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(一)低温余热发电的热力循环
低温余热发电的动力利用装置,多采用朗肯循环。余热的载热介质(简称余热介质)通过预热器和蒸发器(或余热锅炉)来加热某种低沸点的中间工质(通常为水)。液态的中间工质在吸收了余热以后,在蒸发器中汽化为某一压力的蒸汽,然后推动汽轮机发电。进入汽轮机的蒸汽可以是饱和蒸汽,也可以是过热蒸汽。
在汽轮机中作过功的蒸汽排入凝汽器中冷凝为液态工质,用工质泵打回预热器,完成一个热力循环。
如果余热的温度较高,量也很大,那么可考虑采用更复杂一些的循环装置,称作余热发电装置的多级蒸发。在这一方案中,余热介质相继通过高压、低压等多个蒸发器来加热中间工质,使之产生压力不等的多股蒸汽,各股蒸汽根据其压力的高低,从适当的部位通入汽轮机发电作功。
如果余热介质是热水或是水蒸汽,那么只要条件符合要求,也可以使余热介质兼作作功的工质。以热水兼作作功工质时,需要使用扩容器。
纯低温余热发电系统的余热参数。预分解窑系统较为稳定,参数具有代表性和可靠性的前提下,进行现场热工标定。标定熟料产量5 260 t/d,测得窑尾预热器出口废气量29.3万 Nm3/h,废气温度318 ℃;由于入生料磨物料的综合水分较高,因此生料磨烘干物料所需废气温度较高,达220 ℃;另外,AQC锅炉从冷却机中部抽出的烟气量为25.5万Nm3/h、温度为360 ℃。
(二)低温余热发电的容量估算
在分析低温余热资源的动力利用时,除了用热力学第一定律分析其所含的资源量以外,还必须用热力学第二定律(分析法)对低温余热资源的作功能力及其动力利用的理论限度进行分析。根据余热资源的总量以及载热介质的比,可以科学地判断低温余热的作功能力及其动力利用的理论限度。温度过低的余热只适宜于做一般的显热利用。如果余热的温度较高,量也足够大,那么利用低温余热发电产生动力,就会显示出其经济上的可行性。
热平衡计算过程
需要补充的原始条件:
热量收入
(1)碳素氧化热
由C氧化成1m? 的CO2放热 =17898.43 KJ/m?,由C氧化成1m?的CO放热 =5248.45 KJ/m?。碳素氧化热=302.18×19878.43+(426.86-2.22)×5250.50=7638119.90 KJ
(2)热风带入热
1150 ℃时干空气的比热容为1.429kJ/ m3?℃ ,水蒸气的比热为1.753 kJ/ m3?℃,热风带入热=[(1252.24-18.74)×1.429+18.74×1.753]×1150=2064848.00 KJ
(3)成渣热
炉料中以碳酸盐形式存在的CaO和MgO,在高炉内生成钙铝酸盐时,1kg放出热量1130.49 kJ
混合矿的CaO=1670.86×0.0154× =32.75 KJ。成渣热=32.75×1130.49=307023.55 kJ
热量支出
(1) 氧化物分解与脱硫耗热
铁氧化物分解热:设焦炭和煤粉中FeO以硅酸铁形态存在,烧结矿中FeO有20%以硅酸铁形态存在其余以Fe3O4,铁氧化物分解热由FeO、Fe3O4和Fe2O3三部分组成。
m(FeO)硅酸铁=1670.86×0.79×0.0818×0.2+360×0.0067+160×0.0045=24.72 kg。去除进入渣中的FeO,它也以硅酸铁形式存在,计3.69 kg,余下的m(FeO)硅酸铁=24.72-3.69=21.03 kg
(2)碳酸盐分解热
由CaCO3分解出1 Kg的CO2需热4044.64 KJ,由M gCO3分解出1 Kg CO2需热2487.08 KJ,混合矿石CO2量=1670.86×0.0154=25.73 Kg。假定CaCO3和M gCO3是按比例分配的。