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垃圾焚烧发电厂汽轮机旁路系统的设计垃圾焚烧发电厂汽轮机旁路系统的设计杨键(武汉都市环保工程技术股份有限公司430071)科学论坛啊I摘要介绍了两种典型的垃圾焚烧发电厂汽轮机旁路系统构成,并结合广州市李坑生活垃圾焚烧发电厂旁路系统的设计对旁路系统的选择,控制方式及存在问题进行了讨论.关键词垃圾焚烧发电旁路系统中图分类号:TK222文献标识码:A文章编号:1009914X(2010)I80037021概述城市生活垃圾所造成的生态,环境污染已成为一个社会问题,日益引起人们的关注和重视,寻求一种科学的处理办法,对其进行减量化,资源化,无害化处理,既是人类环境保护的需要,也足社会发展对有价值物质回收利用的需要.垃圾的焚烧法处理,由于无害化程度高,减容量大,可以回收热量,处理及时等一系列优点而倍受关注,在国内外很多城市已将焚烧作为城市生活垃圾销纳的主要手段.垃圾焚烧发电就是利用垃圾在焚烧炉内燃烧产生的热量加热给水,使水转变为蒸汽进入汽轮发电机组发电从而变废为宝,垃圾焚烧发电是当前世界上普遍采用的垃圾处理方法.笔者有幸参与了广州市李坑生活垃圾焚烧发电厂的设计,相对于常规火力发电厂而言,垃圾焚烧发电厂在热力系统的拟定以及机炉的匹配等方面有其特殊的设计思路及措施.常规火力发电厂一般可按x炉Y机(例如三炉二机)的规模设置,而且年运行时间考虑在60007200小时之间.当机,炉不同时检修时,能够对全厂机,炉进行适当调度进行降负荷运行,故机炉检修对于全厂安全,可靠,连续运行的影响相对较小.而垃圾焚烧发电厂是利用垃圾焚烧,余热发电的环保项目,其主要功能定位在以焚烧垃圾为主,年运行时间一般要求不低于8000小时.工艺特点要求为停机不停炉,即当因故停机(汽轮机检修而锅炉运行,或者汽轮发电机组事故停机)或汽轮机降负荷运行时,尽量不停焚烧炉.鉴于这一主要特点,垃圾焚烧发电厂在热力系统的设计上均设置了汽轮机旁路系统运行方式,同时,设置了启动/低负荷减温减压器系统用于锅炉的一级空气预热器和除氧加热,这些配置是大型垃圾焚烧发电厂工程的典型工艺,也是垃圾焚烧发电厂区别于常规火力发电厂的重要部分,对保证电厂安全,连续运行起着至关重要的作用.由于汽轮机的可用率和大修周期大于锅炉(特别是垃圾焚烧炉),汽轮机的正常检修可以安排在焚烧炉/锅炉的检修期及垃圾贮量较少的季节进行.2汽轮机旁路系统的设计特点针对垃圾焚烧发电厂停机不停炉的工艺特点,汽轮机系统的设计一般都考虑了设置旁路系统.通常采用的汽轮机旁路系统一般有两种典型构成,一种是”旁路减温减压器+汽轮机及旁路公共凝汽器另种是”旁路减温减压器+旁路高压凝汽器”I.21”旁路减温减压器+汽轮机及旁路公共凝汽器”的系统特点这种系统一般应用在设置了2台或2台以上汽轮机的垃圾电厂中,当任何一台汽轮机停机时,锅炉均可在额定负荷下运行,另一台运行着的汽轮机应尽可能增加进汽量以多发电,同时多余的新蒸汽通过汽轮机旁路系统排入运行着的凝汽器.该旁路系统主要由旁路减温减压器系统+启动/低负荷减温减压器系统+减温水系统等组成,新蒸汽通过减温减压后排入凝汽器,此时凝汽器背压会相应提高.由于事故状态下凝汽器内的蒸汽温度和压力值均超过常规运行的数倍,所需的冷却水量和冷却面积也大幅增加,因此凝汽器需作特殊设计和制造.另外需设置启动/低负荷减温减压器系统,当汽轮机停机时,新蒸汽经过减温减压装置后一路进入一级空气预热器加热空气,另一路作为加热蒸汽进入除氧器.此方案系统简单,配套辅助设备少,占地面积小,相应循环冷却水和凝结水系统也比较简单,可节省运行维护费用.但凝汽器及凝结水系统均属于非标设计,对设备的设计及制造提出了更高的要求.运行中由于旁路切换投运需一定的时间,当汽轮机迅速降负荷时,须启动锅炉过热器安全阀对空排汽,系统可以安全运行,但将损失大量能量和工质,且将产生噪音和热污染.