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为充分回收低品位工业余热并合理利用生物质能源,从系统集成创新的角度出发,以水泥生产工业为例,提出一种生物质补燃水泥工业余热发电系统。来自水泥生产线的低温余热烟气全部用来加热工质水产生饱和蒸汽,饱和蒸汽进入生物质补燃锅炉中进行过热后送入汽轮机中做功,补燃燃料为生物质气化燃气,补燃锅炉为过热器锅炉,仅对来自余热锅炉的饱和蒸汽进行过热,自身不产生蒸汽。本文以日产5 000t新型干法水泥生产线生产余热数据为基础,建立单压和双压两种补燃余热发电系统,从热力学角度对系统建立模型,进行热力计算与分析,得到了补燃余热发电系统相关热力性能数据,并与对应的现有水泥窑纯低温余热系统进行对比。结果表明:单压补燃余热发电系统与传统单压纯低温发电系统相比,系统循环热效率和系统发电效率分别提高了1.63和1.92个百分点。双压补燃余热发电系统与传统双压纯低温发电系统相比,系统循环热效率和系统发电效率分别提高了1.05和1.53个百分点。同时,单压和双压补燃余热发电系统生物质消耗量分别为2.95t/h和1.92t/h,生物质补燃输入能量占总输入能量比例分别为15.23%和10.5%,系统以水泥生产余热为主,生物质能量为辅。对补燃余热发电系统进行了设计,得到了补燃余热发电系统中各锅炉的结构参数。由于补燃余热发电系统中的过热器被独立出来设置为补燃锅炉,余热烟气全部被用来产生饱和蒸汽,因此,相比于纯低温余热发电系统,补燃余热发电系统蒸发量更大,蒸发受热面面积增加。利用所建立的热力学模型,计算分析蒸发压力和窄点温差变化对补燃余热发电系统性能的影响。结果表明:对于单压补燃余热发电系统,在相同蒸发压力下,随着窄点温差增大,系统发电功率降低,循环热效率不变,系统发电效率降低,生物质消耗量减少。蒸发压力为2MPa时,窄点温差由10℃升高至20℃,系统发电功率降低8.55%,系统发电效率降低7.46%,生物质消耗量降低8.54%。在相同窄点温差下,随着蒸发压力增加,系统发电功率降低,生物质消耗量减少,系统发电效率降低,但循环热效率升高,单位质量工质做功能力提高。窄点温差为15℃时,蒸发压力从1.4MPa升高到3MPa,系统发电功率降低14.80%,循环热效率升高10.21%,系统发电效率降低11.53%,生物质消耗量降低23.59%。对于双压补燃余热发电系统,其变化规律与单压系统基本相同,不同点是,在相同蒸发压力下,随着窄点温差的增大,循环热效率不再是一个定值,而是逐渐降低。