川东节能评估报告(余热发电)

1、1.1 余热发电技术选择原则及特点1.1.1 项目的必要性和作用本项目是利用水泥熟料生产线窑炉煅烧过程中排放出的高温热烟气进行余热 发电的能源综合利用项目，该项目的实施既可以缓解该公司对电力系统用电的需 求，另一方面可降低排烟温度和排尘浓度，减轻环境污染，其建设从我国节能减 排的循环经济角度是十分必要的。1.1.2 余热发电技术特点(1)完全利用余热发电；(2)废气余热的品位比较低，废气温度一般在 200350 C；( 3)废气余热源在一个以上；( 4)余热发电配置的热力系统较为复杂；( 5)蒸汽参数较低，对发电设备要求较高；( 6)单位发电设备体积和重量相对较大。纯低温余热发电技术的关键问题

2、，一是面对中、低品位的热源如何提高发电 效率；二是余热锅炉如何适应低温的、含尘浓度高的废气，因为废气温度低就要 增加换热面积，废气的含尘浓度高会带来传热性能降低，并加快设备磨损，尤其 是窑头余热锅炉的磨损，甚至恶性堵灰事故造成的系统可靠性降低。根据测算，到 2010 年，如果全国 40% 的新型干法生产线采用余热发电技术， 年发电量可达 84 亿千瓦时，每年可节约标煤 300 万吨、减少粉尘排放约 4 万吨、 减少二氧化碳排放约 660 万吨、减少二氧化硫排放 6 万吨。从已经投产的国产纯低温余热发电项目与进口的纯低温余热发电项目比较， 国产设备系统的吨熟料发电量为 3040kWh/t 水泥，

3、进口设备系统的吨熟料发电 量为 3242kWh/t 水泥，发电效率略低，但国产设备的设备价格仅是进口设备的 1/2 1/3 ，因此，中国国产纯低温余热发电技术和设备的竞争优势十分明显。1.1.3 工程设计原则1) 充分利用 2500t/d 水泥生产线窑头熟料冷却机及窑尾预热器废气余热。2) 余热电站的生产运行不能影响水泥生产系统的生产运行及热耗指标。3) 余热电站的系统及设备应以 “成熟可靠、技术先进、节省投资、提高效益 为原则，采用先进的热力系统和先进技术。4) 余热锅炉沉降下来的粉尘回用于水泥生产以达到节约资源及环境保护的 目的。5) 采用节能型产品，在利用废气余热的前提下进一步提高本工程

4、的节能技术 水平。6) 余热电站的建设尽量少的影响水泥生产线的停产时间。7) 电站控制采用DCS控制系统，提高控制水平和运行稳定性。8) 余热发电机采用并网不上网原则，厂用电部分仅考虑本余热发电新增负 荷。1.2 余热发电工艺及主机设备的选择1.2.1 生产工艺的选择和确定 在不影响水泥熟料生产线的前提下，最大限度的利用孰料生产线的余热，将现有的废热资源最大限度的转化为电能。本系统中，给水通过余热锅炉将水泥熟料线线排放的低温余热进行回收，转 换为蒸汽进入汽轮机做功，在汽轮机中蒸汽的热能转换为汽轮机的动能，驱动发 电机旋转，最终转换为电能，是一个余热能量转换的过程。根据水泥线生产工艺，采用一台窑

5、头篦冷机废气余热锅炉( AQC炉)和一台 窑尾预热器废气余热锅炉(SP炉)，两台余热锅炉产生的主蒸汽合并后进入汽轮机 做功，固采用两炉一机的配置方案，该技术是成熟可靠的。1.2.2 水泥线余热品位分析水泥生产线设计产量： 2500t/d ，生产线可供利用的余热条件如下：a) AQC 窑头余热锅炉：进口废气温度允许范围：340420 °C进口废气设计温度：360 C进口废气量范围：61,00083,000Nm 3/h入口废气含尘浓度：30g/Nm 3废气出口设计温度：92 Cb) SP 窑尾余热锅炉：进口废气温度允许范围：300340 C进口废气设计温度：310C进口废气量范围：129

6、,000178,000 Nm 3/h废气出口设计温度：> 210C锅炉入口含尘浓度：80g/Nm 3窑头冷却机采中部取风方案，尾部总管出风温度按160 C计算，中部取风温度360 C计算，废气量 91,000Nm3/h ;窑尾 C1 出口废气：162,000Nm3/h , 310 C；另外根据当地的气候条件及原料水分估算，窑尾烘干废气温度为210 C,因此SP锅炉废气出口温度按210 C设计。基于以上参数计算：窑尾废气余热可生产约10.7t/h 1.0MPa 285 C过热蒸汽；2）窑头余热锅炉窑头余热锅炉采用双压系统，高压过热器产生8.0t/h 1.0MPa 345 C过热蒸 汽；低压