另外,此方案汽机负荷调节范围一般只能从30%负荷至满负荷.2.2”旁路减温减压器+旁路高压凝汽器”的系统特点与前一方案相比,本方案系统较为复杂,除了设置旁路减温减压器系统+启动/低负荷减温减压器系统+减温水系统外,还需要配套旁路高压凝汽器及其循环冷却水,旁路凝结水系统+旁路射水抽气系统.当汽轮机停机时,焚烧炉/锅炉同样在额定负荷下运行,所产生的新蒸汽直接经过减温减压后进入旁路高压凝汽器冷凝为旁路凝结水.旁路凝结水通过旁路凝结水系统进入汽水系统凝结水母管,再进入除氧器.汽机停机同时开启启动/低负荷减温减压器系统,新蒸汽经过减温减压后进入除氧加热蒸汽管和第一级空气预热器,分别用于锅炉给水除氧加热和焚烧炉级空气预热器,以保证焚烧炉,余热锅炉和除氧器的正常运行.此方案旁路系统处于在线热态备用状态,事故时切换投入运行时间短,切换所需时间和汽轮机降负荷从100%至零负荷所需时间基本一致,汽机负荷可以满足从零负荷到满负荷的调节范围,系统运行的可靠性是相当有保障的.但是本系统需要设鼍汽轮机主凝汽器和旁路高压凝汽器各一套,主凝汽器射水抽气系统和旁路高压凝汽器射水抽气系统各一套,相对于前一种方案系统较为复杂.另外,由于旁路减温减压器和高压凝汽器均处于热态备用的状态,高压凝汽器内需保持一定的真空度,以保证经过减温减压器后的饱和蒸汽能迅速进入高压凝汽器被冷却,所以设置的旁路射水抽气系统在汽轮机正常和事故情况下都要对高压凝汽器抽真空,长期运行则增加了厂用电,降低了系统的经济性.3广州市李坑生活垃圾焚烧发电厂旁路系统的设计广州市李坑生活垃圾焚烧发电厂是广州市第一座垃圾发电厂,设计规模为:日焚烧处理垃圾2x450t/d(max.2x520t/d),年额定运行时间保证值8,000h/a.共设置了两套垃圾焚烧炉(额定出力46t/h,450,6.4MPa)和配套炯气处理系统,配备一套2iMW凝汽式汽轮发电机组.全厂系统和设备除要求单体设备可靠性高外,尚须考虑系统安全,可靠,节能,环保及焚烧炉连续运行等特殊要求.该工程的热力系统图如附图所示.余热锅炉产生的新蒸汽一小部分进入二级空气预热器加热空气,其他新蒸汽进入汽轮机膨胀做功.汽轮机回热系统共有两级非调整抽汽,第一级抽汽供锅炉第1级空气预热器用汽和除氧器用汽:第二级抽汽供低压加热器用汽.膨胀做功后的蒸汽在凝汽器中凝结成水,凝结水从凝汽器热井出来,经凝结水泵升压后,经过汽封加热器和低压加热器后再进入除氧器,从除氧器出来的水经给水泵升压后送回锅炉.在汽轮机旁路系统的选择上,根据本工程垃圾焚烧系统的运行要求,从系统运行的可靠性,技术经济以及设备供货方的工艺设计等方面进行比较,本工程采用了第二种汽轮机旁路系统的设计.即”旁路减温减压器+旁路高压凝汽器”系统,其主要设备包括:旁路减温减压器(4456.2MPa/1040.12MPalOOt/h),启动/低负荷减温减压器(4456.2MPa/1700.5MPalOt/h),旁路高压凝汽器(800m)及其安全阀,旁路射水抽气器,旁路射水泵及配套电机,旁路凝结水泵及电机等.设计中结合以下典型工况下运行方式进行了考虑:1,二台锅炉在额定负荷下运行,汽轮机也在额定负荷下运行,汽轮机的电动主汽阀和自动主汽阀全开,调节汽阀全开,汽轮机旁路系统停运并热态备用.2,系统旁路运行,汽轮机停机.二台锅炉可在额定负荷下运行,汽轮机解列后,3秒钟内可开启旁路减温减压器系统和启动/低负荷减温减压系统,关科技博览l37科学论坛I普朗克常数探密何华均(四川文理学院物理与工程技术系四JiJ达州635000)摘要普朗克常数h是在研究黑体辐射时引入的一个重要的自然常数.是联系量子理论与经典理论的桥梁.通过对黑体辐射和玻尔量子理论等现象的分析,阐述h的引入如何导致量子论的诞生和发展,从而使人们理h解的物理意义.关键词普朗克常数黑体辐射量子论光谱中图分类号:0413.1文献标识码:A文章编号:1009914X(2010)1800380219世纪末与2O世纪初,经典物理学理论的几个主要分支力学,热力学,电磁学,光学及分子运动论都己建立起完整的理论体系,在理论应用上也取得了巨大成果.