水泥线配套余热发电汽轮发电机房热力系统优化设计

实施余热发电项目，可大大降低水泥企业生产用电量与能耗成本，进一步提高企业的市场竞争力。但从现阶段水泥窑余热发电在实际运行情况来看，余热发电系统仍存在着一些问题，需要持续不断进行创新，以便完善改进。随着社会的发展，大家越来越重视各种资源的节约和再利用，余热发电汽轮机房热力系统的优化设计是整个余热发电系统的核心环节，也是余热发电最繁杂的系统，当中包含抽真空系统、凝结水系统、给水系统等各个子系统，下面分别从各个子系统入手进行优化设计，从而达到节能、节水、降噪等目的。

1、真空除氧器相关系统优化设计真空除氧器主要由真空除氧器给水箱、除氧头、除氧器射水箱、水喷射泵、射水循环泵组成。原真空除氧器的补水都采用除盐水，分别给真空除氧器给水箱和除氧器射水箱补充，同时，它们所排污水也同时被收集后输送到疏水箱中，如图1所示。图1原真空除氧器补水和排污系统通过分析除氧器的结构发现，真空除氧器水箱和除氧器射水箱中间由一道隔板隔开，从节水角度思考，除氧器的补水分别采用除盐水和工业水，同时，排污也分别收集，如图2所示。图2优化后真空除氧器补水和排污系统这样可以降低除盐水的用量，从而降低生产运行成本，进而达到节能的目的。分别收集的污水，其中进入疏水箱的污水可在紧急情况下用于补水，而进入射水箱的污水可以通过对射水箱溢流排污的收集输送至循环水池使用，真正达到水资源的充分利用。汽轮发电机房的真空除氧器通常布置在12m平台上方，其正下方通常为7m的中控室，操作人员反馈，在运行过程中除氧器水喷射泵和射水循环泵的运行会产生部分的振动和噪声，为改善这一情况，通过对除氧器射水箱部分和除氧器给水箱部分分开布置，将除氧器射水箱部分放置于7m平台，可以消除中控室顶部的振动和噪声，使得噪声控制在70dB达到降噪的目的，改善操作人员的工作环境。

2、射水箱系统优化设计2.1射水箱相关水系统部分优化设计射水箱一般采用工业水进行补水，有些项目因地域等因素的影响，厂区没有将工业水管道敷设到汽轮机房外。同时，为防止工业水管道故障，需要备用循环水管道为射水箱的补水。如图3所示。图3新增循环水补水——中水回收系统上述射水箱相关系统的射水抽气器采用抽取射水池的水进行循环，在凝汽器中抽出的通常是空气和水蒸气的混合气体，有很多水蒸气凝结成水进入射水池中，使射水池中的水温升高。而射水池中水温高低对射水喷射器抽气效果起決定性作用，因此只有定期向射水池中加入冷水，排出热水，才能保持较低的射水池水温，故射水箱的溢流水量非常大。通常6MW机组正常运行时溢流水量大约20t/h，大部分水基本都是工业水，可将其直接回收输送至循环水池，因此需要在此系统中增设中水箱和中水泵，以达到节水的目的。此系统已应用到实际建设的项目中，并得到建设单位的高度评价。2.2射水箱射水抽气器优化设计射水箱上的射水抽气器的工作原理是从射水泵来的压力水经过射水抽气器喷嘴形成高速水流吸入从凝汽器来的空气蒸汽混合气体，使凝汽器维持正常的工作真空度，然后水流进射水抽气器下部的扩压管增压，进入射水箱，通过射水泵进行水的循环利用。射水抽气器对保证凝汽器的真空度起着至关重要的作用，因此对该部分优化设计，对整个余热发电系统有重要的意义。首先，为保证系统的可靠性，可安装两台并列的射水抽气器。射水抽气器抽气口处安装有止逆阀，在汽轮机停机时用于预防射水箱的水倒流入凝汽器。为防止停机时止逆阀卡涩，或两台射水抽气器并联运行停机过程射水箱的水倒流入凝汽器，抽气管道布置成倒U型，抽气管道高点应高于射水箱水面不小于10m。两台射水抽气器并联运行的优点是:一方面当汽轮机载荷变动比较大，凝汽器真空度不能保证时，可同时开启两台射水抽气器使得处理能力增强，便于真空的形成；另一方面可作为设备的备用，当其中一台发生故障时，可增强系统的可靠性。此系统适用于装机容量较大时使用，已成功使用在22MW机组的运行上，如图4所示。图4两台射水抽气器并联运行其次，可采用传统射水抽气器和高效真空抽气系统配合使用。根据两套系统的特点：一方面，传统射水抽气器配合射水箱，射水泵系统可以在汽轮机启机时能快速将系统真空度提高，运行效率较高，但因其整套系统运行时，工业水需求量比较大，会造成水资源浪费，射水泵的规格根据系统的需要进行选择，一般12MW以下的机组需要配备两台22kW的射水泵配合系统运行。另一方面，新型高效真空抽气系统从凝汽器抽吸出来的不凝结气体和部分蒸汽经过管道进入前置处理器后，大部分水蒸气凝结成水回收到凝汽器热水井，其余气体体积变小后经由蓄能器再进入油环真空泵。在工作过程中通过冷油器中的循环冷却水带走工作液连续循环产生的热量，维持油温。利用高效真空抽气系统（如图5所示）替代原有的射水抽气系统，可保证汽轮机系统的正常工作，原有的运行工艺参数（如真空度、排气温度等）趋向更好。同时该系统还具有以下优点：（1）大幅度降低电耗,以6MW余热发电系统为例，用电功率由原有22kW降低到7.5kW；（2）降低水资源的使用，节约循环水；（3）不存在因夏季温度升高带来的水资源、能源的浪费情况；（4）高效真空抽气系统操作简单，运行安全可靠，维护量少。但在汽轮机启机到正常运行的时间段内，只使用此系统时启动时间很长，真空度不易形成，但系统的真空度维持效果很好。图5高效真空抽气系统综合上述两种系统的特点，可设置两套系统配合使用，在汽轮机启动时利用传统射水抽气器系统真空度提高速度快的优点，在机组正常运行后切换到高效真空抽气系统，利用其降低能耗、不随外界环境变化、运行可靠、维护少的特点。这样既可以实现整个抽真空系统的稳定运行，同时降低电能和水资源的浪费。

