热力系统的确定是在理论基础上，通过热力计算，对结果进行分析并优化而成的。下面以某厂为例，计算出各压力等级下单压和一级闪蒸余热发电系统（图3所示系统）的发电能力。

某厂，其余热条件如下：窑头中部取风后有153000m3(标)/h-360℃的废气进入窑头余热锅炉；窑尾出C1筒的废气参数为330000m3(标)/h-340℃，可全部进入窑尾余热锅炉。窑尾余热锅炉的出口废气温度不应低于220℃，用于后续的生料烘干。

发电能力变化（循环参数不同） 表1

以上计算基于如下条件：

①. 汽轮机及发电机整体效率77.5%。

②. 汽轮机排汽压力为0.008MPa。

③. 闪蒸系统锅炉给水温度与锅炉排烟温度之差大于20℃。

④. 主蒸汽汽耗率、低压蒸汽汽耗率的值按理论计算值选取。

通过表格中的计算结果可以看出：

a. 闪蒸发电系统的发电能力大于单压系统。主蒸汽压力1.6MPa闪蒸系统发电能力比主蒸汽压力1.35MPa的单压系统多6%。

b. 窑尾余热锅炉主蒸汽产量，主蒸汽压力1.6MPa闪蒸系统大于主蒸汽压力2.5MPa时的闪蒸系统。

这是由于主蒸汽压力2.5MPa系统的窑尾余热锅炉汽包饱和压力大、饱和温度高导致的锅炉蒸汽段排烟温度高，使得2.5MPa系统生产的蒸汽量少。

c. 窑尾余热锅炉闪蒸热水产量，主蒸汽压力1.6MPa闪蒸系统低于主蒸汽压力2.5MPa时的闪蒸系统。

由于主蒸汽压力2.5MPa系统窑尾余热锅炉生产的主蒸汽量少，因此主蒸汽段排烟温度升高，导致热水段可利用的热量多，因此可生产更多的闪蒸用的热水。

另外还有如下原因：

对于一级闪蒸热水的生产，当提高热水工作压力时，可提高对应的饱和温度（不同压力下对应的饱和温度见表3），因此可以提高低压蒸汽发生器的进水温度，增加低压蒸汽发生器的输入的热量。这样在提高管道运行稳定性的同时，可以提高低压蒸汽产量。表2为1000kg不同压力等级的热水经低压蒸汽发生器后可能生产的最大的余热发电量。

表2

注：低压蒸汽发生器给水温度的确定：为了保证管道在不汽化情况下安全运行，低压蒸汽发生器进口热水温度取值低于管道工作压力对应的饱和温度20℃。

不同压力对应的饱和温度 表3

d. 窑头余热锅炉主蒸汽产量，主蒸汽压力1.6MPa闪蒸系统也大于主蒸汽压力2.5MPa时的闪蒸系统。

e. 窑头余热锅炉闪蒸热水产量，主蒸汽压力1.6MPa闪蒸系统也低于主蒸汽压力2.5MPa时的闪蒸系统。

f. 主蒸汽压力1.6MPa闪蒸系统窑头余热锅炉排烟温度低于主蒸汽压力2.5MPa时的闪蒸系统。

由于1.6MPa闪蒸系统窑头余热锅炉生产的用于闪蒸的热水量少，因此低压蒸汽发生器产生的低压热水量少，因此1.6MPa闪蒸系统窑头余热锅炉的给水温度低，因此可以降低余热锅炉排烟温度。

g. 在汽轮机主蒸汽都是320℃的情况下，主蒸汽压力1.6MPa闪蒸系统发电能力大于主蒸汽压力2.5MPa时的闪蒸系统发电系统。

这是一个不确定的结论，不同废气参数下，可能计算结果会不同。具体的水泥厂，应根据具体的废气参数进行比较确定。

5. 目前闪蒸余热发电系统国产化存在的问题及注意事项

a．补汽式汽轮机的设计及制造

补汽式汽轮机又称混压进汽式汽轮机，据不完全统计，应用补汽式汽轮机建设的余热电站有六套（宁国两套、山东某企业一套、天津院设计的有三套），目前除宁国水泥厂余热电站日本供货的汽轮机外，其他混压进汽汽轮机都没有达到预其目的，补汽不能正常、稳定地投入运行。

补汽式汽轮机由于补汽的存在使得排汽流量大于与主蒸汽流量，所以在补汽式汽轮机设计中最重要的是加大低压缸的通流面积，而一些补汽式汽轮机之所以存在困难，就是没有作到这一点。

另外，汽轮机补汽口要考虑调节配汽等机构，要适应补汽参数及补汽量随水泥窑的波动而变化。

b．闪蒸发电系统控制问题

主蒸汽进汽阀与低压进汽阀之间的联锁、保护、控制、调节关系要适应安全生产运行要求。

低压蒸汽发生器进水温度和进水量发生变化时，低压蒸汽的压力变化以及蒸汽量变化，以及低压热水温度和流量发生变化，都会对整套系统产生影响。

c．发展汽水两相流理论

汽水两相流理论应用到闪蒸余热电站闪蒸热水的输送设计中，并充分考虑输送管道在输送两相流时的安全性以及低压蒸汽发生器进水为两相流时低压蒸汽发生器的安全性。

6．结论

a. 对于水泥窑余热利用，应尽可能的用较高温度段的废气生产作功能力强的主蒸汽，剩下的较低温度的废气，尽可能生产较多的热水，用来一级闪蒸，生产低压蒸汽用来增加余热发电量。

b. 闪蒸余热发电系统中：尽可能生产较高参数的主蒸汽，是为了在质上利用余热；尽可能生产较高温度的热水，为了在量上最大程度利用余热。

c. 余热锅炉生产的用于闪蒸的热水越多，低压蒸汽发生器排水量增多，导致余热锅炉给水温度越高，导致余热锅炉排烟温度升高，导致余热利用量减少。

d. 不是任何水泥窑都适合建设闪蒸余热电站，在发电量上占优势，在投资上可能不占优势。

e. 闪蒸系统比较单压系统，可以增加发电功率。多级闪蒸系统可以带来能量的最大利用以及可降低末级低压发生器的排水温度，可降低余热锅炉的排烟温度，使得最大程度的吸收余热。

f. 国产补汽式汽轮机的技术成熟度急待提高。

6．结论

g. 对于水泥窑余热利用，应尽可能的用较高温度段的废气生产作功能力强的主蒸汽，剩下的较低温度的废气，尽可能生产较多的热水，用来一级闪蒸，生产低压蒸汽用来增加余热发电量。

h. 闪蒸余热发电系统中：尽可能生产较高参数的主蒸汽，是为了在质上利用余热；尽可能生产较高温度的热水，为了在量上最大程度利用余热。

i. 当窑尾用于生料烘干的废气温度较高时，不能牵强采用闪蒸系统，否则影响发电量。

j. 对于一级闪蒸系统，余热锅炉生产的用于闪蒸的热水越多，低压蒸汽发生器排水量增多，导致余热锅炉给水温度越高，导致余热锅炉排烟温度升高，导致余热利用量减少。采取多级闪蒸系统可降低末级闪蒸器出水温度。

k. 因闪蒸系统需要增加投资，因此需进行技术经济比较，来确定是否采用闪蒸系统。

l. 闪蒸系统在一定条件下，比单压系统增加发电功率。

m. 国产补汽式汽轮机的技术成熟度急待提高。2100433B