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 160大补气式式低温余余热气轮轮机的设设计、运运行及对对余热发发电技术术发展的的影响青岛捷能能汽轮机机集团股股份有限限公司 潘世世明一、公司司简介青岛捷能能汽轮机机集团股股份有限限公司是是由原青青岛汽轮轮机厂改改制而成成，始建建于19950年年，19958年年开始生生产汽轮轮机，以以生产“捷捷能牌”汽轮机机为主导导产品，具有现现代化生生产规模模，享有有自营进进出口权权。现有有净资产产6.5亿亿元，员员工23300余余人，其其中工程程技术人人员3000余人人。拥有有关键设设备15500余余台，其其中数控控、加工工中心等等精密大大型设备备5000多台，基本实实现数显显数控加加

2、工，具具有很强强的综合合加工能能力。公司目前前主要生生产1550MWW以下各各类型号号汽轮机机，现有有十大系系列600余余个品种种，能够够满足发发电、石石油、化化工、印印染、纺纺织、水水泥、造造纸、制制糖、钢钢铁、煤煤炭、垃垃圾处理理、燃气气-蒸汽汽联合循循环、城城市集中中供热等等行业，产品遍遍布311个省、市、自自治区，并远销销印度、印尼、巴基斯斯坦、孟孟加拉等等国家。公司现具具有年生生产汽轮轮机5000万千千瓦/4400台台的能力力，是目目前国内内中小型型汽轮机机系列最最全、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3MMW660MW

3、W中小型型汽轮机机的市场场占有率率达522%。公司自770年代代末即研研制低品品位余热热利用汽汽轮机，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，在在设计、制造、运行经经验等方方面均处处于国内内领先水水平。公司大力力实施名名牌战略略，坚持持实施自自主开发发与引进进技术相相结合的的高起点点发展战战略，大大力推进进主导产产品结构构调整和和升级换换代，曾曾获得全全国汽轮轮机行业业质量标标兵称号号和全国国五一劳劳动奖章章。19980年年获得中中国汽轮轮机发展展史上第第一块国国家质量量奖牌，多个产产品被评评为国家家级新产产品，所所生产的的“捷能牌牌”汽轮机机20006年获获得

4、“中国名名牌产品品”称号。二、纯低低温余热热发电技技术发展展回顾水泥窑纯纯低温余余热发电电技术就就是水泥泥窑工艺艺流程排排出的大大量废气气余热进进行热交交换回收收，产生生蒸汽通通过汽轮轮机实现现由热能能向机械械能转换换最终拖拖动发电电机发电电的技术术。1、纯低低温余热热汽轮机机的技术术来源我公司是是国内纯纯低温余余热发电电技术纯纯低温余余热汽轮轮机设计计、制造造、运行行的开拓拓者和领领路人。在上世世纪700年代末末至900年代初初，我公公司为西西藏羊八八井地热热电厂共共制造了了7台33MW补补汽式地地热机组组（进汽汽为0.17MMpa饱饱和蒸汽汽、补汽汽为0.05MMpa饱饱和蒸汽汽，并获获得

5、国家家科技进进步三等等奖）。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，特别是是为上世世纪900年代末末水泥窑窑纯低温温余热发发电技术术发展起起到非常常关键作作用。2、纯低低温余热热汽轮机机开始进进入水泥泥行业19977年220044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、无补汽汽纯低温温发电技技术以及及小补汽汽技术（10%补汽量量）。由由于对水水泥窑生生产的波波动性，所产生生各能级级的余热热（压力力、温度度、流量量）变化化范围大大这一特特点没有有充分认认识，结结果造成成水泥行行业应用用的所有有补

