低温余热发电汽轮机产业化设计研究

1、低温余热发电汽轮机产业化设计研究1. 概述随着国家能源法的颁布实施和世界能源的日益短缺，企业的节能工作显得越来越重要。早在1996年国务院就制定并出台了一系列开展资源综合利用的政策，必须节约和合理利用现有的各种资源，千方百计减少资源的占用和消耗。目前，在水泥、钢铁、石油化工、建材、制糖等行业中，生产过程产生了大量低品位余热，包括低品位烟气、蒸汽和热水等，这些热量品位低、数量大、分布广，不能完全利用。回收这些低参数余热，用来发电，可有效减少能源消耗，同时降低了废气排放的温度，有效的减小生产对环境的污染，具有显著的节能和环保意义，有很大的推广价值和应用前景。中国长江动力公司（集团）已有50多年的设

2、计制造汽轮发电机组经验，一直致力于低温余热发电技术的研究，先后自主研制、开发了几十台余热发电、双压补汽式等型式汽轮机组。多年的运行验证，长动公司设计、制造的余热发电汽轮机组各项性能指标均达到标准和设计要求，其中双压补汽式汽轮机组与非补汽式汽轮机组相比，整机发电功率可提高8%以上。低温余热发电技术的实施应用有效解决了水泥、钢铁等行业节能减排、资源综合利用、环境保护等问题，降低了资源能源消耗和各种有害气体的排放，降低了企业生产成本，提高了经济效益。长动公司2008-2010年销售的双压补汽式汽轮机明细表序产品名称产品代号容量产 品 型 号用 户1补汽式汽轮机Q2001Z5 MWBN5-2.29/0

3、.2大连易世达能源工程有限公司2补汽式汽轮机Q2002Z7.5 MWBN7.5-2.35/0.35深圳南玻浮法玻璃有限公司3补汽式汽轮机Q3001Z11.5 MWBN11.5-2.29/0.2大连易世达能源（华新郴州水泥）4补汽式汽轮机Q3002Z15 MWBN15-3.43/1.3河北文丰钢铁5补汽式汽轮机Q3003Z11.5 MWBN11.5-2.29/0.2大连易世达能源工程有限公司6补汽式汽轮机Q3004Z8MWBN8-1.8/0.6武汉都市环保7补汽式汽轮机Q3005Z15MWBN15-3.43/0.6河北德龙钢铁8补汽式汽轮机Q3006Z10MWBN10-1.25/0.4唐山长城钢

4、铁9补汽式汽轮机Q4001Z21 MWN21-3.43/0.6中国华电广州大学城新能源总计104.5 MW2. 低温余热发电汽轮机主要技术特点 2.1 参数优化根据低温余热发电项目具有蒸汽参数变化范围大、发电容量不一、且有单压、双压等多种形式的特点，采用模块化设计理念与设计体系，结合用户废热的不同情况和热力系统特点，兼顾锅炉和汽轮机及系统设备配置情况，进行参数优化。根据进汽压力、进汽流量的不同选择不同的进汽模块，根据排汽量的不同选择不同的排汽模块，形成了系列化的余热发电机型。典型汽轮机主要技术参数7MW系列9MW系列18MW系列30MW系列额定功率MW7.591830功率等级范围MW61281

5、217242532额定主蒸汽压力MPa.a1.050.6890.6890.689主蒸汽温度320317315330312330主汽压力范围MPa.a0.9811.27补汽压力0.120.250.120.1370.110.140.120.14补汽流量t/h151616311给水温度3545354535453545汽耗kg/kW.h5.685.615.65.58热耗kJ/kW.h16285168451607516458汽轮机级数119910末级叶片叶片长度mm300330485665汽轮机本体重量t46.5456192配汽方式节流调节节流调节节流调节节流调节回热系统无无无无2.2配置优化2.2.1

6、优化产品通流结构设计，采用当代最先进的的全三维技术，同时对汽缸、汽封系统等进行优化设计，机组效率高。（1） 采用后加载新叶型，叶型效率高，攻角范围大，变工况性能好。（2） 末几级采用弯扭联合成型静叶栅。改变静叶栅内部的流场，减小叶片损失，从而大幅度提高汽轮机的级效率。（3） 通流部分子午面光滑。光滑顺畅的子午面型线可以减小因子午面形状突变而带来的额外损失。（4） 动叶自带围带整圈联接。通过预扭装配使动叶片形成整圈联接，可以使动叶片振动应力减小，不存在铆接造成的应力集中，运行安全可靠。（5） 采用新一代梳齿式汽封，适当增加汽封齿数，有效减少漏汽损失。2.2.2优化汽缸设计针对补汽式汽轮机的特点，

