地热水泥玻璃煤尘气的报告文档1.docx
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地热水泥玻璃煤尘气的报告文档1
报告
一、地热双循环工艺流程:
(中低温地热双循环)
2 地热双循环发电技术
图1区别示意图
地热双循环发电技术,又名中间介质地热发电法,与其他地热发电技术最大的区别在于使用两种流体作为发电系统的工质。
如图1所示,其他地热发电技术通常是地热水蒸汽(或汽水混合物)直接或闪蒸进入发电系统做功转换为电能。
对于中低温地热资源,产生蒸汽的参数低,其做功能力不足等特点限制了地热发电的应用。
而地热双循环发电系统,地热流体携热进入热交换器,将热传递给另一种工质(通常为低沸点工质),该种工质得热蒸发进入汽轮机做功。
两者相比,后者更适合中低温地热源发电,且有避免地下水污染等优势。
1)有机朗肯现今使用的地热双循环发电技术,按照所应用的循环不同主要分为两类:
1)有机朗肯循环
图2有机朗肯循环系统示意图
有机朗肯循环,示意图如图2所示,通常使用低沸点有机工质,如氯乙烷、正戊烷和异戊烷等,利用中低温地热流体与低沸点有机工质换热,使后者蒸发,产生具有较高压力的蒸汽推动汽轮机、螺杆机做功发电。
在T—S图上对比了水蒸汽循环和有机工质朗肯循环各自的特点,并归纳出后者在低温热源发电上相较前者的若干优势。
2)卡林纳循环
图3卡林纳循环系统示意图
卡林纳循环,使用氨水混合物作为工质,其基本过程类似于有机朗肯循环,如图3所示,但有两点重要的区别:
1)在热源吸热时,非共沸的氨水混合物与变热源温度有良好的匹配性,减少了热量传递过程的不可逆性;2)在冷源放热时,通过改变混合工质成分浓度的方法,减少了混合工质在“冷端”的不利性,实现较低压力下混合工质的完全冷凝[3]。
为了在“冷端”实现变混合工质成分浓度的目的,卡林纳循环利用吸收式制冷技术和回热技术,在设备成本投入上高于有机朗肯循环。
对比以上两种循环,卡林纳循环在热源的匹配性上较有机朗肯循环更好,如图4所示[4],因此在热源侧不可逆损失较少。
文献[5]选取了卡林纳循环的一种形式建立了模型,并在相同边界条件下对比有机朗肯循环进行了计算,结果显示前者整体效率高于后者15%,而CanogaPark卡林纳试验电站的运行数据显示前者较后者净效率至少可以提高3%。
注意:
1、羊八井地热田开发储量15万千瓦。
已建成供发电用生产口,井深81.8~354.7米,每小时产汽水混合物500~600吨。
生产井的地热流体温度为145~150℃,井口最高温度为172℃,井口压0.3~0.47兆帕,是中国汽水参数最高的地热井。
2、羊八井地热电厂是我国目前最大的地热电站,也是当今世界唯一利用中温浅层热储资源进行工业性发电的电厂。
位于西藏自治区的羊八井,距拉萨市92公里,海拔4300米。
1975年始建,1977年第一台机组投运(1000千瓦),到1986年,装机容量达13000千瓦
3、云南省的地热资源也十分丰富,如腾冲地区是中国大陆有名的高温地热区,也是中国大陆独一无二的火山热区,地质普查显示全区有27个高温地热田,但却没有建成一座地热发电站。
2.2地下热水发电
2.2.1闪蒸地热发电
工作原理:
将地热井口来的地热水,先送到闪蒸器中进行降压闪蒸(或称扩容)使其产生部分蒸汽,再引到常规汽轮机做功发电。
汽轮机排出的蒸汽在混合式凝汽器内冷凝成水。
送往冷却塔。
分离器中剩下的含盐水排入环境或打入地下,或引入作为第二级低压闪蒸分离器中,分离出低压蒸汽引入汽轮机的中部某一级膨胀做功。
用这种方法产生蒸汽来发电就叫做闪蒸法地热发电。
它又可以分为单级闪蒸法、两级闪蒸法和全流法等。
采用闪蒸法的地热电站,热水温度低于100℃时,全热力系统处于负压状态。
这种电站,设备简单,易于制造,可以采用混合式热交换器。
缺点是,设备尺寸大,容易腐蚀结垢,热效率较低。
由于系直接以地下热水蒸汽为工质,因而对于地下热水的温度、矿化度以及不凝气体含量等有较高的要求
2.2.2中间介质法地热发电
工作原理:
通过热交换器利用地下热水来加热某种低沸点的工质,使之变为蒸汽,然后以此蒸汽去推动气轮机,并带动发电机发电。
因此,在这种发电系统中,采用两种流体:
一种是采用地热流体作热源,它在蒸汽发生器中被冷却后排人环境或打入地下;另一种是采用低沸点工质流体作为一种工作介质(如氟里昂、异戊烷、异丁烷、正丁烷、氯丁烷等),这种工质在蒸汽发生器内由于吸收了地热水放出的热量而汽化,产生的低沸点工质蒸汽送入汽轮机发电机组发电。
做完功后的蒸汽,由汽轮机排出,并在冷凝器中冷凝成液体,然后经循环泵打回蒸汽发生器再循环工作。
这种发电方法的优点是,利用低温位热能的热效率较高,设备紧凑,汽轮机的尺寸小,易于适应化学成分比较复杂的地下热水.