但同时也出现了一些经典物理学理论无法克服的困难,引起了20世纪物理学革命.1常数h的推导19世纪末,在物理学上空飘起的一朵乌云是黑体辐射能量按波长的入能量密度谱分布,p(五)=万/L得普朗克黑体幅射公式2rhc1/L百一(1)口/k一1式中C,V分别为电磁幅射的光速,波长,频率,k为玻尔兹曼常数,T为温度.黑体幅射的实验测定值完全符合普朗克公式.对式(1)取极值可得一hc,一4.965k6(2)式中b为维思常数,由实验确定.对式(2)取积分并应用斯特藩定律可得,Zr-.(=一15/7式中.为斯特藩玻尔兹曼常数,由实验确定.验完全符合,只是在长波区域相差很大.19001905年瑞利和金斯两人根据经典电动力学和统计物理理论得出了另外关于一个黑体辐射的公式,即.,8E,P了A(5)(5)式称为瑞利金斯公式,在场的低频处!能量分布非常符合该公式,正如瑞利和金斯所预言的那样:但在高频处!该公式无法解释,实际观察显示,能量分布在高频处不但不是一直无限增加,而是随着频率增加而下降,这就是历史上着名的”紫外灾难”问题,以上两个公式都是严格按经典理论计算出来的,各代表了一种极端情况,都不能够全面的解释黑体辐射问题.1900年普朗克把维恩公式和瑞利一一金斯公式综合在一起.得到,l)q(6)l得到(6)式后,理论由于与实验结果符合.普朗克设法从理论上去论证闭汽轮机的电动主汽阀和自动士汽阀,调节汽阀全关,关闭汽轮机抽汽逆止阀.来自锅炉的过热蒸汽(4456.2MPa)经旁路减温减压器系统(最大容量1OOt/h)的减温减压为t040.12MPa的饱和蒸汽,进入高压凝汽器(800me),被循环冷却水冷却为1040.12a的饱和水,凝结水由旁路凝结水泵送入除氧器.汽轮机停机时,为了保证全厂汽水系统中的除氧器正常运行,从余热锅炉来的过热蒸汽进入启动/低负荷减温减压器,该减温减压器将4456.2MPa的主蒸汽减温减压为170C0.5MPa的蒸汽,该蒸汽一部分进入焚烧炉一级空气预热器,把经过空气预热器的空气加热,其蒸汽的疏水最后进入疏水箱:另一部分蒸汽进入除氧器,以保证除氧加热蒸汽的正常供应.3,系统旁路运行,汽轮机降负荷运行工况.二台锅炉可在额定负荷下运行,汽轮机电动主汽阀和自动主汽阀全开,调节汽阀按进入汽轮机主蒸汽的流量设置开度,开启旁路减温减压器系统和启动/低负荷减温减压系统.来自锅炉的过热蒸汽经减温减压后,进入旁路高压凝汽器(800m!),其凝结水由旁路凝结水泵送入除氧器,从除氧器出来的水经给水泵升压后送回锅炉.dj于汽轮机降负荷运行,汽轮机的级非调整抽汽压力过低,汽量及其压力不能满足焚烧炉一级空气预热器和除氧器的蒸汽需求,此时需利用启动/低负荷减温减压器系统,这跟停机工况相同.针对以上运行工况,设计中将汽机第一段非调整抽汽管与启动/低负荷减温减压器出口相连,并配置电动阀门以达到两路蒸汽可快速切换的目的.在减温减压器的控制上,我们采用了前馈控制的技术,即通过测量进入减温减压器前的一次蒸汽流量,将流量信号送入DCS,并设定二次蒸汽参数,经过DCS的计算以确定并调节减温水流量,这是一种目前常规电厂很少使用,仅在垃圾焚烧发电厂运用的技术.另外由于高压凝汽器被冷却的介质温度和压力远远高于电厂常规凝汽器,所以要求高压凝汽器系统的设计和制造需具备安全,换38l科技博览热效率高的特点.汽轮机旁路系统的设置,使得垃圾电厂系统运行的安全性和可靠性得到了保障,但是在实际的运行和布置上需注意一些问题.(1)旁路高压凝汽器与汽轮发电机组距离不宜太远,导致主蒸汽管道长度增加:同时旁路系统长期处于热备用状态,相应增加了管路的疏水量.(2)由l旁路减温减压器和旁路高压凝汽器均处于随时备用的状态,旁路高压凝汽器内需保持一定的真空度,以保证经过减温减压器后的饱和蒸汽

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