[水泥厂纯低温余热发电设计] 水泥窑纯低温余热发电技术大全
时间：2019-05-04 03:27:25 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘要：水泥窑纯低温余热发电技术的应用,不但可以降低水泥的生产成本,提高企业的经济效益。还为国家节约了大量的电能,减少了环境污染,所以它具有广阔的推广应用前景。本文结合实际工程对20 MW纯低温余热发电工程的设计方案、工艺流程和设备选型进行了分析。
关键词：纯低温；余热发电；设计方案
Abstract: cement kiln pure low temperature waste heat power technology application, not only can reduce the cement production costs, improve the economic benefit of enterprise. Also for national savings of electric energy, reduce the pollution of environment, so it has the broad application prospect. Combining with the actual engineering on 20 MW pure low temperature waste heat power engineering design, technological process and equipment selection for the analysis.
Keywords: pure low temperature; Waste heat power; Design scheme
中图分类号: TM6 文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
某水泥厂现各有一条2 500 t·d-1和5 000 t·d-1熟料生产线,生产状况良好,运转率均高于95％。为部分缓解生产用电的紧张形势、综合利用废热资源发电以降低生产成本和提高企业的竞争能力,拟建设1条2 500 t·d-1和2条5 000 t·d-1新型干法水泥生产线的配套余热发电工程。该工程分2期建设,其中一期工程12 MW水泥窑纯低温余热发电系统1套,二期工程8 MW水泥窑纯低温余热发电系统1套,总装机容量为20 MW。
2 设计方案
本项目通过对水泥熟料生产线的回转窑的窑头、窑尾上分别设置AQC余热锅炉、SP余热锅炉，利用废气的热量加热余热锅炉内的水,产生饱和蒸汽,然后经各自过热器加热后进人过热蒸汽母管送人汽轮机发电。
根据余热锅炉所能产生的蒸汽品位,选用的汽轮机蒸汽参数为1.05 MPa，305℃，2条投产窑的余热锅炉蒸汽产量总共约64.31 t·d-1,一条待建窑的余热锅炉蒸汽产量约为45.01 t·d-1。按5.8 kg·(kWh) -1的汽耗率计算，将具有ll 088 kW(一期)和7 760 kW(二期)的发电能力，所以可确定装机方案为：一期采用l×(7.5 MW+4.5 MW)的汽轮发电机组，二期采用l×7,5 MW的汽轮发电机组。工艺流程见图1。
(W-废水、G-废气、N-噪声、S-固体废物)
图1 水泥熟料生产线低温余热发电工艺流程
2.1 AQC锅炉系统
在水泥熟料生产线的篦冷机中部预留抽气口同窑头电除尘器之间加装一台旁路废气余热锅炉(AQC锅炉)，AQC锅炉由省煤器、蒸发器和过热器组成。360℃左右的高温废气先经沉降室预除尘后再送入余热锅炉,热量被余热锅炉吸收利用后温度降至95℃左右,这股废气同篦冷机后部出来的废气混合,经窑头电除尘器由引风机排至烟囱。
2.2 SP锅炉系统