缺点是,不象扩容法那样可以方便地使用混合式蒸发器和冷凝器;大部分低沸点工质传热性都比水差,采用此方式需有相当大的金属换热面积;低沸点工质价格较高,来源欠广,有些低沸点工质还有易燃、易爆、有毒、不稳定、对金属有腐蚀等特性。
此种系统又可分为单级双流地热发电系统、两级双流地热发电系统和闪蒸与双流两级串联发电系统等。
单级双流发电系统发电后的热排水还有很高的温度,可达50~60℃。
两级双流地热发电系统,就是利用排水中的热量再次发电的系统。
采用两级利用方案,各级蒸发器中的蒸发压力要综合考虑,选择最佳数值。
如果这些数值选择合理,那么在地下热水的水量和温度一定的情况下,一般可提高发电量20%左右。
这一系统的优点是,能更充分地利用地下热水的热量,降低电的热水消耗率;缺点是,增加了设备的投资和运行的复杂性。
2.3联合循环发电
联合循环地热发电系统就是把蒸汽发电和地热水发电两种系统合二为一,这种地热发电系统一个最大的优点就是适用于大于150℃的高温地热流体发电,经过一次发电后的流体,在不低于120℃的工况下,再进入双工质发电系统,进行二次做功,充分利用了地热流体的热能,既提高了发电效率又将以往经过一次发电后的排放尾水进行再利用,大大节约了资源。
该机组目前已经在一些国家安装运行,经济和环境效益都很好。
该系统从生产井到发电,再到最后回灌到热储,整个过程都是在全封闭系统中运行的,因此即使是矿化程度很高的热卤水也可以用来发电,不存在对环境的污染。
同时,由于是全封闭的系统,在地热电站也没有刺鼻的硫化氢味道,因而是100%的环保型地热系统。
这种地热发电系统进行100%的地热水回灌,从而延长了地热田的使用寿命。
2.4利用地下热岩石发电
2.4.1热干岩过程法
与那些只从火山活动频繁地区的温泉中提取热能的方法相比,热干岩过程法将不受地理限制,可以在任何地方进行热能开采。
首先将水通过压力泵压人地下4到6km深处,在此处岩石层的温度大约在200℃左右。
水在高温岩石层被加热后通过管道加压被提取到地面并输入个热交换器中。
热交换器推动汽轮发电机将热能转化成电能。
而推动汽轮机工作的热水冷却后再重新输入地下供循环使用。
这种地热发电成本与其它再生能源的发电成本相比是有竞争力的,而且这种方法在发电过程中不产生废水、废气等污染,所以它是一种未来的新能源。
运用这种新方法发电的首座商用发电厂去年已在瑞士城市巴塞尔建成。
该电站将能为周边的5000个家庭提供3万千瓦热能和0.3万千瓦电能。
2.4.2岩浆发电
在现在的地热发电中,地热储层中的热源是地下深部的融熔岩浆。
所谓岩浆发电就是把井钻到岩浆,直接获取那里的热量。
这一方式在技术上是否可行,是否能把井钻至高温岩浆,人们一直在研究中。
到目前为止,在夏威夷进行了钻井研究,想用喷水式钻头把井钻到岩浆温度为1020~1170℃的岩浆中,并深入岩浆29m,可就此也只是浅地表的个别情况,如果真正钻到地下几千米才钻到岩浆,采用现有技术也是很难实现的。
另外,从岩浆中提取热量,只进行了理论研究。
2.5地热发电的技术难题
目前,有3个重大技术难题阻碍了地热发电的发展,即地热田的回灌、腐蚀和结垢。
地热水中含有大量的有毒矿物质。
例如我国羊八井的地热水中含有硫、汞、砷、氟等多种有害元素,地热发电后大量的热排水直接排放,会对环境产生恶劣影响。
地热回灌是把经过利用的地热流体或其他水源,通过地热回灌井重新注回热储层段的方法。
回灌不仅可以很好地解决地热废水问题,还可以改善或恢复热储的产热能力,保持热储的流体压力,维持地热田的开采条件。
但回灌技术要求复杂,且成本高,至今未能大范围推广使用,如果不能有效解决回灌问题,将会影响地热电站的立项和发展.因此,地热回灌是亟需解决的关键问题。
常见的防腐措施如下:
①使用耐腐蚀的材料,采用不锈钢材质的设备及部件,但这种措施往往成本较高。
②对腐蚀部件的金属表面涂敷防腐涂料,但涂层一旦划破,会加速金属材料的腐蚀。
③采取相应的密封措施,防止空气中的氧进入系统。