7、过热器产生1.0t/h 0.35MPa 170C过热蒸汽，；同时生产20.3t/h 140 C的热水。3）汽轮机组 两台余热锅炉产生的过热蒸汽并入汽轮机房的主蒸汽母管，除去管线的压力、温度损失混合为18.7t/h 0.9MPa 305 C过热蒸汽作为汽轮机的主进汽，进汽焓 为3063.66kJ/ kg，1.0t/h 0.25MPa 160 C的低压蒸汽作为汽轮机的补汽；排汽 压力 0.008 MPa （目前国内低压汽轮机的排汽压力）的湿蒸汽，排汽焓约为 2383.9kJ/ kg ，考因此余热锅炉所产生的蒸汽共具有约平均 3503 kW 的发电能力， 此过程完全不消耗其它能源，也不影响水泥线的生

8、产和热耗，余热供应有保障。通过计算，考虑水泥线烟气参数波动对发电量的影响，本工程确定装机方案 如下：1 台 4.5MW 凝气汽轮机组 2 台余热锅炉1.2.3 工艺系统流程窑头篦冷机和窑头收尘器之间布置一台窑头余热锅炉（AQC炉），篦冷机中部抽取高温热风送入AQC锅炉，原余风口低温风与AQC锅炉出风混合后经窑头收尘 器和窑头排风机排入大气。实际运行时可根据各抽风口电动烟风阀调节风量。在 AQC锅炉之前布置有干扰分离器，可将废气中的固体颗粒含量降低70%左右，以减轻对AQC锅炉的磨损。窑尾一级旋风筒出口和高温风机之间设置一台窑尾余热锅炉（SP炉），310C废气经余热锅炉后温度降温至 210 C左

9、右（满足生料磨烘干要求），锅炉出风由高 温风机送入原系统。若发电系统停用，余热锅炉可迅速从烟气系统中解列出来， 废气经原系统的高温风机后进入增湿塔增湿，不影响水泥生产线稳定运行。目前国内投产的多条水泥线余热发电系统运行的情况，考虑到汽轮机的效 率、可靠性及寿命，本项目汽轮机的主蒸汽有约有130 C的过热度，该技术方案是 成熟可靠的，已在我公司多条水泥余热系统上得到应用。124热力系统特点窑头、窑尾余热锅炉均采用立式结构，并采取相应措施解决锅炉的漏风、磨损、堵灰等问题，同时这种结构可减少占地面积；窑头余热锅炉采用双压系统，最大限度的利用烟气余热，余热锅炉出口烟气 温度降低到90 C左右；窑头和窑

10、尾余热锅炉采用多段受热面，最大限度的利用烟气余热；除氧器采用真空除氧方式，有效的保证了除氧效果；窑头废气粉尘粒度较大，在窑头锅炉前设置干扰分离器，使废气中较大颗粒 沉降下来，减轻熟料颗粒对窑头余热锅炉的冲刷磨损，可将废气中的固体颗粒含 量降低70%左右；窑工况变化时，如超产等情况下，会造成冷却机废气温度过高，对设备使用 寿命会产生影响，因此AQC锅炉的废气温度适应最高450 C。同时，采用在锅炉 入口烟道上加设混风阀，用以辅助控制进口温度，防止超温现象发生；窑头冷却机到AQC余热锅炉烟风管道内部采取敷设厚度 20mm耐磨龟甲网 的方式，减缓管道的磨损。为保证窑尾锅炉下灰顺畅，在SP锅炉内部设置

11、了振打 除灰装置，保障清灰效果；采用凝气式汽轮机，目前我国低品位汽轮机缸效率可以达到85%以上，发电机采用密闭式空气循环冷却，效率也可以达到 96.5%以上。1.2.5主要设备表序号设备名称数量主要技术参数、性能、指标主蒸汽产量：8.0t/h主蒸汽压力：1.0Mpa主蒸汽温度：345 C低压蒸汽量：1.0t/h1窑头AQC余热锅炉1低压蒸汽温度：170 C低压蒸汽压力：0.35Mpa高压省煤器出水量：8.2t/h高压省煤器出水温度：170 C序号设备名称数量主要技术参数、性能、指标1窑头AQC余热锅炉1热水器出水量：20.3t/h热水器出水温度：140 C锅炉给水温度：40.3 C2干扰式分离

12、器1进口废气量：91,000N m 3/h进口废气温度：340450C漏风系数：< 0.5%保温系数：> 98%3窑尾SP余热锅炉1废气量：161,000N m 3/h废气温度：310 C废气出口温度：210 C烟气阻力：700Pa锅炉总漏风率：2%蒸汽产量：10.7t/h蒸汽压力：1.0MPa蒸汽温度：285 C锅炉给水温度：135 C4凝汽式汽轮机1额定功率：4.5MW额定转速：3,000r/mi n额定进汽压力：0.95MPa(a)额定进汽温度：305 C排汽压力：0.008MPa真空方式：射水抽气5发电机1额定功率：4.5MW额定转速：3,000r/mi n电压：10.5K

