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中高温余热发电
余热发电系统三大主机:

余热锅炉
   
余热锅炉是余热发电系统中吸收余热、产生蒸汽、带动汽轮机的关键设备。一般由汽包、过热器、蒸发器、省煤器等部分组成,其参数依据可利用的余热量来确定,而汽轮机、发电机主要依据余热锅炉的规格来选型。

汽轮机
   
汽轮机又称蒸汽透平,是将蒸汽热能转换成为机械功的旋转式动力机械。来自锅炉的蒸汽进入汽轮机后,依次经过一系列环形配置的喷嘴和动叶,将蒸汽的热能转化为汽轮机转子旋转的机械能,其主要作发电用的原动机,也可直接驱动各种泵、风机、压缩机等,还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。
   
汽轮机按其排汽方式可分为凝汽式和背压式两类。凝汽式汽轮机的排汽在低于大气压的状态下进入凝汽器凝结成水。它具有较高的热能 - 电能装换率,广泛应用于大功率发电机组。
   
在凝汽式汽轮机中,若在某一级后将部分蒸汽于该点压力下引出,并用作工业过程用汽或生活用汽,这类汽轮机称为抽汽式汽轮机。抽汽式汽轮机可以在不同压力点多次抽汽,这类机型广泛用于热电联产。
   
背压式汽轮机的排汽压力高于大气压力,排汽可作为工业用气源,一般功率较小。如用于驱动发电机,其发电量取决于工业用蒸汽的需要量。若背压式汽轮机的排汽用作其他中、低压汽轮机的汽源,则该汽轮机称为前置式汽轮机。
   
此外,汽轮机还可按汽流方向分为轴流式和辐流式,按结构分为单级和多级。以发电为主要目的的现代大功率汽轮机广泛采用轴流式、多级、高初参数、凝汽式(或抽汽式)机组。


发电机
   
发电机是将机械能转变为电能的电机,通常由汽轮机、水轮机或内燃机驱动。发电机分直流发电机和交流发电机两大类,后者又可分为同步发电机和异步发电机,现代发电系统中最常用的是同步发电机。它由直流电流励磁,既能提供有功功率,也能提供无功功率,可满足各种负载的需要。异步发电机没有独立的励磁绕组,其结构简单,操作方便,但不能向负载提供电容器。直流发电机有换向器,结构复杂,价格较贵,易出故障,维修困难,效率也不如交流发电机。

余热发电系统示意图:

余热发电热力系统:
单压系统
   
采用单级进汽汽轮机及单压余热锅炉的单压不补汽系统,该系统余热锅炉排烟温度一般在170°C左右,排气可用于烘干物料,其系统示意图如下:

◎ 双压系统
   
采用补汽式汽轮机的双压单级补汽系统,余热锅炉生产两个不同压力的蒸汽,一为主蒸汽,另一个为低压补汽,其系统示意图如下:

复合闪蒸系统
   
采用补汽式汽轮机的复合闪蒸单级补汽系统,余热锅炉生产主蒸汽的同时生产高温热水,高温热水再降压蒸发出二次蒸汽,二次蒸汽补入汽轮机,其系统示意如下:


余热发电热力系统比较
   
要想多发电就应尽量提高蒸汽除参数,即提高过热蒸汽温度和过热蒸汽压力。但过热蒸汽压力、锅筒压力、饱和温度三者密切相关,只有高于饱和温度以上区段的废气才可以加热过热蒸汽,因此产生过热蒸汽的能力受到限制。一般说来,过热蒸汽产汽量和饱和水产量二者不完全匹配,需要进行平衡优化计算和设计,采取一些必要的措施。如设低压蒸发受热面和低压省煤器以使排烟温度降至90~100°C,即所称的双压系统。或者不另增加低压系统,仅使饱和水量增加,设置闪蒸系统,将多余的高压饱和水通过减压闪蒸出饱和蒸汽补进汽轮机发电,即所谓的复合闪蒸补汽系统。
   
在相同的条件下,单压、双压、闪蒸三种系统中,单压系统发电能力最低。以某水泥企业余热发电项目为例,主蒸汽压力为1.7Mpa时,锅筒饱和温度为204°C,考虑到换热温差,SP炉的出口废气温度不可能低于210°C,同样由于饱和温度的限制,冷却机废气通过AQC炉生产主蒸汽后,废气温度也在200°C以上。而这样温度的废气,其热量也只能用于加热锅炉给水,由于给水量和给水温度的限制,冷却机废气温度经AQC蒸发段和给水加热段后的出口废气温度也不可能降至140°C以下,由于废气余热不能得以充分利用,相应影响发电能力。
   
采用双压系统时,发电能力最高。由于设置了低压蒸发段,低压蒸汽压力低,低压段锅筒饱和温度也低,再加上设置了低压省煤器加热器,排烟温度能降到95°C以下。
   
采用复合闪蒸单级补汽系统,发电能力处于中等,是由于废气经AQC余热锅炉生产主蒸汽后,再经省煤器加热段生产高温热水,生产出的热水大部分作为两台余热锅炉蒸发段的给水,余下的高温热水经过闪蒸器生产出低压饱和蒸汽,低压饱和蒸汽补进汽轮机发电,闪蒸器的出水混和汽轮机的凝结水作为锅炉的给水,由于闪蒸器的出水温度为闪蒸器所产蒸汽压力下对应的饱和温度,高于汽轮机的排汽温度,虽然废气余热被充分利用,但由于闪蒸器的出水焓未能转换为电能,故发电能力在前两种系统之间。