6、汽式式汽轮机机组其补补汽均不不能投入入正常运运行。其其根本原原因并非非是汽轮轮机设备备问题，而是余余热发电电热力系系统及余余热锅炉炉配置不不当所至至。如：汽轮机机补汽要要求补汽汽压力及及温度相相对稳定定并要求求高于汽汽轮机本本体补汽汽点的蒸蒸汽压力力，由于于工程设设计单位位未能透透彻地研研究水泥泥窑废气气余热特特性，其其低压补补汽均是是由水泥泥窑大幅幅度波动动的废气气直接生生产，更更由于余余热锅炉炉、热力力系统的的配置又又不具备备调整蒸蒸汽压力力及稳定定蒸汽温温度的能能力，造造成补汽汽蒸汽压压力及温温度的大大幅度波波动，使使得补汽汽系统不不能正常常投入运运行。补补汽系统统不能正正常投入入运行，

7、不但不不能进一一步回收收1800以下废废气余热热，使余余热发电电系统达达不到应应该达到到的发电电功率，也同时时严重影影响了大大家对补补汽式汽汽轮机优优越性的的认识，阻碍了了水泥窑窑纯低温温余热发发电技术术的发展展及进步步。这一时期期水泥窑窑余热利利用发电电技术暂暂定义为为第一代代水泥窑窑余热发发电技术术（主蒸蒸汽参数数压力0.691.227Mppa，温温度28803340，无补补汽）。尽管这这一时期期在水泥泥窑余热热利用改改造上没没有达到到预期的的效果（水泥窑窑余热没没有得到到充分利利用），但是我我们却获获取了很多经经验：一一是余热热汽轮机机开始被被水泥行行业所认认知；二二是水泥泥窑纯低低温余

8、热热发电技技术发展展离不开开汽轮机机技术发发展；三三是汽轮轮机供应应商应投投入更多多的技术术力量开开发出适适合水泥泥窑余热热利用的的汽轮机机。3、纯低低温余热热汽轮机机在水泥泥窑上的的广泛应应用 = 1 * GB3 20004年20007年（第二代代水泥窑窑余热发发电技术术的应用用期），在与大大连易世世达能源源工程有有限公司司的紧密密合作下下，我公公司已自自主研发发了处于于国内领领先水平平、与第第二代水水泥窑余余热发电电技术（水泥窑窑余热按按废气余余热温度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(11.5772.4

9、5MMPa-34003885)及低低压低温温补汽（0.110.3 MMPa-饱和至至1700），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、6MWW、7.5MWW、9MMW、112MWW、155MW、18MMW、220MWW等多个个规格，主蒸汽汽进汽额额定参数数为1.572.445MPPa-33403855，允许许的运行行变化范范围为11.2772.47MMPa-28003990，补汽汽进汽额额定参数数

10、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、热水等等低品位位热能并并能在保保证汽轮轮机使用用寿命和和热效率率的前提提下，对对水泥窑窑生产的的波动性性有很强强的适应应能力。根据已投投产的第第二代水水泥窑余余热电站站运行情情况（用用户：山山水集团团潍坊225000t水泥泥窑，220077年1月月正式投投运），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气温度可可得以大大幅降低低。同时，

11、因因采用较较高的主主蒸汽压压力和温温度，为为汽机滑滑参数运运行创造造了条件件（当设设计采用用主蒸汽汽压力和和温度为为2.229MPPa-3370时，实实际运行行变化范范围可以以达到11.2772.47MMpa、32554000）；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、29003330）。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运行行变化范范围比第第一代纯纯

12、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 汽轮机机新技术术应用及及创新点点随着水泥泥窑纯低低温余热热发电技技术不断断发展，我们与与大连易易世达深深度合作作，在深深刻了解解余热发发电热力力系统的的构成及及水泥生生产线生生产特点点的基础础上，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。在该类型型补汽式式汽轮机机的设计计制造过过程

13、中，我公司司积极采采用CAAD/CCAM/CAAPP、PDMM等先进进的设计计、制造造、管理理手段。主要技技术创新新点，有有以下几几方面：a、采用用国际上上先进的的模块化化设计理理念产品品零部件件均采用用模块化化、标准准化、系系列化设设计；b、应用用全三维维技术设设计机组组的通流流部分（采用高效效率后加加载叶型型、全三三维弯扭扭叶片），大大大提高汽汽轮机的的效率，整机效效率提高高8%以以上。c、本体体结构设设计必须须满足主主蒸汽进进汽参数数变化范范围：压压力1.272.445MPPa、温温度28803390，以适适应水泥泥窑生产产的波动动性。d、控制制系统采采用数字字电液调调节系统统（DEEH