7、为了保证低压饱和蒸汽能与主流蒸汽很好的混合，不影响机组的正常运行，在汽缸的设计中，除设有补汽进汽口外，在缸体上适当增加汽室空间，使补汽进入汽缸后，可迅速扩散，减少对主流蒸汽的扰动冲击，确保稳定的补汽。2.2.3确定合适的补汽点在双压汽轮机设计中，将高中压段与低压段分开设计，根据主汽流量与补汽流量的总和来选择低压段（补汽点之后称为低压段）。低压段的选择首先全面分析余热电厂的工艺系统，确保在汽轮机运行的任何工况下，补汽进入汽轮机之后，补汽点的级间压力均低于补汽压力，确保补汽顺利补入。2.2.4 合理设置汽轮机配汽为适应余热发电用汽轮机快速启动、滑压运行的要求，该系列机组取消调节级，采用节流调节，喷

8、嘴全周进汽。汽轮机进汽部分始终处于均匀受热状态，保证了汽轮机进汽均匀，以利于汽机快速启动。同时由于采用全周进汽，避免了常规汽轮机部分工况运行时调节级的危险工况，提供了机组安全性。2.2.5开发先进的补汽结构在燃气-蒸汽联合循环装置的双压汽轮机补汽结构的基础上，结合余热利用汽轮机的特点，开发了先进的补汽结构。将补汽汽室空间加大，补汽进入汽缸后可以与主流充分混合，有效保证了汽流的畅通，大大减小了汽流在混合室内的流动损失，极大地提高了机组效率；对补汽口位置进行优化设计，可充分利用补汽热能，最大限度地将热能转化为电能；采用蒸汽导管直接进入汽缸，并尽量减少补汽导管与汽缸壁的热传导面积，补汽不直接与进汽口

9、汽缸壁接触，从而保证汽缸壁温不因补汽进入而发生较大的变化，避免因温差大导致汽缸变形。2.2.6凝汽器设计特点根据生产工艺流程的需要，设置一套旁路系统，新蒸汽通过一级减温减压器后，直接进入设置在凝汽器喉部的二级减温减压器，再排入凝汽器。有效避免因汽轮发电机组停机检修时，余热锅炉产生蒸汽造成浪费和污染。2.2.7采用先进的控制系统采用数字电液调节系统，自动化程度高，易于控制，可实现机械、电子双保护。先进、稳定的控制系统通过对主蒸汽调节汽阀和补汽调节阀的连锁、调节，确保补汽系统的正常运行。 3. 节能减排和经济效益估算以Q3004Z武汉都市环保项目为例：1) 发电量：发电装机功率8MW，发电功率8M

10、W，年发电量（按7000小时计算）：5.6×107KWh，较同规格非补汽式汽轮机多发电0.56×107 KWh2) 经济效益：每年多收入（0.5元/KWh）280万元3) 节能减排：每年减少排放CO2 56000吨，可节约标煤21467吨2008-2010年， 我公司设计制造9台补汽式汽轮机，总装机容量达104.5MW，年发电量（按7000小时计算）73.15×107KWh，每年可多发电7.315×107KWh，多收入3657.5万元，每年减少排放CO2 73.15万吨，可节约标煤28.04万吨。4. 应用范围和发展前景可根据用户要求选择或者设

11、计机型，一机同时利用多种低参数热能，不增加新能源和资源消耗，可实现资源的综合利用并增加电能输出。适用于高能耗、高污染的水泥、化工、石油、冶金、焦化以及生物质能、垃圾焚烧等行业的自备电站或中小型发电厂行业。据了解，目前我国钢铁行业1000立方米以上高炉有大约110座，有30座以上未配备炉顶压差发电设备；水泥行业现有新型干法水泥生产线逾800条，只有少部分生产线配装了余热发电装置。这些数据说明，我国节能减排的空间还非常巨大，余热发电的经济效益也是非常客观的。5. 低温余热发电汽轮机产业化发展的必然性5.1国家政策优惠和市场需求余热发电是符合国家关于节约资源、保护环境及可持续发展的方针政策的。国家规

12、定，对于容量大于1000千瓦的余热电站，应该无条件上网并给予优惠上网电价。沿海经济发达同时能源极为短缺的地区，明确规定今后不再新建日产4000吨以下的水泥项目，以提高资源和能源的利用效率。对于已上马的日产2000吨及以上新型干法水泥企业，则鼓励其发展余热发电，推进能源的综合利用。5.2 企业自身发展的需要低温余热发电同时也为中小型汽轮机制造业提供一次很好的发展机遇。2010-2008年，公司设计制造总装机容量为104.5MW的补汽式发电机组，但远远不能满足国内对余热发电机组日益增长的需求。低温余热发电汽轮机产业化发展势在必行。6. 本项目主要内容：1) 本项目拟实施的是加强低温余热发电汽轮机组的产业化能力，提高机组技术性能和质量，满足节能环保的市场需求而进行的