④针对不同类型的局部腐蚀采取相应的防腐措施,例如选材时应尽量避免异种金属相互接触,以避免电偶腐蚀。
如换热表面结垢,则会增加传热阻力;垢层不完整处还会造成垢下腐蚀。
常用的防止或清除结垢的措施有:
①用HCl和HF等溶解水垢,为了防止酸液对管材的腐蚀必须加入缓蚀剂;
②采用间接利用地热水的方式,在生产井的出水与机组的循环水之间加1个钛板换热器,可以有效防止做功部件腐蚀和结垢,但造价很高;
③采用深水泵或潜水泵输送井中的流体,使其在系统中保持足够的压力,在流体上升过程和输送过程中不发生气化现象,从而防止碳酸钙沉积;
④选择合适的材料涂衬在管壁内,以防止管壁上结垢。
地热电站发电后排出的尾水,温度一般都在60~70℃左右或更高.适合于工农业生产以及生活上利用,或从中提取有用的化学元素等。
如:
广东丰顺邓屋地热试验电站将排出的热水与冷水混合,每小时约有300t水供给农田灌溉;湖南灰汤地热试验电站将排出的热水供当地疗养院和温室利用;江西温汤地热试验电站将发电后排出的余热水用于繁育水稻良种和治疗皮肤病、关节炎等。
羊八井地热电站先后解决的技术难题:
1)单相汽、水分别输送,用二条母管把各地热井汇集的热水和蒸汽输送到电站,充分利用了热田蒸汽,比单用热水发电提高发电能力1/3。
2)汽、水二相输送,用一条管道输送汽、水混合物,不在井口设置扩容器。
减少压降,节约能量。
3)克服结垢,采用机械通井与井内注入阻垢剂相结合的办法。
利用空心通井器,可以通井不停机。
选用常州胜利化工厂生产的ATMT阻垢剂,阻垢效率达90%,费用比进口阻垢剂大为降低。
4)进行了热排水回灌试验。
羊八井的地热水中含有硫、汞、砷、氟等多种有害元素,地热发电后大量的热排水直接排入藏布曲河将是不允许的。
经过238小时的回灌试验,热排水向地下回灌能力达每小时100~124吨。
广东丰顺地热电站是我国第一座地热发电试验电站,建于广东省丰顺县城郊汤南邓屋村。
1982年建成一台容量为300kW的单级闪蒸系统汽轮发电机组。
从1984年到2003年底,20年运行小时数达154692h,机组平均年利用率达88.2%,目前仍在并网运行。
图1为丰顺单级闪蒸发电系统。
91℃的地热水来自井深800m的地热井,由深井泵抽吸送至闪蒸器,在闪蒸器内完成闪蒸过程,产生闪蒸蒸汽,经过汽水分离后,以饱和蒸汽状态进入汽轮机做功发电。
闪蒸器内的饱和水排放到排水沟(作为量水堰),排往厂外,闪蒸器设计为高位布置,排水无需水泵,即能自行排出。
汽轮机做功后的排汽进入混合式凝汽器,被循环水直接冷却成凝结水。
凝汽器也是高位布置,凝汽器的排水同样无需水泵,直接排放出厂外。
用于冷却的循环水来自河水,由循环水泵抽送到凝汽器,排汽中的不凝性气体,由射水抽气器抽出,用以维持凝汽器的真空。
图1丰顺地热电站300kW单级闪蒸发电热力系统图
单级闪蒸系统以流量230t/h和温度91℃的地热水,经闪蒸获得流量7.36t/h和绝对压力34kPa的闪蒸蒸汽(饱和温度72℃)进入汽轮机做功发电,汽轮发电机组额定功率为0.3MW,扣除厂用电,净功率为0.2MW。
表1.1为单级闪蒸系统的设计参数和运行实测参数。
表1.1丰顺地热电站热力系统设计工况及实际运行工况
序号
主要参数
设计工况
实际运行工况
1
热水初温度,℃
91
91
2
热水流量,t/h
230
228.3
3
循环水年平均温度,℃
28
14.4
4
循环水量,t/h
418.6
515
5
闪蒸压力,kPa(a)
34
29
6
蒸汽流量,t/h
7.362
8.805
7
汽轮机进汽压力,kPa(a)
32
26
8
汽轮机排汽压力,kPa(a)
7.8
6.3
9
发电功率,MW
0.293
0.32
10
汽耗率,kg/kWh
25.1
27.5
11
热耗率,kJ/kWh
61745
62189
12
单位热水发电量,kWh/t
1.27
1.4
13
厂用电,kW
125
90
二、玻璃工艺流程:
以一座典型的500t/d浮法玻璃熔窑为例
1
烟气余热
kJ/h
