低温余热发电系统设计方案

1、低温余热发电系统设讣方案低温余热发电系统设讣方案1. 需考虑的问题低温余热发电系统的窑尾余热锅炉(SP炉)和篦冷机余热锅炉(AQC炉)串联于熟料生产 线上，两锅炉阻力均小于lOOOPao设计时，必须考虑下列问题：(1) 窑尾主排风机和窑头、窑尾电除尘器及其风机的能力是否适应增设窑尾余热锅炉和篦 冷机余热锅炉的条件：(2) 原料磨的热风系统能否满足工艺要求；(3) 该两台锅炉系统的安装是否不破坏原生产厂房。经对窑系统设讣资料认貞复核，确认增设两台锅炉系统后所涉及的上述设备能力可以满足要 求，不须作任何改造：两台锅炉系统的布置可以不破坏原生产厂房；出窑尾锅炉废气被送至 生料原系统作为烘干热源,经核

2、算，只要控制出窑尾锅炉废气温度240°C°C260就可满足 入磨原料综合水份5$的烘干要求。双压纯低温余热发电技术介绍双压余热发电技术就是按照能量梯级利用的原理，在同一台余热锅炉 中设置2个不同圧力等级的汽水系统，分别进行汽水循环，产生高压和低压两种 过热蒸汽；高圧过热蒸汽作为主蒸汽、低压过热蒸汽作为补汽分别进入补汽凝汽 式汽轮机，推动汽轮机做功发电，双圧余热发电系统使能量得到合理利用，热回 收效率高。余热资源参数不同，余热锅炉的低压受热面与高压受热面有不同的布 置方式。根据辽源金刚水泥厂窑头(AQC)和窑尾(SP)的余热特点和工艺要求，经 过余热利用后，要使AQC余热锅炉

3、排烟温度降到100°C左右。使窑尾SP余热锅 炉排烟温度降低到220°C左右后进入原料磨烘干原料，其设置的双压余热发电系 统简图如图loAQC髙压辻也垓強145低圧辻熱冬料4Vh烏压辻煉歩汽24t/hN汽無汽&尺伦肉圧辻烘為/Rd尊圧辻幣矽图仁辽滴金刑水泥厂双压余热发电系统简国魏结水V繼结水双压余热发电系统与常规余热发电系统不同之处在于其窑头(AQC)余 热锅炉增设了低压汽水系统，其汽轮机组在第四压力级之后增加了补汽口，并适 当增大补汽口以后汽轮机通流部分面积。采用双压系统的主要目的是为了提高系统循环效率。使低品位的热源 充分利用，获得最大限度的发电功率，降低窑头(

4、AQC)双压余热锅炉的排气温度; 其次是双压系统的低压蒸汽是过热的，进入汽轮机后能保证汽轮机内的蒸汽最大 湿度控制在14%以下，使汽轮机叶片工作在安全范围内，并提高机组的效率； 同时低压蒸汽还可用于供热等其它需要热源的地方，提高运行灵活性。双压余热发电系统简单灵活、成本低、热利用率高。由于在余热锅炉 上增设了低压省煤器、低压蒸发器，并且增设了低压过热器，能够把更多的低温 余热吸收利用，比单压系统多发电10%左右，并且必要时能够解列，维持单压系 统正常运行。而对于能够增加发电量的闪蒸系统来说，需要增加闪蒸器、汽水分 离器等设备；闪蒸器产生的是饱和蒸汽，在进入汽轮机做功后，易使汽轮机排汽 干度不能

5、满足汽轮机的要求。1995年8JJ 17 EI国家i卜委、原国家建材局与日木新能源产业技术综合开发机构(NEDO)签订了基木协 议书,由中国安徽海螺集团宁国水泥厂与日本川崎重工株式会社实施。该项目1996年1018 0动工,1995年2月8日并网发电一次成功。水泥厂余热资源的特点是流址大、品位低。在宁国水泥厂4000t / d生产线上，预热器(PH)和冷却 机(AQC)出口废气流虽和温度分别为258550Nm3/h. 340C和306600Nm3/h、238°C,其中部分预热器 废气用來烘干燃煤和原料。针对上述特点.热力系统采用减速式两点混气式汽轮机，利用参数较低的主蒸 汽和闪蒸汽的

