11大补气式低温余热气轮机的设计、运行及对余热发电技术发展的影响

1、PAGE 1PAGE 163大补气式低温余热气轮机的设计、运行及对余热发电技术发展的影响 青岛捷能汽轮机集团股份有限公司 潘世明一、公司简介青岛捷能汽汽轮机集集团股份份有限公公司是由由原青岛岛汽轮机机厂改制制而成，始始建于119500年，119588年开始始生产汽汽轮机，以生产“捷能牌”汽轮机为主导产品，具有现代化生产规模，享有自营进出口权。现有净资产6.5亿元，员工2300余人，其中工程技术人员300余人。拥有关键设备1500余台，其中数控、加工中心等精密大型设备500多台，基本实现数显数控加工，具有很强的综合加工能力。公司目前主主要生产产1500MW以以下各类类型号汽汽轮机，现有十大系列6

2、00余个品种，能够满足发电、石油、化工、印染、纺织、水泥、造纸、制糖、钢铁、煤炭、垃圾处理、燃气-蒸汽联合循环、城市集中供热等行业，产品遍布31个省、市、自治区，并远销印度、印尼、巴基斯坦、孟加拉等国家。公司现具有有年生产产汽轮机机5000万千瓦瓦/4000台的的能力，是是目前国国内中小小型汽轮轮机系列列最全、品品种最多、能能力最强强的设计制制造供应应商。现现在已生生产的各各类汽轮轮机达440000多台，在在3MWW600MW中中小型汽汽轮机的的市场占占有率达达52%。公司自700年代末末即研制制低品位位余热利利用汽轮轮机，目目前已为为国内外外水泥公公司提供供了2000多台台余热利利用汽轮轮机

3、，在在设计、制制造、运运行经验验等方面面均处于于国内领领先水平平。公司大力实实施名牌牌战略，坚持实施自主开发与引进技术相结合的高起点发展战略，大力推进主导产品结构调整和升级换代，曾获得全国汽轮机行业质量标兵称号和全国五一劳动奖章。1980年获得中国汽轮机发展史上第一块国家质量奖牌，多个产品被评为国家级新产品，所生产的“捷能牌”汽轮机2006年获得“中国名牌产品”称号。二、纯低温温余热发发电技术术发展回回顾水泥窑纯低低温余热热发电技技术就是是水泥窑窑工艺流流程排出出的大量量废气余余热进行行热交换换回收，产产生蒸汽汽通过汽汽轮机实实现由热热能向机机械能转转换最终终拖动发发电机发发电的技技术。1、纯

4、低温温余热汽汽轮机的的技术来来源我公司是国国内纯低低温余热热发电技技术纯低低温余热热汽轮机机设计、制制造、运运行的开开拓者和和领路人人。在上上世纪770年代代末至990年代代初，我我公司为为西藏羊羊八井地地热电厂厂共制造造了7台台3MWW补汽式式地热机机组（进进汽为00.177Mpaa饱和蒸蒸汽、补补汽为00.055Mpaa饱和蒸蒸汽，并并获得国国家科技技进步三三等奖）。二二十多年来西藏藏羊八井井地热机机组的成功运行行为我国国纯低温温余热发发电技术术发展，特特别是为为上世纪纪90年年代末水水泥窑纯纯低温余余热发电电技术发发展起到到非常关关键作用用。2、纯低温温余热汽汽轮机开开始进入入水泥行行业

5、1997年年20004年年是水泥窑窑纯低温温余热发发电技术术导入期期。这期期间，水水泥窑余余热利用用主要采采用补燃燃技术、无无补汽纯纯低温发发电技术术以及小小补汽技技术（110%补补汽量）。由于对水泥窑生产的波动性，所产生各能级的余热（压力、温度、流量）变化范围大这一特点没有充分认识，结果造成水泥行业应用的所有补汽式汽轮机组其补汽均不能投入正常运行。其根本原因并非是汽轮机设备问题，而是余热发电热力系统及余热锅炉配置不当所至。如：汽轮机补汽要求补汽压力及温度相对稳定并要求高于汽轮机本体补汽点的蒸汽压力，由于工程设计单位未能透彻地研究水泥窑废气余热特性，其低压补汽均是由水泥窑大幅度波动的废气直接生

6、产，更由于余热锅炉、热力系统的配置又不具备调整蒸汽压力及稳定蒸汽温度的能力，造成补汽蒸汽压力及温度的大幅度波动，使得补汽系统不能正常投入运行。补汽系统不能正常投入运行，不但不能进一步回收180以下废气余热，使余热发电系统达不到应该达到的发电功率，也同时严重影响了大家对补汽式汽轮机优越性的认识，阻碍了水泥窑纯低温余热发电技术的发展及进步。这一时期水水泥窑余余热利用用发电技技术暂定定义为第第一代水水泥窑余余热发电电技术（主蒸汽参数压力0.691.27Mpa，温度280340，无补汽）。尽管这一时期在水泥窑余热利用改造上没有达到预期的效果（水泥窑余热没有得到充分利用），但是我们却获取了很多经验：一是

