余热发电热力系统原理.ppt

安徽海螺川崎工程有限公司 余热发电热力系统原理 余热发电系统主要涉及的知识 1 传热学研究热量传递过程 凡有温差 就有热量自发地从高温物体传到低温物体 2 流体力学研究流体的机械运动规律及其应用 3 工程热力学研究物质的热力性质 能量转换以及热能的直接利用等问题 传热的基本方式 导热指物体各部分无相对位移或不同物体直接接触时依据分子 原子及自由电子等微观粒子热运行的热量传递现象 导热是物质的属性 导热过程可以在固体 液体及气体中发生 热对流依靠流体的运行 把热量由一处传递到另一处的现象 称为热对流 是传热的另一种基本方式 热辐射导热或对流都是以冷 热物体的直接接触来传递热量 热辐射则不同 它是依靠物体面对外发射可见和不可见的射线 电磁波 或者说光子 传递热量 传热学 热传递过程 气体 固体 气体 350 热能 热辐射 200 300 100 固体 热对流 导热 热对流 导热 导热 两个重要物理量 热焓 它是表示物质系统能量的一个状态函数 通常用H来表示 其数值上等于系统的内能U加上压强P和体积V的乘积 即H U PV 热量 指的是由于温差的存在而导致的能量转化过程中所转移的能量 Q K t FK传热系数kJ m2 h t传热温差 F传热面积m2 余热发电系统中传热的应用 1 余热锅炉2 凝汽器3 汽封凝汽器4 油冷却器5 发电空气冷却器6 冷却塔7 锅炉排汽冷却器 试样冷却器等 传热的计算方法 1 设备已确定 进行性能计算 2 参数已经确定 进行设备设计计算 计算公式 Q换热量kJ h t对说换热温差 K传热系数kJ m2 h F换热面积m2C高温介质比热kJ m3 t1高温介质入口温度 t1 高温介质出口温度 t2低温介质入口温度 t2 低温介质出口温度 换热曲线 t1 t1 t2 t2 废气 水 流体力学 1 沿程阻力2 局部阻力锅炉废气阻力设计 1000Pa主蒸汽阻力设计 0 1MPa 工程热力学 1 热力学第一定律能量既不能被创造 也不能被消灭 它只能从一种形式转换成另一种形式 或从一个系统转移到另一个系统 而总量保持恒定 2 热力学第二定律不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化 水及水蒸汽物理性质 水在某一恒定压力下进行加热 主要进行三个过程 第一个过程 水在常温下被逐步加热至某一温度 在此温度下水开始逐渐产生蒸汽 其蒸汽温度与水温相同 第二个过程 水继续被加热时水温将不再变化 而产生的温度的蒸汽将不断增加至水全部变为蒸汽 第三个过程 水全部变为蒸汽后继续加热 则水蒸汽的温度将不断升高 过热度 从水和水蒸汽的性质来说 过热度指的是蒸汽温度高于对应压力下的饱和温度的程度 对水和水蒸汽而言 其饱和曲线在水蒸汽图上是一条上升的曲线 即随着压力的升高 水的饱和温度也是升高的 同理 对于处于某一温度的水蒸汽来说 提高压力 其对应的饱和温度也随之升高 则其温度高于饱和温度的程度也降低 即蒸汽的过热度降低 水蒸汽变化曲线 发电热力系统的基本原理 朗肯循环 是最简单的蒸汽动力理想循环 热力发电厂的各种较复杂的蒸汽动力循环都是在朗肯循环的基础上予以改进而得到的 包括闪蒸器余热发电技术 废气品位的界定 高温废气余热 废气温度大于650 中温废气余热 废气温度350 650 低温废气余热 废气温度小于350 闪蒸技术热力系统 闪蒸器朗肯循环曲线 xls 闪蒸余热发电系统压力的确定 1 水变为蒸汽的温度称为饱和温度 其对应的水称为饱和水 蒸汽为饱和蒸汽 对于不同的压力 饱和温度是不同的 在水及水蒸气被热源 废气 加热过程中 热源与水及水蒸气间必将存在换热温差 并且热源温度必须高于水及水蒸气温度 2 由于PH锅炉仅有蒸发器 过热器 其出口废气仍要用于原料等生产线设备进行烘干 因此在设计过程中 是根据PH锅炉出口风温的要求 确定蒸发器饱和温度 根据饱和温度确定系统的蒸汽压力 废气标况 标况指温度为0 273 15开 和压强为101 325千帕 1标准大气压 760毫米汞柱 的情况 使在比较气体体积时有统一的标准 单位为Nm3 h 标况和工况的转化 工况为 360000m3 h 压力为 5000Pa 