yè)中，生產過程產生了大量低品位余熱，包括低品位煙氣、蒸汽和熱水等，這些熱量品位低、數量大、分布廣，不能完全利用。回收這些低參數余熱，用來發(fā)電，可有效減少能源消耗，同時降低了廢氣排放的溫度，有效的減小生產對環(huán)境的污染，具有顯著的節(jié)能和環(huán)保意義，有很大的推廣價值和應用前景。中國長江動力公司（集團）已有50多年的設

2、計制造汽輪發(fā)電機組經驗，一直致力于低溫余熱發(fā)電技術的研究，先后自主研制、開發(fā)了幾十臺余熱發(fā)電、雙壓補汽式等型式汽輪機組。多年的運行驗證，長動公司設計、制造的余熱發(fā)電汽輪機組各項性能指標均達到標準和設計要求，其中雙壓補汽式汽輪機組與非補汽式汽輪機組相比，整機發(fā)電功率可提高8%以上。低溫余熱發(fā)電技術的實施應用有效解決了水泥、鋼鐵等行業(yè)節(jié)能減排、資源綜合利用、環(huán)境保護等問題，降低了資源能源消耗和各種有害氣體的排放，降低了企業(yè)生產成本，提高了經濟效益。長動公司2008-2010年銷售的雙壓補汽式汽輪機明細表序產品名稱產品代號容量產 品 型 號用 戶1補汽式汽輪機Q2001Z5 MWBN5-2.29/0

3、.2大連易世達能源工程有限公司2補汽式汽輪機Q2002Z7.5 MWBN7.5-2.35/0.35深圳南玻浮法玻璃有限公司3補汽式汽輪機Q3001Z11.5 MWBN11.5-2.29/0.2大連易世達能源（華新郴州水泥）4補汽式汽輪機Q3002Z15 MWBN15-3.43/1.3河北文豐鋼鐵5補汽式汽輪機Q3003Z11.5 MWBN11.5-2.29/0.2大連易世達能源工程有限公司6補汽式汽輪機Q3004Z8MWBN8-1.8/0.6武漢都市環(huán)保7補汽式汽輪機Q3005Z15MWBN15-3.43/0.6河北德龍鋼鐵8補汽式汽輪機Q3006Z10MWBN10-1.25/0.4唐山長城鋼

4、鐵9補汽式汽輪機Q4001Z21 MWN21-3.43/0.6中國華電廣州大學城新能源總計104.5 MW2. 低溫余熱發(fā)電汽輪機主要技術特點 2.1 參數優(yōu)化根據低溫余熱發(fā)電項目具有蒸汽參數變化范圍大、發(fā)電容量不一、且有單壓、雙壓等多種形式的特點，采用模塊化設計理念與設計體系，結合用戶廢熱的不同情況和熱力系統(tǒng)特點，兼顧鍋爐和汽輪機及系統(tǒng)設備配置情況，進行參數優(yōu)化。根據進汽壓力、進汽流量的不同選擇不同的進汽模塊，根據排汽量的不同選擇不同的排汽模塊，形成了系列化的余熱發(fā)電機型。典型汽輪機主要技術參數7MW系列9MW系列18MW系列30MW系列額定功率MW7.591830功率等級范圍MW61281

5、217242532額定主蒸汽壓力MPa.a1.050.6890.6890.689主蒸汽溫度320317315330312330主汽壓力范圍MPa.a0.9811.27補汽壓力0.120.250.120.1370.110.140.120.14補汽流量t/h151616311給水溫度3545354535453545汽耗kg/kW.h5.685.615.65.58熱耗kJ/kW.h16285168451607516458汽輪機級數119910末級葉片葉片長度mm300330485665汽輪機本體重量t46.5456192配汽方式節(jié)流調節(jié)節(jié)流調節(jié)節(jié)流調節(jié)節(jié)流調節(jié)回熱系統(tǒng)無無無無2.2配置優(yōu)化2.2.1

6、優(yōu)化產品通流結構設計，采用當代最先進的的全三維技術，同時對汽缸、汽封系統(tǒng)等進行優(yōu)化設計，機組效率高。（1） 采用后加載新葉型，葉型效率高，攻角范圍大，變工況性能好。（2） 末幾級采用彎扭聯合成型靜葉柵。改變靜葉柵內部的流場，減小葉片損失，從而大幅度提高汽輪機的級效率。（3） 通流部分子午面光滑。光滑順暢的子午面型線可以減小因子午面形狀突變而帶來的額外損失。（4） 動葉自帶圍帶整圈聯接。通過預扭裝配使動葉片形成整圈聯接，可以使動葉片振動應力減小，不存在鉚接造成的應力集中，運行安全可靠。（5） 采用新一代梳齒式汽封，適當增加汽封齒數，有效減少漏汽損失。2.2.2優(yōu)化汽缸設計針對補汽式汽輪機的特點，

7、為了保證低壓飽和蒸汽能與主流蒸汽很好的混合，不影響機組的正常運行，在汽缸的設計中，除設有補汽進汽口外，在缸體上適當增加汽室空間，使補汽進入汽缸后，可迅速擴散，減少對主流蒸汽的擾動沖擊，確保穩(wěn)定的補汽。2.2.3確定合適的補汽點在雙壓汽輪機設計中，將高中壓段與低壓段分開設計，根據主汽流量與補汽流量的總和來選擇低壓段（補汽點之后稱為低壓段）。低壓段的選擇首先全面分析余熱電廠的工藝系統(tǒng)，確保在汽輪機運行的任何工況下，補汽進入汽輪機之后，補汽點的級間壓力均低于補汽壓力，確保補汽順利補入。2.2.4 合理設置汽輪機配汽為適應余熱發(fā)電用汽輪機快速啟動、滑壓運行的要求，該系列機組取消調節(jié)級，采用節(jié)流調節(jié)，噴