6、饱和蒸汽发电：根据余热资源的工艺状况设过两台余热锅炉.保证能够充分利用余热资源： 应用热水闪蒸技术.设宜一台商压闪蒸器和一台低压闪蒸器，闪蒸出的饱和蒸汽混入汽轮机做功：对现有 AQC进行废气二次循环改造。由于PH出口废气还要用于烘干原料因此未设省煤器.只设蒸发器和过热 辭。加强系统密封。系统采用先进的DCS集散控制系统进行操作控制.具有功能齐全.自动控制.操作简 便等特点。丄:艺流程图(见图汽轮曲TO水泥金佥越发电L土讥种匸艺流程两台商效余热锅炉AQC锅炉和PH锅炉将水泥生产过程中随废气排放到大气中的热能吸收, 产生压力为25Kg/cm2、温度为3359-3509.蒸发虽为31.lt/h的过热

7、蒸汽及二级低压饱和蒸汽并进 入汽轮机.进行能量转换，拖动发电机向电网输送电力。PH锅炉为强制循坏.烟气流向为水平.管程流向 为垂直、管列形式为循排、传热管为光管、除灰装宜为振打系统：AQC锅炉为自然循环.烟气自上而下、 管程流向为水平、管列形式为错排、传热管为螺旋翅管、除灰装宜为吹灰器。运转状况及效果该项目设讣抬标为发电机组装机容S 6480kw.按吨熟料发电S 33.07KWh/T,发电 机组相对水泥窑的运转率为90%计算，设计年发电§: 4087万KWh。从1998年3丿J至1999年3月,平 均吨熟料发电虽为34.24KWh / T （设il值为33.07KWh / T）发电机

8、组相对水泥窑的运转率达到90.45%, 实现系统安全、稳定、商效运行。截止到1999年3丿J底累汁发电4800万KWh.幹项经济抬标均达到并 超过了设计水平，实现产值2160万元，实现金热发电投产当年达产达标。应用和推广前景新型T法水泥窑配套余热发电装宜在技术上可行充分利用了水泥生产过程中产生的 大虽废气余热进行动力回收.余热回收过程中对水泥生产过程没有大的影响。随着我国实施产业结构调整 战略.在陆续淘汰众女的小水泥厂而新建T法水泥生产主线的过程中.水泥余热发电设备具有很好的推广 前景。在正常设汁情况下决泄其是否能够达到设il效果及不影响水泥窑正常运行的主要因 素为：窑尾余热锅炉系统的漏风间题

9、.玄讥熟料冷却机废气取热方式问题，窑头熟料冷却机 余热锅炉磨损问题，余热锅炉受热而型式及匹配问题，余热锅炉设计时进岀口废气参数（废 气量、废气温度）的选取问题（水泥厂应提供至少30天的运行记录报表，以确宦实际的废气参数）。LJ前国内已普遍采用的儿种热力循环系统、循环参数及废气取热方式的特 点及存在的主要问题II前水泥窑纯低温余热发电技术中热力循环系统的构成、循环参数及熟 料冷却机、窑尾预热器废气取热方式有如下三种（笔者称为普遍型水泥窑纯低温 余热发电技术）：其一：不补汽式纯低温余热发电热力循环系统、循环参数及废气取热方式，见图 1。其二：复合闪蒸补汽式纯低温余热发电热力循环系统、循环参数及废气