14、）（采用美美国WOOODWWARDD公司5505+德国VVIOTTH电液液转换器器）。可可实现数数据自动动记录、自动控控制，其其技术水水平国内内领先，具有国国际同类类产品水水平；配配置先进进的汽轮轮机安全全监测保保护系统统（TSSI），监视项项目齐全全、性能能可靠，操作调调整方便便，自动动化程度度高，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，限制事事故范围围，提高高机组运运行安全全性。e、高效效的补汽汽结构设设计补汽混混合室的的设计：根据主主汽、补补汽混合合后的流流动特性性按蜗壳壳理论进进行结构构设计，使流动动效率达达到最佳佳值。整整机效率率比补汽汽量100%的结结构提

15、高高了1.5%。补汽强强关阀的的设计：一是要要具有在在任何紧紧急情况况下，能能够自动动快速（1SS）切断断补汽，杜绝了了汽轮机机因补汽汽造成的的飞车事事故的发发生；二二是要具具有在汽汽轮机正正常运行行时，可可随时强强行切断断补汽。f、为减减少电站站投资及及工程建建设周期期，我公公司已为为25000t水水泥窑纯纯低温余余热汽轮轮机采用用新布置置理念快快装式（单层布布置）、配集中中油站，汽、水水、油管管路全部部厂内组组装，结结构紧凑凑，安装装方便（如下图图）。正在研发发用于550000t水泥泥窑纯低低温余热热汽轮机机的快装装结构（如下图图）。三、大补补汽式低低温余热热汽轮机机的设计计、运行行及对余

16、热热发电技技术发展展的影响响20088年220099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水水泥窑: 补汽汽量由44t/hh提高到到8t/h，装装机容量量由4.5MWW提高到到5MWW，发电电量增加加了9%，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水水泥窑: 补汽汽量由88t/hh提高到到16tt/h，装机容容量由99MW提提高到111.55MW，发电量量增加了了9%，机组已已投运（用户：华新集集团的金猫水泥泥、阳新新水泥等等，平均均发电量量10

17、MW以以上）；2550000t水泥泥窑: 补汽量量由188t/hh提高到到36tt/h，装机容容量由220MWW提高到到23MMW，发发电量增增加了99%，机机组已投投运（用用户：峨峨嵋山水水泥，平平均发电电量预计计21 MW以以上）。最近，大大连易世世达公司司在水泥泥窑纯低低温余热热发电技技术又有有新的突突破第三代代水泥窑窑余热发发电技术术即补汽汽量由现现在的440%提提高到额额定补汽汽量800%，最最大补汽汽量1000%。为此，我公司司正在研研发与第第三代水水泥窑余余热发电电技术配配套的大大补汽式式低温余余热汽轮轮机，并并将在如如下技术术上有新新突破。1、补汽汽室结构构的新突突破按全三维维

18、的技术术设计补补汽混合合室，使使混合室室的流动动损失达达到最小小，补汽汽顺利进进入汽轮轮机，使使汽轮机机整机效效率提高高1%。2、补汽汽控制的的新突破破在原来补补汽强关关阀的基基础上必必须增加加补汽调调节阀。当补汽汽量达到到主汽流流量800%1100%时，补补汽对汽汽轮机补补汽口处处的压力力、发电电功率影影响较大大。在补补汽不是是很稳定定情况下下，目前前的WOOODWWARDD 5005系统统很难控控制汽轮轮机平稳稳、安全全运行。故必须须增加补补汽调节节阀并采采用WOOODWWARDD 5005E，最终实实现对电电功率和和补汽压压力进行行关连调调节，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、通流流结构的的新突破破当补汽量量减少一一半时，排汽流流量将减少11/4，末级叶叶片的动动应力将将成倍增增加，给给汽轮机机的安全全运行带带来严重重隐患。故必须须重新开开发末级级叶片，以满足足大补汽汽式低温温余热汽汽轮机的的运行