3、凝结水系统优化设计凝结水系统优化设计思路来源于调试运行中由安装不规范导致的误差，该误差会造成：（1）凝汽器管道内可能存在杂质；（2）汽轮机有少量污垢进入凝汽器；（3）锅炉吹管不彻底，造成有少量杂质进入凝汽器；（4）凝汽器内部不锈钢管或铜管中有少量泄漏或本身有少量杂质；（5）凝结水泵和凝结水管道会有少量杂质。这些杂质的存在都会对机组的运行造成不利影响，为此在凝结水母管处增设一根规格为DN50的旁路引致汽轮机房排水沟（如图6所示），并安装手动截止阀。在汽轮机第一次启动或在机组长时间停运后再次启动时打开此旁路管道，将水排放至排水沟，直至检测水质符合汽轮机凝结水质量标准（硬度≤2μmol/L，溶解氧≤50μg/L），再关闭阀门。此旁路的设计可以最大限度地将进入系统的杂质排放至系统外部，增加设备的可靠运行时间，延长设备的使用寿命，同时可减少维护费用，实现经济效益。图6凝结水母管排污

4、主蒸汽系统优化设计主蒸汽系统优化设计思路来源于调试运行中工作人员的反馈，如何加快暖管的速度，缩短启机的时间成为一个设计者需要思考的又一新问题。通过对实际操作过程的分析，原主蒸汽管道的疏水点通常采用规格为DN32的管道进行暖管前期的疏水，经过实践操作，增设两个规格为DN50的疏水点可以大大加快暖管的进程。启炉暖管的前期会产生很大的噪声，现场加工采用安装过程剩余的边角料，大管道套小管道，中间放置岩棉并在管道上打孔，可以制作简易的消音装置，以此减少噪声的污染，且相比直接采购消音器，该做法可以降低施工成本，解决噪声污染，同时能够实现经济效益。

5、其他部分设计优化汽轮发电机房内部设有分汽缸设备，将它们的安全阀变更为电动截止阀，通过对电动截止阀的控制，可使得汽轮机启机暖炉的时间大大缩短，如图7所示。图7分汽缸安全阀变更为电动截止阀汽轮机前后汽封供汽原来是一根母管分接两条分支到汽轮机的前后汽封处，实际操作运行时会造成汽量不平衡，导致汽轮机真空度不合格。因此，对此系统进行改造，在前后汽封管道分支分别增加手动截止阀门，通过阀门控制进汽量，经过调整后，汽轮机的真空度有很大改善，如图8所示。图8轴封管道增加控制阀门

6、总结以6MW余热发电系统为例：（1）通过对真空除氧器相关系统优化设计，可减少除盐水用量约0.3t/h，噪声控制在70dB；（2）通过对射水箱相关水系统和射水抽气器的优化设计，可使该系统用电功率由原有22kW降低到7.5kW，水资源可再利用约20t/h，同时能实现该系统更加稳定平稳运行；（3）凝结水系统优化设计可保护设备，增加设备的可靠运行时间，延长设备的使用寿命，同时可