13、V功率因素：0.8效率：97.5%冷却方式：空气冷却励磁方式：可控硅励磁序号设备名称数量主要技术参数、性能、指标6凝结水泵2流量：24m 3/h扬程：50m转速：2,950r/min电机功率：7.5kW7锅炉给水泵2流量：25m 3/h扬程：300m转速：2,950r/min电机功率：45kW8除氧器1工作压力：0.0080.025MPa工作温度：4265 C额定出力：25m 3/h水箱有效容积：20m31.3节能措施及效果分析1.3.1节能技术措施的采用本系统属于余热利用，是一项节能减排工程，因此在工艺流程上优化布置， 不影响水泥线的生产，不增加水泥工艺的热耗，最大限度的利用余热；设备选型

14、上根据热力参数优化计算的结果选择合适的设备。主要措施如下：（1）在确保水泥熟料稳定生产的前提下，充分利用孰料烧成系统的窑头、窑 尾废气进行余热发电，最大限度的利用余热资源；（2）设备和管道保温根据国家现行的设备和管道技术通则以及设备和 管道保温设计导则的有关规定选取；（3）优化系统布置，减小蒸汽管道的阻力，同时采用电耗较低的输送设备；（4 ）满足工艺要求的情况下，以节能原则选择用电设备，功率较大的电机采 用变频调节，尽量降低发电系统的自用电率；（5）窑尾余热锅炉和窑头余热锅炉的布置尽量靠近取风点，减小烟风管道的 长度和烟气阻力；（6）锅炉穿墙管道与炉墙的密封采用弹性焊接结构，减少漏风率；锅炉的

15、本 体保温采用岩棉板材，减少锅炉本体的散热损失。1.3.2主机设备效率分析1.321计算参数汇总参数名称单位数值备注汽机主进汽参数MPa-C0.9-305进口废气参数Nm3/h- C161,000-310进口废气比热Kj/ Nm3 -C1.493不含粉尘进口废气总焓值Kj/h7572X104不含粉尘主蒸汽参数t/h-MPa- C10.7-1.0-285主蒸汽焓值Kj/kg3018.1SP主蒸汽总焓值Kj/h3230X104给水参数t/h- C11.0-135锅炉给水总焓值Kj/h622 X104出口废气参数Nm3/h- C164,220-210出口废气比热Kj/ Nm3 -C1.463不含粉尘

16、出口废气总焓值Kj/h5045 X104不含粉尘保热系数%98漏风系数%2进口废气参数Nm3/h- C91,000-360进口废气比热Kj/ Nm3 -C1.325不含粉尘进口废气总焓值Kj/h4341X104不含粉尘出口废气参数Nm3/h- C93,730-92AQC出口废气比热Kj/ Nm3 -C1.301不含粉尘锅炉出口废气总焓值Kj/h862X104不含粉尘主蒸汽参数t/h-MPa- C8.0-1.0-345主蒸汽焓值Kj/kg3146.35主蒸汽总焓值Kj/h2517X104给水参数t/h- C8.2-175给水总焓值Kj/kg601X104低压蒸汽参数t/h Mpa°C1

17、.0-0.35-170低压蒸汽焓值Kj/kg2799.5低压蒸汽总焓值Kj/kg280X104热水段出水参数t/h- C20.3-140热水段出水总焓值Kj/kg1190X104热水段给水参数t/h- C20.3-40.3热水段给水焓值Kj/kg343X104保热系数%98漏风系数%3汽轮机主进汽参数t/h MpaC18.7-0.9-305主进汽焓值Kj/kg3063.66主进汽总焓值Kj/h5729X104排汽压力0.007MPa0.008Mpa补汽参数t/h MpaC1.0-0.25-160补汽焓Kj/kg2778.1补汽总焓Kj/kg278X104排汽焓值Kj/kg2383.88排汽总焓

18、值Kj/h4410X104发电机效率%96.5%设计计算发电能力KW3503汽轮机缸效率%98吨熟料发电量KWh33.6熟料产量按2500t/d 计算电站年运转率h7200年发电量KWh2522X104年供电量KWh2346X1041.322余热锅炉热平衡分析余热锅炉每小时的烟气放热量 Qi =进口废气总焓-出口废气总焓根据以上参数SP锅炉放热量为2527 X104KJ/h，AQC锅炉放热量为3479 X104KJ/h，所以锅炉总放热量为6006 X104KJ/h ；余热锅炉的热量用在将给水加热至过热蒸汽状态，所以蒸汽每小时的吸热量 Q2=H蒸汽-H给水,所以蒸汽的总系热量为5684 X104KJ/h ;余热锅炉效率n 1=94.6%1.3.2.2汽轮发电机热平衡分析汽轮发电机的输入热量 Q3=5729X10 4 KJ/h ;汽轮发电机的输出热量 Q4=