在水泥熟料生产线的窑尾一级旋风筒出口与高温风机之间装一旁路余热锅炉(SP锅炉),SP锅炉由蒸发器和过热器组成，为了提高传热效率、合理布局锅炉受热面,它与AQC锅炉共用一段设在窑头的省煤器,以将窑头风温降至尽可能低(约95℃)。窑尾废气经余热锅炉吸热降温至225℃左右,由高温风机送至原系统的生料磨烘干生料或旁路至窑尾袋式除尘器。若发电系统停用，则废气经原系统的增湿塔增湿后进入高温风机,如此可确保余热发电系统和水泥生产系统的稳定运行。
2.3 汽轮机热力系统
汽轮机热力系统主要由主蒸汽系统、轴封系统、疏水系统、凝结水系统、真空系统和循环水系统等组成。
(1)主蒸汽系统。余热锅炉过热器产生的的新蒸汽经隔离阀至主汽阀,再经调节阀进入汽轮机膨胀作功后排至凝汽器，乏汽在凝汽器中凝结成水,汇人热井,再由凝结水泵送往真空除氧器作余热锅炉的给水循环使用。汽轮油泵、汽封加热器、均压箱所需新蒸汽的管道，连接在主蒸汽电动阀前,为防止汽封加热器喷嘴堵塞,汽封加热器前蒸汽管道上装有滤汽器。
(2)轴封系统。为了减少汽轮机汽缸两端轴封处的漏气损失,在轴伸出气缸的部位均装有轴封，分别由前汽封、后汽封和隔板汽封,汽封均采用高低齿型迷宫式。
(3)疏水系统。在汽轮机启动、停机或低负荷运行时,要把主蒸汽管道及其分支管道、阀门等部件中集聚的凝结水迅速地排走,否则进入汽轮机通流部分。将会引起水击。另外会引起其它用汽设备和管道发生故障。
(4)凝结水系统。凝汽器热井中的凝结水,由凝结水泵经汽封加热器送至除氧器,汽轮机启动和低负荷运行时,为了保证有足够的凝结水量通过汽封加热器中的冷却器,并维持热井水位,在汽封加热器后的主凝结水管道上装设了一根再循环管,使一部分凝结水可以在凝汽器及汽封加热器之间循环,再循环水量的多少由再循环管道上的阀门来控制。汽轮机第一次启动及大修后启动时,凝汽器内无水,这时应由专设的除盐水管向凝汽器注水。
(5)真空系统。汽轮机运行需要维持一定的真空,必须抽出凝汽器、凝结水泵等中的空气，它们之间均用管道相互联通，然后与射水抽气器连在一起,组成一个真空抽气系统。
(6)循环水系统。凝汽器、冷油器以及发电机的空气冷却器必须不断地通过冷却水。以保证机组的正常工作。本循环水系统采用机力通风冷却塔冷却循环利用,其补水采用河水。
2.4 锅炉给水系统
锅炉给水采用集中母管制系统。设有3根给水母管,即给水泵人VI侧的低压吸水母管,给水泵出El侧的高压母管和锅炉给水母管。给水从给水泵出口往2台汽机的高压加热器,高加出水引往锅炉给水母管,再分送至6台锅炉的给水操作台向锅炉供水。
2.5 给水除氧系统
为防止和减轻溶解氧腐蚀。必须对锅炉给水进行除氧处理。目前锅炉给水的除氧方式有化学除氧、热力除氧和真空除氧等,根据本系统蒸气压力及温度都较低的特点,拟采用真空除氧方式。
装设2台150 t·h-1,旋膜式除氧器,每台除氧器配300 m3除氧水箱，可满足锅炉额定出力时28 min的给水量。汽机二级抽汽接人加热蒸汽母管,再由蒸汽母管分别接往2台除氧器供除氧用汽。各除氧水箱的出水接入给水泵人口侧低压吸水母管。2台汽机的凝结水由凝结水泵抽吸经过汽封加热器和低压加热器后汇入凝结水母管,再由凝结水母管分送进入2台除氧器。由化学水处理问来的锅炉补给水(除盐水)在汽机间设除盐水母管,由母管接至2台除氧器。
2.6 化水处理系统
化水处理系统根据水质资料及给水标准要求,采用反渗透+混床系统。工艺流程为：净化水管网来水→多介质过滤器→清水箱→清水泵→一级反渗透→中间水箱→中间水泵斗混床→除盐水箱→除盐水泵→主厂房真空除氧器。系统采用2套各20 t·h-1处理量的设备,轮流再生使用。
化水处理系统运行一定时间后,吸收了一定的无机盐、有机物、各种离子。系统需用自来水、初级纯水和酸碱液再生,产生反冲废水和再生酸碱废水。
3 设备选型技术要求
3.1 锅炉
(1)窑头AQC炉。AQC炉采用自然循环方式,露天布置。用于5000 t·d-1生产线的AQC炉指标为：废气流量180000 m3·h-1，温度360℃；蒸汽参数15,41 t·h-1，1.18 MPa，335℃；省煤器的给水流量45.01 t·h-1，温度45℃，出水(40.04 t·h-1，120℃)供给SP炉的省煤器使用；汽包给水参数15.41 t·h-1,183℃。用于2 500 t·d-1生产线的AQC炉指标为：废气流量85 000 m3·h-1，温度360℃；蒸汽参数8.25 t·h-1，1.18 MPa，335℃；省煤器给水流量19.3 t·h-1，温度45℃，出水(183℃)直接供给SP炉(11.05 t·h-1)和本AQC炉(8,25 t·h-1)的汽包使用。
