闪蒸发电

1、工艺流程

给水经给水泵进入余热锅炉,经废气加热后,一部分变为过热蒸汽,进入汽轮机作功发电。另一部分经余热锅炉低温段加热后，产生热水(饱和水)，这部分热水进入闪蒸器，经一级扩容闪蒸出一定量的低压饱和蒸气，进入汽轮机相应低压进汽口作功发电。闪蒸器内的饱和水进入除氧器，与冷凝水一起经除氧后由给水泵供给锅炉，实现一个完整的热力循环。

2、闪蒸系统高效率技术原理

常规余热发电系统与蒸汽/热水闪蒸复合发电系统的余热利用情况如图1所示。BCDE为常规蒸汽余热锅炉的介质吸热特性， ACDE为复合发电余热锅炉的工质吸热特性。图2中取两种锅炉的介质始饱和温度（C点）相同，C点与所对应烟气c点的温差称之为窄点温差。从图2中看出，两种系统的工质吸热曲线自C点后（CDE）重合，即过热蒸汽参数相同，过热蒸汽量相等；而两种系统在低温段（C点前）所利用的热量差异较大。常规余热炉将59.5吨产生蒸汽的水自105℃加热到 249 .2℃(饱和温度)，使烟气自269.2℃降为209℃排出；而蒸汽/热水闪蒸系统则将143t水自68℃加热到249.2（饱和温度），相应的烟气自269.2℃降为100℃，比常规系统多利用余热1666×104kcal/h，即烟气曲线中的ab段。是常规蒸汽余热锅炉一次余热利用率的1.40倍。

与常规火力发电系统不同的是，蒸汽/热水闪蒸复合发电系统引入了闪蒸器。给水经给水泵进入余热锅炉后, 其中的一部分被废气余热直接加热为过热蒸汽,进入汽轮机做功发电。另一部分经余热锅炉低温段加热后，产生一定压力下的热水，这部分热水进入闪蒸器，生产出一定量的低压饱和蒸汽，进入汽轮机相应的低压级做功发电。闪蒸器产生的饱和水进入除氧器（或水箱），与冷凝水一起经除氧后由给水泵供给锅炉，实现一个完整的热力循环。

在这一工艺流程中，引入闪蒸系统，使排烟温度降到90℃左右，大大提高了余热利用率。同时由于增加了闪蒸系统，可通过调节系统循环水量来较大范围地适应水泥窑（尤其窑头）废气参数的大幅波动，提高系统运行的可靠性和稳定性。

根据水泥窑的特点及余热发电系统工艺设计要求，采用一窑两炉一机加一台闪蒸器的设备配置方式。余热锅炉的过热蒸汽汇合后直接进入汽轮发电机组发电；余热锅炉所产生的多余热水共同进入闪蒸器，闪蒸出来的饱和蒸汽进入汽轮发电机组的低压级作功发电。

两炉一机方案是在综合考虑了投资、废气成分、系统复杂程度、可靠性、运行可操作性等因素后确定的最佳方案。其优点主要体现在：

系统简单，投资降低且便于管理；单机容量增大，汽轮发电机组效率提高。2100433B

蒸汽/热水闪蒸复合发电技术是一种能最大限度地利用中、低温余热的纯余热利用型发电技术。该技术主要以200℃~500℃的低温废气作为热源，通过余热锅炉生产出过热蒸汽和一定量的饱和水，将常规发电系统无法利用的部分低品位低温热能，通过闪蒸系统生产出饱和蒸汽，与过热蒸汽一起进入多参数汽轮机作功发电，从而增加余热发电功率。采用此项技术一般可比常规技术多发电10%左右。

为了有效地利用我国中低温地热资源和提高地热发电的经济性,我们提出地热水发电的两级能量转换系统, 并对两级地热闪蒸和闪蒸地热发电系统的单位热水净发电量、电站净效率等热力学性能进行比较,得出如下结论.

(1) 地热闪蒸地热发电系统的单位热水净发电量随地热水温度的增加量比地热两级闪蒸发电系统大, 当热水温度在80-130℃时,两级地热闪蒸发电系统的单位热水净发电量比闪蒸-双工质联合系统的单位热水净发电量多达19.4%;当热水温度在130-150℃时,闪蒸-双工质联合系统的单位热水净发电量比两级地热闪蒸发电系统的单位热水净发电量多达5.5%.

(2) 随着地热水温度的升高,两级闪蒸发电系统的发电净热效率逐渐增加,闪蒸地热发电系统的闪蒸发电净热效率先增加后减小,地热水温度越高,对闪蒸地热发电系统中双工质发电就越有利.

(3) 两级地热闪蒸发电系统闪蒸产汽量总和约为闪蒸地热发电系统闪蒸产汽量的2-3倍,地热水温度越高,两者之间的差值就越大.

(4) 闪蒸-双工质地热联合发电系统的尾水温度高于两级闪蒸发电系统,可以考虑地热尾水的梯级利用 .2100433B

闪蒸地热发电系统中,闪蒸温度对系统净发电量的影响.闪蒸温度采用试选的方法,以观察其对发电功率的影响,其范围在冷凝温度和热源温度之间.在同一热源温度下,随着闪蒸温度的升高,联合发电系统的单位热水发电量先增大后减小.当联合系统的单位热水发电量达到最大时的温度即为联合系统的最佳温度.地热水温度不同,联合系统最佳温度的取值也不同,地热水温度越高,联合系统最佳温度越高; 当热水温度为80℃和150℃时,其最佳闪蒸温度为60℃和125℃.

我国中低温地热资源主要分布在东南沿海地区,主要用于洗浴等,使得大量热能白白浪费.为提高我国中低温地热资源的能量转换利用率,提出了两级地热闪蒸和地热闪蒸-双工质联合发电方式,以单位热水发电量、热效率和产汽率为性能指标,通过数值计算,分析地热水温度对两种不同地热发电系统的性能指标影响以及地热尾水温度的影响,并对两种发电系统的选用条件作了论述.结果表明,闪蒸地热发电系统的单位热水的发电量随温度升高的增加量大于两级闪蒸的增加量.

我国高温地热资源仅分布在滇藏和川西地区,大部分为中低温地热资源,即温度低于150℃的地热资源.热水发电有两种基本的能量转换系统,即闪蒸系统和低沸点有机工质的双工质循环系统,世界上仅有菲律宾莱特岛唐古纳地热电站、新西兰怀拉基地热电站和莫凯地热电站采用闪蒸-双工质地热发电系统,我国西藏羊八井地热电站采用两级闪蒸发电系统,广东丰顺邓屋地热电站采用单级闪蒸发电系统.相同热源和冷源条件下,由于闪蒸地热发电系统采用两台发电机组,所以其投资成本大于两级闪蒸发电系统.为使地热资源能够得到高效利用,可采用两级能量转换系统.

从理论上讲,热水发电的能量转换级数愈多,发电量就愈大,但级数越多,发电量增加有限,而设备投资则增加较大,故一般以两级为好.对闪蒸地热发电系统进行热力计算和比较,并对选用条件进行论述 .