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石灰回转窑余热发电工艺方案探讨

活性石灰作为冶金、化工、造纸等行业的生产原料需求量很大,回转窑在活性石灰生产中应用广泛,回转窑预热器出口排出大量废气余热,一般未经利用直接排放,造成了余热资源的浪费,因此如何回收这部分余热,提高企业经济效益,是广大业主的共同愿望,也符合节能减排、环境保护的要求。余热利用主要途径之一是进行余热发电。由于石灰窑回转废气温度较低,一般在250℃左右,采用水作为介质进行郎肯循环发电效率较低,经济上不具有可行性。为提高余热发电系统热效率,可采用有机工质郎肯循环ORC。在余热温度一定的条件下,ORC系统热效率取决于所选工质。选择合适的循环工质,提高ORC系统热效率是活性石灰窑余热发电要 的关键问题。

石灰回转窑

一、可利用的余热条件

以1000t/d石灰回转窑为例,参考国内该型石灰窑实际运行情况,从窑尾竖式预热器排出的高温烟气无其它用途,属可利用余热。

1、可利用余热条件确定原则

余热发电工艺是将主工艺与发电工艺相结合的一种工艺。余热发电设计遵循“以热定电”原则,它包含以下4个方面意义:

(1)发电系统依附于主线工艺,不影响主线生产过程中能量、温度及物料分配;

(2)在全面考察主线生产过程中产生的可利用余热条件下,确定可持续稳定获得的余热热源;

(3)发电系统及设备的设计要根据余热条件“量身定制”。比如,根据烟气含尘量、飞灰黏结性等制定收尘、锅炉清灰方式;根据烟气中的SO2含量,设定锅炉合理的排烟温度,以防止酸腐蚀等;

(4)根据可利用的余热条件,确定最经济的装机方案。

二、采热发电的工艺方案

根据上述余热条件,工程采用烟道式换热器,采用废烟气将水加热,再用热水加热有机工质获得高压蒸汽,进而驱动膨胀机带动发电机产生电能。

与水蒸汽相比,有机工质的声速低,在低叶片速度时,可以获得有利的空气动能配合,在50Hz时能产生较高的等熵效率。因此,模型中汽轮机的等熵效率为0.8。

研究表明,干工质蒸汽饱和态进入透平膨胀做功即可达到较理想循环效率,过热过程对提高循环效率的作用不显著,这一点大大区别于水蒸汽。饱和蒸汽仅取5℃微过热即可。在有足够温差条件下进行传热过程计算,一般计算是通过给定相关节点温差计算传热量,或者给定传热量再校核各节点温差。

综上所述,分析几种有机工质具备如下特点:

(1)正丁烷系统在150℃蒸发温度时,发电功率达到 值。R245fa系统在140℃蒸发温度下,发电功率高于相同蒸发温度下其它工质,但低于R123系统高温蒸发条件下发电功率;

(2)依托工程热源条件下,不适宜采用R113、正戊烷、异戊烷工质;

(3)采用R245fa、正丁烷、异丁烷可能造成蒸发器体积过大,设备投资过高等问题;

(4)从系统性能角度来看,较为适宜的工质有R21、R123、R245ca,但R21为湿工质,为确保透平机的安全,一般不选用;R245ca为新型环保工质,价格昂贵。

尽管采用烷烃类工质可取得较高的发电功率和较低的工质费用,但由于存在安全隐患,因此不推荐选用。

R123在高温蒸发条件下具有较高的热效率,不存在烷烃类工质的安全隐患,同时价格较之于R245ca、R245fa低得多,因此具有较高的可行性。

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