4.9×107
34
76000Nm3/h,450℃
以500t/d浮法玻璃生产线为例
烟气余热4.9×107kJ/h,通常情况下余热锅炉的热交换利用率45~50%,相当于可产蒸汽8~9t/h(0.6MP),而一条500t/d浮法线,重油加热的用量仅需蒸汽l~2t/h(0.6MP),余量很大,因此在我国除北方寒冷地区的玻璃线有在取暖季节烟气全通过余热锅炉外,其余烟气都是不同程度的直接排放,烟气中的热能未能被有效的利用。
利用玻璃熔窑烟气余热发电,由于玻璃生产的特点和要求,余热发电系统运行时,必须要考虑下列因素:
(这些因素我们螺杆机比汽轮机更加有优势)
(1)保证排烟通畅,保证玻璃熔窑的安全运行;
(2)保证窑内压力的平稳,操作对窑压的影响要保持在±0.5Pa范围内波动;
(3)要适应玻璃窑频繁换向的工作特点;
(4)需充分认识到玻璃行业中温废气余热资源属于中温余热、废气流量较少,废气余热的参数(温度、流量、压力)具有一定的波动性:
(5)我国90%左右的玻璃企业燃用重油,重油平均含硫率在0.5~3%,其燃烧产物含有大量的腐蚀性(酸性)气体和黏结性较强的油灰。
5玻璃熔窑余热发电的效益,见表3
参数
单位
数值
备注
烟气量
NmA/h
76000
烟气温度
℃
450
烟气热焓
kJ/h
4.9×107
644kJ/Nm3
余热锅炉回收热量
kJ/h
3.2×107
排烟量160℃
热回收率
%
61
锅炉效率97%
产蒸汽量
t/h
10.8
1.6MPa,420℃
小时发电量
kwh
1900
年发电量
kwh/a
1.37×107
7200h/a
年净发电量
kwh/a
1.09×107~1.26×107
自用电8%~20%
单位发电成本
元/kwh
≤0.20
年节标准煤
t
4200~4850
0.404kg/kwh
年CO2减排量
t
11500~13300
以500t/d浮法玻璃生产线为例,烟气余热为4.9×107kJ/h(烟气参数为:
76000Nm3/h,450℃),可发电量约为1900kwh。
可达全线生产用电的60%左右。
目前我国有浮法线160余条,年消耗能源约820万吨标煤,如都采用余热发电,约相当于年可节约标准煤70万吨,减排CO2气体193万吨。
图3为一个余热发电和烟气脱硫在一个系统内的烟气流程图。
高压蒸汽1.6—2.5MPa、360℃—450℃,有两条去路一条直接进汽轮机做功,另外一条通过原减温减压装置把蒸汽减压到0.5MPa作为工业用汽
根据建设方提供的烟气参数如下:
玻璃生产线
烟气量(Nm3/h)
烟气温度(℃)
备注
500t/d生产线
~30000
~900
生产用低压汽压力:
0.490MPa,用汽量:
~1t/h。
余热换热器生产3.82MPa-450℃的过热蒸汽。
1
500t/d生产线余热锅炉
3台
入口废气量:
30000m3/h(标况)
入口废气温度:
900℃
主蒸汽量:
11t/h
主蒸汽压力:
3.82MPa
主蒸汽温度:
450℃
锅炉阻力:
~600Pa
三、水泥工艺流程:
水泥厂的热源主要是窑尾、窑头的烟气温度都有(340℃),但是这部分热源基本上不会让我们螺杆机利用的,厂家都是把这部分烟气用两台余热锅炉利用,有自己的自备电厂。
2500t/d水泥生产线热源情况:
窑尾废气:
169000Nm3/h—340℃—200℃
窑头废气:
142000Nm3/h—230℃—104℃
可利用的热量窑尾38900000kJ/h、窑头24060000折合2.15吨标煤/小时
5000t/d水泥生产线热源情况:
窑尾废气:
332000Nm3/h—340℃—200℃
窑头废气:
282000Nm3/h—230℃—104℃
可利用的热量窑尾70900000kJ/h、窑头70800000折合4.84吨标煤/小时
SP余热锅炉有一部分蒸汽(235℃)用于烘干机、煤磨机的干燥
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