8、嘴全周進汽。汽輪機進汽部分始終處于均勻受熱狀態(tài)，保證了汽輪機進汽均勻，以利于汽機快速啟動。同時由于采用全周進汽，避免了常規(guī)汽輪機部分工況運行時調節(jié)級的危險工況，提供了機組安全性。2.2.5開發(fā)先進的補汽結構在燃氣-蒸汽聯合循環(huán)裝置的雙壓汽輪機補汽結構的基礎上，結合余熱利用汽輪機的特點，開發(fā)了先進的補汽結構。將補汽汽室空間加大，補汽進入汽缸后可以與主流充分混合，有效保證了汽流的暢通，大大減小了汽流在混合室內的流動損失，極大地提高了機組效率；對補汽口位置進行優(yōu)化設計，可充分利用補汽熱能，最大限度地將熱能轉化為電能；采用蒸汽導管直接進入汽缸，并盡量減少補汽導管與汽缸壁的熱傳導面積，補汽不直接與進汽口

9、汽缸壁接觸，從而保證汽缸壁溫不因補汽進入而發(fā)生較大的變化，避免因溫差大導致汽缸變形。2.2.6凝汽器設計特點根據生產工藝流程的需要，設置一套旁路系統(tǒng)，新蒸汽通過一級減溫減壓器后，直接進入設置在凝汽器喉部的二級減溫減壓器，再排入凝汽器。有效避免因汽輪發(fā)電機組停機檢修時，余熱鍋爐產生蒸汽造成浪費和污染。2.2.7采用先進的控制系統(tǒng)采用數字電液調節(jié)系統(tǒng)，自動化程度高，易于控制，可實現機械、電子雙保護。先進、穩(wěn)定的控制系統(tǒng)通過對主蒸汽調節(jié)汽閥和補汽調節(jié)閥的連鎖、調節(jié)，確保補汽系統(tǒng)的正常運行。 3. 節(jié)能減排和經濟效益估算以Q3004Z武漢都市環(huán)保項目為例：1) 發(fā)電量：發(fā)電裝機功率8MW，發(fā)電功率8M

10、W，年發(fā)電量（按7000小時計算）：5.6×107KWh，較同規(guī)格非補汽式汽輪機多發(fā)電0.56×107 KWh2) 經濟效益：每年多收入（0.5元/KWh）280萬元3) 節(jié)能減排：每年減少排放CO2 56000噸，可節(jié)約標煤21467噸2008-2010年， 我公司設計制造9臺補汽式汽輪機，總裝機容量達104.5MW，年發(fā)電量（按7000小時計算）73.15×107KWh，每年可多發(fā)電7.315×107KWh，多收入3657.5萬元，每年減少排放CO2 73.15萬噸，可節(jié)約標煤28.04萬噸。4. 應用范圍和發(fā)展前景可根據用戶要求選擇或者設

11、計機型，一機同時利用多種低參數熱能，不增加新能源和資源消耗，可實現資源的綜合利用并增加電能輸出。適用于高能耗、高污染的水泥、化工、石油、冶金、焦化以及生物質能、垃圾焚燒等行業(yè)的自備電站或中小型發(fā)電廠行業(yè)。據了解，目前我國鋼鐵行業(yè)1000立方米以上高爐有大約110座，有30座以上未配備爐頂壓差發(fā)電設備；水泥行業(yè)現有新型干法水泥生產線逾800條，只有少部分生產線配裝了余熱發(fā)電裝置。這些數據說明，我國節(jié)能減排的空間還非常巨大，余熱發(fā)電的經濟效益也是非?？陀^的。5. 低溫余熱發(fā)電汽輪機產業(yè)化發(fā)展的必然性5.1國家政策優(yōu)惠和市場需求余熱發(fā)電是符合國家關于節(jié)約資源、保護環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展的方針政策的。國家規(guī)

12、定，對于容量大于1000千瓦的余熱電站，應該無條件上網并給予優(yōu)惠上網電價。沿海經濟發(fā)達同時能源極為短缺的地區(qū)，明確規(guī)定今后不再新建日產4000噸以下的水泥項目，以提高資源和能源的利用效率。對于已上馬的日產2000噸及以上新型干法水泥企業(yè)，則鼓勵其發(fā)展余熱發(fā)電，推進能源的綜合利用。5.2 企業(yè)自身發(fā)展的需要低溫余熱發(fā)電同時也為中小型汽輪機制造業(yè)提供一次很好的發(fā)展機遇。2010-2008年，公司設計制造總裝機容量為104.5MW的補汽式發(fā)電機組，但遠遠不能滿足國內對余熱發(fā)電機組日益增長的需求。低溫余熱發(fā)電汽輪機產業(yè)化發(fā)展勢在必行。6. 本項目主要內容：1) 本項目擬實施的是加強低溫余熱發(fā)電汽輪機組的產業(yè)化能力，提高機組技術性能和質量，滿足節(jié)能環(huán)保的市場需求而進行的