水泥工業(yè)中低溫余熱發(fā)電技術及裝備(下)
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?
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?