7、余热汽轮机开始被水泥行业所认知；二是水泥窑纯低温余热发电技术发展离不开汽轮机技术发展；三是汽轮机供应商应投入更多的技术力量开发出适合水泥窑余热利用的汽轮机。3、纯低温温余热汽汽轮机在在水泥窑窑上的广广泛应用用 = 1 * GB3 20044年220077年（第第二代水水泥窑余余热发电电技术的的应用期期），在在与大连连易世达达能源工工程有限限公司的的紧密合合作下，我我公司已已自主研研发了处处于国内内领先水水平、与与第二代代水泥窑窑余热发发电技术术（水泥泥窑余热热按废气气余热温温度可实现梯梯级利用用，使水泥泥窑废气气余热按按其热能能品质最最大限度度地转换换为电能能，采用用相对高高压高温温的主蒸蒸汽

8、(11.5772.45MMPa-34003885)及低低压低温温补汽（00.10.33 MPPa-饱饱和至1170），使余热热发电能能力比采采用相对对低压低低温主蒸蒸汽(00.6991.27MMPa-28003440)参数数的第一一代水泥泥窑纯低低温余热热发电技技术大幅幅提高）配套的的新一代代补汽式式汽轮机机。这种种汽轮机机的基本本系列为为4.55MW、66MW、77.5MMW、99MW、112MWW、155MW、118MWW、200MW等等多个规规格，主主蒸汽进进汽额定定参数为为1.55722.455MPaa-34403385，允许许的运行行变化范范围为11.2772.47MMPa-2800

9、3990，补汽汽进汽额额定参数数为0.2MPPa-1150，允许许的运行行变化范范围为00.10.33MPaa-饱和和至1770,最大大补汽量量为主汽汽流量的的20%。该系系列产品品可以有有效利用用水泥窑窑废气余余热生产产的不同同能级的的蒸汽、热热水等低低品位热热能并能能在保证证汽轮机机使用寿寿命和热热效率的的前提下下，对水水泥窑生生产的波波动性有有很强的的适应能能力。根据已投产产的第二二代水泥泥窑余热热电站运运行情况况（用户户：山水水集团潍潍坊25500tt水泥窑窑，20007年年1月正正式投运运），汽轮轮机组补补汽式比比不补汽汽式时其其发电功功率提高高8%以以上，相相应余热热锅炉出出口废气

10、气温度可可得以大大幅降低低。同时，因采采用较高高的主蒸蒸汽压力力和温度度，为汽汽机滑参参数运行行创造了了条件（当当设计采采用主蒸蒸汽压力力和温度度为2.29MMPa-3700时，实实际运行行变化范范围可以以达到11.2772.47MMpa、33254000）；而而第一代代纯余热热发电技技术的汽汽轮机主主蒸汽压压力和温温度允许许变化范范围则要要小得多多（当设设计采用用主蒸汽汽压力和和温度为为0.998MPPa-3310时，实实际运行行变化范范围只能能达到00.6991.27MMpa、22903330）。因因此，第第二代纯纯余热发发电技术术在提高高余热发发电能力力的同时时，由于于主蒸汽汽参数允允许

11、运行行变化范范围比第第一代纯纯余热发发电技术术大得多多，汽轮轮机运行行的可靠靠性、对对水泥窑窑生产波波动的适适应性也也将比第第一代技技术好的的多，更更为重要要的是延延长了汽汽轮机设设备的使使用寿命命。 = 3 * GB3 汽轮机新新技术应应用及创创新点随着水泥窑窑纯低温温余热发发电技术术不断发发展，我我们与大大连易世世达深度度合作，在在深刻了了解余热热发电热热力系统统的构成成及水泥泥生产线线生产特特点的基基础上，在在水泥窑窑余热发发电用汽汽轮机的的设计参参数选择择上充分分考虑了了水泥窑窑生产的的大范围围波动性性，积极极研发与与第二代代水泥窑窑发电技技术配套套的补汽汽式汽轮轮机。在该类型补补汽式

12、汽汽轮机的的设计制制造过程程中，我我公司积积极采用用CADD/CAAM/CAAPP、PPDM等等先进的的设计、制制造、管管理手段段。主要要技术创创新点，有有以下几几方面：a、采用国国际上先先进的模模块化设设计理念念产品零零部件均均采用模模块化、标标准化、系系列化设设计；b、应用全全三维技技术设计计机组的的通流部部分（采采用高效效率后加加载叶型型、全三三维弯扭扭叶片），大大大提高高汽轮机机的效率率，整机机效率提提高8%以上。c、本体结结构设计计必须满满足主蒸蒸汽进汽汽参数变变化范围围：压力力1.22722.455MPaa、温度度28003990，以适适应水泥泥窑生产产的波动动性。d、控制系系统采