(2)窑尾SP炉。SP炉采用自然循环方式,露天布置。用于5 000 t·d-1生产线的SP炉指标为：废气流量350 000 m3·h-1，温度340℃；蒸汽参数29.6 t·h-1，1.18 MPa,31℃；省煤器出水直接供给SP炉汽包使用,29.6 t·h-1，183℃。用于2 500 t·d-1生产线的SP炉指标为：废气流量172 500 m3·h-1，温度320℃；蒸汽参数11.05 t·h-1，1.18 MPa，290℃。
3.2 汽轮机
一期工程选用的2台汽轮机均为凝汽式汽轮机,设计能力12 MW。其中l台的型号为N7.5-0.9，额定功率7.5 MW,额定转速3 000 r·min-1，主汽压力1.05 MPa,主汽温度305℃；排汽压力0.006MPa，汽耗率5.8 kg·(kW·h)-1。另1台的型号为N4.5-0.9,额定功率4.5 MW,额定转速1 r·min-1，主汽压力1.05 MPa，主汽温度305℃；排汽压力0.006 MPa,汽耗率5.8 kg·(kW·h)-1。
3.3 发电机
一期工程的2台发电机均为强风冷式发电机,冷却介质为空气,冷却方式为闭式循环通风冷却。其中l台的型号为QF2-7,5-2A型,额定功率7.5MW,额定转速3 000 r·min-1，出线电压10.5 kV。另l台的型号为QF2-4,5-2A型,额定功率4.5 MW,额定转速l 800 r·min-1,出线电压lO.5 kV。
4 接入电力系统
拟建20 MW余热电站将与公司的电力系统实现并网运行。运行方式为并网电量不上网。公司原已建有一条35 kV的输电线路,由距公司12 km的某变供电,在厂区建有35 kV变电所。供现有2条生产线用电。原有总降压站内设一台25 000kVA,35／10.5 kV和一台10 000 kVA,35／10.5 kV有载调压变压器及相应的10 kV配电设备,2台变压器可以并列运行。1#主变的容量为25 000 kVA，2#主变的容量为10 000 kVA,正常运行时2台变压器并列带已经建成投产的一条5 000 t·d-1生产线和一条2 500 t·d-1生产线用电,现有2台主变已经满负荷运行,公司三期工程新建5 000 t·d-1。水泥生产线的装机容量约为18 000 kW,实际使用容量约为12 600 kW,余热发电系统的总装机容量为20 000kW,正常运行发电功率18 848 kW,将超过三期扩建生产线的实际用电量。所以余热发电项目建成后将可以满足公司三期工程的用电要求,总降压站不需增容。
5 效益分析
项目投产后，余热锅炉运行时无须投加燃料,也无燃烧废气产生。原有水泥生产线排人大气的中低品位废热资源被充分用来加热余热锅炉,不但降低了进入水泥生产线窑头、窑尾现有收尘设备的烟气温度和含尘浓度,确保现有收尘设施的收尘效果达到设计要求(净化后烟气中污染物的排放量、排放浓度与现有排放情况相同，均可达标排放)，还可以回收高温烟气的热量,变废为宝。20 MW纯低温余热发电系统每年可发电13 570×104 kW·h。扣除自用电后(电站自用电比例为8％)年供电量达到12 484×104 kW·h，按大型火电厂发电效率为0.383 kg·(kW·h)-1标准煤计算，年节约标准煤47 813 t,相当于每年减少排放1 19 533 t C02，765 t S02和717 t氮氧化物,这将对减少温室效应、保护生态环境起到积极的促进作用。
6 结束语
在水泥企业中建设纯低温余热发电装置,可以充分回收利用生产过程中产生的废气余热资源,就不但可以发电或热电联供,还可以减少生产过程排人环境的废热、粉尘等污染。所以，大力发展纯低温余热发电项目已经成为目前我国水泥行业节能降耗、扭转经济危机的有效途径。
