工业余热余能水蒸气循环发电系统热力方案优化
计划对现有的发电系统进行改造。
3.1 原方案效率分析
现有的发电装置主要能量来源包括两个,一个是轧钢工艺流程中富余的23t/h,1.175MPa的饱和蒸汽;第二个是炼钢炉产生的高炉煤气(热值约 750kcal/m3)。发电装置通过引风机将高炉煤气送入锅炉燃烧,产生60t/h,1.175MPa的饱和蒸汽,与工艺流程的饱和蒸汽混合,一起进入12MW的汽轮发电机组发电,可产生12390kW电能。装置运行示意图及运行数据如图3所示。
3.2 改造方案
为了提高煤气的利用效率并且保证装置的正常运行,设计了两套优化方案,通过对比单位发电量运行成本、技术优劣、装置经济成本三方面因素,选取最适合的方案以达到在控制成本的前提下获得最高运行效率的目的。
3.2.1 改造方案1
改造方案1热力系统简图如图4所示,改造方案的具体内容如下:
拆除现有60t/h饱和蒸汽锅炉,新增一台60t/h高温高压锅炉。
因蒸汽参数变化,原12MW凝汽式汽轮机效率較低,拟改造12MW凝汽式汽轮机通流部分来提高内效率。
在12MW凝汽式汽轮发电机组前面新增一套7.5MW高温高压背压式汽轮发电机组,汽轮机型号为B7.5-10/3.0。此背压式汽轮发电机组采用高速快装式,零米布置。
轧钢工艺流程中富余的23t/h,1.175MPa的饱和蒸汽通过母管与背压机排汽管道混合,进入12MW凝汽式汽轮发电机组发电。
为提高循环热效率,实现能源梯级利用,为整套汽轮发电机组增设一套回热系统:1GJ+1CY+1DJ,其他辅机系统照旧。新增回热系统布置在锅炉房和汽机房之间的空余场地。
需说明的是原方案采用的是大气式除氧器,锅炉给水温度为104℃,现为了提高循环热效率,采用了高压除氧器,锅炉给水温度为215℃,电厂循环热效率有所提高。
3.2.2 改造方案2
随着国内外中小型汽轮机技术的发展,100MW以内采用分缸再热及30MW以内采用同轴再热高速高效型汽轮机,可以明显提高电厂的循环热效率和能源利用率。
因此改造方案2采用高温高压同轴再热、轴向排汽式汽轮发电机组,汽轮机型号为N20-10/545/545型,轧钢产生的1.175MPa饱和蒸汽通过补汽方式进入汽轮机做功,为提高循环热效率,实现能源梯级利用,为整套汽轮发电机组增设一套回热系统:1GJ+1CY+1DJ,其他辅机系统照旧。新增回热系统布置在锅炉房和汽机房之间的空余场地。改造方案2热力系统简图见图5。
即在其他条件相同的情况下,同轴再热的煤气耗量要减少15%左右。该数据仅为汽轮发电机组煤气耗量,电厂其他设备煤气耗量未计。
3.2.3 改造方案比较
(1)发电量分析
表4中列出改造方案与原始方案的热力特性数据对比。
从表4中可得,在相同的工况下,方案2中同轴再热机组的发电功率最大,相较改造之前机组发电功率提升了约75%,按每年运行7000小时计算,可多发电6517.77万度电;方案1中的分缸不再热机组发电功率相较改造之前提升了约51.8%,按每年运行7000小时计算,可多发电4489.52万度电。明显可得,同等条件下,改造方案2的发电量更大。
(2)经济性分析
上面的理论计算结果标明:无论补汽与否,方案2较方案1节能效果更显著,方案2在建设初期多投资的钱不到一年即可回收。
综合以上因素考虑,方案2相较方案1在经济技术层面占据明显的优势。
4 结束语
本文研究结论如下:(1)工业余热余能利用朗肯循环系统可有效利用资源提高经济效益,但是需综合技术经济两方面合理考虑优化。(2)对于余热余能利用而言,选用高速、高温高压、再热式汽轮机可有效提高热力系统的效率。(3)本文研究及案例可供类似行业余热余能利用及旧系统改造提供参考。
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