10、取热方式, 见图2。其三：多压补汽式纯低温余热发电热力循环系统、循环参数及废气取热方式，见 图32. 1上述热力循环系统、循环参数及废气取热方式的主要特点：（1）仅在水泥窑窑头熟料冷却机中部设一个抽取冷却机废气的抽废气口， 根据水泥窑规模的不同，抽取的废气温度在250400°C范圉内。利用抽取的废 气设置窑头熟料冷却机余热锅炉（简称AQC炉），AQC炉生产0.81. 6Mpa饱 和温度360°C的蒸汽或同时生产0. 10.5HP&饱和温度至180°C的低压低温 蒸汽、85200°C的热水。（2）仅利用水泥窑窑尾预热器排岀的250400°

11、C废气余热设置窑尾预热 器余热锅炉（简称SP炉或PH炉），SP炉生产0.81. 6Mpa饱和温度至360°C 的蒸汽。（3）将AQC炉、SP炉生产的0. 816MPa蒸汽及AQC炉生产的0105Mpa 蒸汽或AQC炉生产的85200°C热水经闪蒸器生产岀的0. 105MP&蒸汽通入汽 轮机再由汽轮机带动发电机发电。2.2上述热力循环系统、循环参数及废气取热方式存在的主要问题窑头熟料冷却机自冷却机入料端（热端）至岀料端（冷端）,在不影 响水泥窑熟料热耗及水泥窑生产的条件下，冷却机可排掉的废气温度是自热端起 的600°C以线性关系逐渐下降至冷料端的55

12、6;Co因此，若仅在冷却机中部抽取废 气，则是将热端的中高温废气与冷端低温废气混合后形成了 250°C400°C废气。 山于废气温度的限制，AQC炉仅能生产低圧低温蒸汽及热水。这种抽取废气的取 热方式没有遵循热量应根据其温度进行梯级利用的原理。（2）窑尾预热器系统中，在不影响水泥窑熟料热耗及水泥窑生产的条件 下，可利用的废气余热有两部分：笫一部分为预热器系统最终排出的（即C1级 旋风筒岀口）250400°C废气；第二部分为C2级旋风筒内筒至C1级旋风筒入口 的450600°C废气中水泥生产允许的2025°C温度降所含有的废气热量。山于 没有利用

13、第二部分废气热量，加之第一部分预热器系统最终排出的废气温度限 制，SP炉同样只能生产低压低温蒸汽。（3）±述两个因素使前述的水泥窑纯中低温余热发电技术：其一，余热只 能生产低压低温蒸汽；其二，热力循环系统只能釆用低圧低温参数；其三，水泥 窑生产系统中窑头熟料冷却机及窑尾预热器可用于发电的部分400600°C中高 温废气没有得到有效利用；其四，前述的三个因素，使在不增加水泥熟料热耗的 条件下，水泥窑废气余热发电能力未能得到充分发挥，即余热发电量不能达到应 该达到的水平。3. 提高型水泥窑纯低温余热发电技术针对水泥窑可用于发电的废气余热量及废气温度分布，遵循“指导构成 水泥窑纯

14、中低温余热发电热力循环系统、确定循环参数、提高发电能力的四个基 本原则”（见笔者发表于水泥杂志2003年第4期的水泥窑纯中低温余热 发电存在的问题及第5期的提高水泥窑纯低温余热发电能力的途径），在 同时提高汽轮机进汽压力和温度以合理梯级利用水泥窑废气温度的条件下，笔者 于2005年3月提岀了三种提高型水泥窑纯中低温余热发电热力循环系统、循环 参数及废气取热方式，3. 1上述热力循环系统、循环参数及废气取热方式的主要特点（1）改变抽取窑头熟料冷却机废气方式，即在靠冷却机进料端（热端）设置 一抽取400600°C废气的抽废气口，同时在冷却机中部设置抽取250400°C废 气的抽

15、废气口。根据废气温度利用AQC炉生产1. 6382Mpa次中压或中压饱和 温度至450°C的过热蒸汽也可同时生产0. 10. 5Mpa饱和温度至180°C的低压低 温蒸汽、83200°C热水。（2）在利用窑尾预热器系统最终（C1级旋风筒出口）排出的250400°C废 气的同时，利用C2级旋风筒内筒至C1级旋风筒入口的450600°C废气水泥生 产所允许的2025°C温度降所含有的废气热量，通过SP炉生产1.63. 82Mpa 次中压或中压饱和温度至450°C的过热蒸汽。3. 2上述提高型水泥窑纯中低温余热发电技术能够取得的效