温度为330 标况为 154988Nm3 h 温度为330 PV T 常数 表压 绝压 表压力 绝对压力 大气压力比如汽轮机排汽压力为5 73kPaA 若当地大气压为101 325kPaA 表压 即真空度 为 95 6kPaG 5 73 101 325 若高海拔地区 大气压力仅在84kPaA左右 此表压 即真空度 为 78 27kPaG 绝压 大气压 5 73 84 热力计算一般步骤 1 一般为业主提供废气参数及生产线的基本信息 2 研讨确定余热发电的方案 两炉一机 四炉一机等 3 根据窑尾PH锅炉出口风温的要求确定压力等级 4 进行锅炉选型或设计计算 5 根据主蒸汽参数 汽轮机相对内效率 汽轮机排汽压力计算出发电量 举例 废气参数及要求为 窑尾 340000Nm3 h 320 窑头 210000Nm3 h 360 原料磨要求入口风温为200 由于地为缺水地区 采用空冷机组 根据废气参数选择系统压力为0 789MPaA 由于空气比热远低于水 因此汽轮机排汽设计为0 015MPaA 举例 平凉海螺根据废气流量锅炉选择为PJ J锅炉 AQC A锅炉通过锅炉热力计算PH J锅炉蒸发量为28 6t h 主蒸汽温度为304 6 主蒸汽压力为0 789MPaA AQC A锅炉蒸发量为18 4t h 主蒸汽温度为344 9 主蒸汽压力为0 789MPaA 闪蒸器流量为2 4t h 举例 一般室外汽水管线的温度损失为5 压力损失为0 1MPaA 因此汽轮机入口压力为0 689MPaA 入口温度为315 4 按发电功率计算公式可得 发电功率为7300kW 热平衡计算过程 doc BMS HB Calc R0 xls 发电功率的计算公式 P 1 2 h1 h2 F1 h3 h4 F2 3600P发电机输出功率kW 1汽轮机本体散热损失 2发电机热效率 h1主蒸汽热焓kJ kgh2主蒸汽绝对排汽焓kJ kgh3补汽热焓kJ kgh2补汽绝对排汽焓kJ kg 主蒸汽汽轮机缸效率 补汽汽轮机缸效率 F1 F2主蒸汽 补汽流量kg h 系统热效率的计算方法 5 系统热效率计算P发电机输出功率kWVg1PH锅炉废气流量 Nm3 h Jg1PH锅炉入口含尘废气热焓值 kJ Nm3 Jg2PH锅炉出口含尘废气热焓值 kJ Nm3 Vg2AQC锅炉废气流量 Nm3 h Jg3AQC锅炉入口含尘废气热焓值 kJ Nm3 Jg4AQC锅炉出口含尘废气热焓值 kJ Nm3 PH锅炉热效率的计算方法 F h2 h1 Vg Jg1 Jg2 PH锅炉热效率 Vg废气流量 Nm3 h F过热器出口额定蒸汽流量 kg h Jg1锅炉入口含尘废气热焓 kJ Nm3 Jg2锅炉出口含尘废气热焓 kJ Nm3 h1锅炉入口给水热焓 kJ kg h2锅炉出口蒸汽热焓 kJ kg PH锅炉热利用率的计算方法 F h2 h1 Vg Jg1 PH锅炉热效率 Vg废气流量 Nm3 h F过热器出口额定蒸汽流量 kg h Jg1锅炉入口含尘废气热焓 kJ Nm3 h1锅炉入口给水热焓 kJ kg h2锅炉出口蒸汽热焓 kJ kg AQC锅炉热效率的计算方法 F h2 h1 F h1 h0 Vg Jg1 Jg2 AQC锅炉热效率 Vg废气流量 Nm3 h F过热器出口额定蒸汽流量 kg h F 省煤器入口额定给水流量 kg h Jg1锅炉入口含尘废气热焓 kJ Nm3 Jg2锅炉出口含尘废气热焓 kJ Nm3 h0省煤器入口给水热焓 kJ kg h1锅炉入口给水热焓 kJ kg h2锅炉出口蒸汽热焓 kJ kg AQC锅炉热利用率的计算方法 F h2 h1 F h1 h0 Vg Jg1 AQC锅炉热效率 Vg废气流量 Nm3 h F过热器出口额定蒸汽流量 kg h F 省煤器入口额定给水流量 kg h Jg1锅炉入口含尘废气热焓 kJ Nm3 Jg2锅炉出口含尘废气热焓 kJ Nm3 h0省煤器入口给水热焓 kJ kg h1锅炉入口给水热焓 kJ kg h2锅炉出口蒸汽热焓 kJ kg 提高其循环热效率及效率的措施 1 提高汽轮机进汽压力或温度可提高循环热效率及效率 降低汽轮机排汽压力可提高循环热效率及效率 提高余热发电效率的途径 1 提高余热锅炉热回收效率换热公