13、用用数字电电液调节节系统（DDEH）（采采用美国国WOOODWAARD公公司5005+德德国VIIOTHH电液转转换器）。可可实现数数据自动动记录、自自动控制制，其技技术水平平国内领领先，具具有国际际同类产产品水平平；配置置先进的的汽轮机机安全监监测保护护系统（TTSI），监监视项目目齐全、性性能可靠靠，操作作调整方方便，自自动化程程度高，可可随时监监测机组组的各种种运行参参数，便便于故障障分析和和判断，限限制事故故范围，提提高机组组运行安安全性。e、高效的的补汽结结构设计计补汽混合合室的设设计：根根据主汽汽、补汽汽混合后后的流动动特性按按蜗壳理理论进行行结构设设计，使使流动效效率达到到最佳值

14、值。整机机效率比比补汽量量10%的结构构提高了了1.55%。补汽强关关阀的设设计：一一是要具具有在任任何紧急急情况下下，能够够自动快快速（1S）切切断补汽汽，杜绝绝了汽轮轮机因补补汽造成成的飞车车事故的的发生；二是要要具有在在汽轮机机正常运运行时，可可随时强强行切断断补汽。f、为减少少电站投投资及工工程建设设周期，我我公司已已为25500tt水泥窑窑纯低温温余热汽汽轮机采采用新布布置理念念快装式式（单层层布置）、配配集中油油站，汽汽、水、油油管路全全部厂内内组装，结结构紧凑凑，安装装方便（如如下图）。正在研发用用于50000tt水泥窑窑纯低温温余热汽汽轮机的的快装结结构（如如下图）。 三、大补

15、汽汽式低温温余热汽汽轮机的的设计、运运行及对余热热发电技技术发展展的影响响2008年年20009年年，随着大连连易世达达对水泥泥窑纯低低温余热热发电技技术不断断探索研研究，成成功将补补汽量由由20%提高到到40%。25000t水泥泥窑: 补汽量量由4tt/h提提高到88t/hh，装机机容量由由4.55MW提提高到55MW，发发电量增增加了99%，汽轮机本本体结构构采用快快装式+集中油油站，机机组已投投运（用用户：江江苏东湖湖等）；50000t水泥泥窑: 补汽量量由8tt/h提提高到116t/h，装装机容量量由9MMW提高高到111.5MMW，发发电量增增加了99%，机机组已投投运（用用户：华华

16、新集团团的金猫水泥泥、阳新新水泥等等，平均均发电量量10 MW以以上）；250000tt水泥窑窑: 补补汽量由由18tt/h提提高到336t/h，装装机容量量由200MW提提高到223MWW，发电电量增加加了9%，机组组已投运运（用户户：峨嵋嵋山水泥泥，平均均发电量量预计221 MMW以上上）。最近，大连连易世达达公司在在水泥窑窑纯低温温余热发发电技术术又有新新的突破破第三三代水泥泥窑余热热发电技技术即补补汽量由由现在的的40%提高到到额定补补汽量880%，最最大补汽汽量1000%。为为此，我我公司正正在研发发与第三三代水泥泥窑余热热发电技技术配套套的大补补汽式低低温余热热汽轮机机，并将将在如

17、下下技术上上有新突突破。1、补汽室室结构的的新突破破按全三维的的技术设设计补汽汽混合室室，使混混合室的的流动损损失达到到最小，补补汽顺利利进入汽汽轮机，使使汽轮机机整机效效率提高高1%。2、补汽控控制的新新突破在原来补汽汽强关阀阀的基础础上必须须增加补补汽调节节阀。当当补汽量量达到主主汽流量量80%1000%时时，补汽汽对汽轮轮机补汽汽口处的的压力、发发电功率率影响较较大。在在补汽不不是很稳稳定情况况下，目目前的WWOODDWARRD 5505系系统很难难控制汽汽轮机平平稳、安安全运行行。故必必须增加加补汽调调节阀并并采用WWOODDWARRD 5505EE，最终终实现对对电功率率和补汽汽压力

18、进进行关连连调节，确确保汽轮轮机安全全、可靠靠运行；同时也也起到协协助锅炉炉稳定出出口压力力的作用用。3、通流结结构的新新突破当补汽量减减少一半半时，排排汽流量量将减少11/4，末末级叶片片的动应应力将成倍增增加，给给汽轮机机的安全全运行带带来严重重隐患。故故必须重重新开发发末级叶叶片，以以满足大大补汽式式低温余余热汽轮轮机的运运行要求求。 结结论：随随着上述述技术的的突破，大大补汽式式汽轮机机不久将将问世，水泥窑余热利用率将大幅度提高，其效果如下（典型窑型）： 25000t水水泥窑：补汽量量将由88t/hh提高到到18tt/h，装装机容量量将由55MW提提高到66MW，发发电量增增加177%225% 50000t水水泥窑：补汽量量将由118t/h提高高到388t/hh，装机机容量将将由111.5MMW提高高到133.5MMW，发发电量增增加177%225%250000tt水泥窑窑：补汽汽量将由由36tt/h提提高到770t/h，装装机容量量将由223MWW提高到到26.5MWW，发电电量增加加17%255%。四、结束语语我公司将携携手设计计院及各各