16、果：前述两个特点使笔者提出的提高型水泥窑纯中低温余热发电热力循环系 统及废气取热方式：在不影响水泥熟料热耗及水泥窑生产的条件下：其一，余热 可以同时生产次中压或中压饱和温度至450°C的过热蒸汽、0. 105Mpa饱和温 度至18（TC的低压低温蒸汽、85200°C热水；其二，热力循环系统可以釆用次 中压中温或中压中温参数，提高了热力循环系统效率；其三，充分利用了水泥窑 不同废气温度的余热，并按废气余热温度分布实现了热量应根据其温度进行梯级 利用的原理；其四，前述的三个因素，提高型水泥窑纯中低温余热发电热力循环 系统、循环参数及废气取热方式使水泥窑废气余热按其质量最大限度地

17、转换为了 电能，从而使余热发电能力比L1前普遍采用的普通型水泥窑纯中低温余热发电技 术得以大幅提高。7 / 7热电站生产运行及管理的合理与顺畅，需在新建的余热电站新建高低压配电室。发电机组以电缆线路由余热电站10 (6) kV母线与总降10 (6) kV母线连接，从而实 现余热电站与系统并网。3、水源提供能力要求电站工程生产年平均日用水虽约为500m3/d,要求水源供应能力为700m3/do4、技术实施方案(1) 窑头余热锅炉AQC炉在窑头冷却机中部废气岀口设萱窑头余热锅炉AQC炉。该锅炉可分2段设置，其中I段 为蒸汽段，I I为热水段。AQC炉段生产135°C饱和水提供给I段及SP

18、锅炉，AQ C炉I段生产1.6MPa-300°C的过热蒸汽作为主蒸汽与窑尾余热锅炉SP炉生产的 同参数过热蒸汽合并后，一并进入汽轮机作功。汽轮机凝结水进入余热锅炉AQC 炉段，加热后分别作为锅炉给水进入余热锅炉SP炉和余热锅炉AQC炉的I段。(2) 窑尾余热锅炉SP炉在窑尾预热器废气岀口管道上设萱SP余热锅炉，SP余热锅炉产生蒸汽与窑头AQC余 热锅炉I段产生的蒸汽合并后送入汽轮机作功。(3) 凝汽式汽轮机汽轮机为国产凝汽式汽轮机，额定功率为2000kW2500kW,主汽参数：1.25MPa300°C。(4) 发电机发电机为2000kW2500kW的10 (6) kV的普通

19、交流发电机，通过公司现有总降压 变电站的10 (6) kV母线与当地电网并网运行。(5) 循坏冷却水系统。满足电站生产设备冷却用水的需要。(6) 水处理系统。“过滤器+二级钠串联”的化学水处理系统，满足电站锅炉 生产用水的需要。(7) 控制系统。DCS计算机控制系统，满足电站监控运行的需要。5、主要设备配置及参数窑尾 SP 炉:QC95/390-9-1.6/300蒸发虽：9. 3t/h蒸汽出口压力1.6MPa 温度300°C废气进口温度340"C废气出口温度230°CAQC 炉:QC50/350-3 (1) -1.6 (0. 25) /300 (150)I段蒸发量3t/h蒸汽岀口压力1.6MPa 温度300°CII段蒸发s1t/h蒸汽出口压力0. 25MPa温度1509废气进口温度350°C废气岀口温度100°C汽轮机：双压补汽凝汽式2OOOkW2500kW 进汽1.25MPa 300°C发电机：交流 2000kW2500kW 10 （6） kV 3000r/min6、主要经济技术指标装机容虽:：2.5MW发电功率：18002100kW年发电呈:：1200万kWh年耗水量：15万m3吨小时熟