低温水泥余热发电工程设计总结45MW.docx
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低温水泥余热发电工程设计总结45MW
郎溪县苏特水泥有限公司
低温余热发电工程（4.5MW）
工程代号：
2010E004
设计总结报告
中材节能股份有限公司
二○一二年三月
目录
1概况1
1.1项目概况1
1.2项目建设范围1
2.设计依据2
3.技术特性简介3
3.1余热锅炉工艺流程3
3.2装机规模3
（3）汽轮发电机4
3.3热力系统5
3.4冷却水系统5
3.5化学水处理6
3.6电站接入系统6
3.7电站设计技术参数6
4.主要设计原则及指导思想7
5.质量控制措施8
6.总结9
1概况
1.1项目概况
郎溪县苏特水泥有限公司隶属江苏苏特集团，坐落在安徽省郎溪凌笪乡（伍牙山林场所在地），占地面积30多万平方米，现属南方水泥集团。
该公司公司现有一条2,500t/d水泥熟料生产线，该水泥生产线由江苏省建材院设计，由于水泥窑在生产水泥过程中，有较多的中低温废气排放，为了进一步降低水泥熟料生产成本，提高企业经济效益，同时节约能源、保护环境，创造良好的社会效益，公司在充分调研的基础上，决定利用公司现有的2500t/d水泥熟料生产线窑头、窑尾生产时排放的废气进行余热发电，建设一套4.5MW纯低温余热发电系统；该项目由成发集团总包建设，我公司负责工程设计工作，余热电站已于2011年5月份投运，目前运行比较稳定，日发电量8～9万度。
1.2项目建设范围
Ø总平面布置；
Ø汽轮发电机房一座；
Ø水泥生产线窑头、窑尾余热锅炉各一台；
Ø水泥生产线窑头粉尘分离器一台；
Ø电站化学水处理车间一座；
Ø电站循环冷却水泵站及冷却塔一套；
Ø电站范围内汽、水管线一套；
Ø电站DCS控制系统；
Ø电站高低压电气设施及室外配电线路；
Ø电站生产调度通信系统；
Ø电站生产给排水设施；
Ø电站消防系统；
Ø电站通风设施；
2.设计依据
2.1《工程设计合同》；
2.2会谈纪要及来往传真等；
2.3业主方提供的设计资料及设备订货资料；
2.4国家有关标准、规范；
1
水泥工厂设计规范
GB50295-2008
2
小型火力发电厂设计规范
GB50049-94
3
水泥工厂节能设计规范
GB50443-2007
4
建筑设计防火规范
GB50016-2006
5
火力发电厂与变电所设计防火规范
GB50229-2006
6
设备及管道保温设计导则
GB/T8175-2008
7
工业锅炉水质
GB/T1576-2008
8
工业金属管道设计规范（2008年版）
GB50316-2000
9
火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量
GB/T12145-2008
10
火力发电厂汽水管道设计技术规定
DL/T5054-1996
11
火力发电厂保温油漆设计规程
DL/T5072-1997
12
火力发电厂汽水管道应力计算技术规定
SDGJ6-2006
13
压力管道安全技术监察规程－工业管道
TSGD0001-2009
14
压力容器安全技术监察规程（99版）
15
10kV及以下变电所设计规范
GB50053-1994
16
低压配电设计规范
GB50054-1995
17
通用用电设备配电设计规范
GB50055-1993
注：
以上只是部份规范；
3.技术特性简介
3.1余热锅炉工艺流程
3.1.1窑头AQC余热锅炉
窑头AQC余热锅炉位于冷却机改造后的中部出风与尾部出风中间部位，热风首先进入干扰式分离器，然后进入余热锅炉；由于窑头余热锅炉废气入口采用了降尘处理，以减轻熟料颗粒对锅炉的冲刷磨损，提高了锅炉寿命。
为了保证锅炉故障（如爆管等）不影响正常的水泥生产，对窑头余热锅炉工艺流程采取了设旁通废气管道，一旦锅炉或电站发生事故，启用旁通废气管道，同时发电系统汽水管路考虑了将窑头余热锅炉从电站系统中解列出来的措施。
3.1.2窑尾SP余热锅炉
窑尾ID风机位于增湿塔前，余热锅炉设于预热器C1出口与ID风机之间，在原水泥线废气管道上与SP锅炉废气进口设置切换电动调节挡板，通过对挡板的控制达到SP余热锅炉的投入与解列的操作。
锅炉或电站发生故障时，通过挡板操作解列余热锅炉，保证水泥生产的正常运行。
3.1.3炉灰处理
窑头干扰式分离器及AQC余热锅炉沉降的粉尘通过干扰式分离器及锅炉底部的FU回灰拉链机送到现有电除尘器（EP）的回灰系统。
SP余热锅炉沉降下来的生料粉尘通过FU拉链机送到增湿塔下部的回灰系统，通过生料回送系统送入生料库。
3.2装机规模
3.2.1.热力系统及装机方案
3.2.1.1.装机方案
1台4.5MW混压凝汽式汽轮机组＋1台窑头余热锅炉＋1台窑尾余热锅炉，即两炉一机方案。
（1）窑头AQC余热锅炉
根据熟料生产线窑头冷却机废气排放温度的分布，在满足熟料冷却及工艺用热的前提下，采取中部取风，从而提高进入窑头余热锅炉的废气温度，在缩小窑头余热锅炉体积的同时增大了换热量，并且提高了整个系统的循环热效率。
该锅炉受热面的形式上采用螺旋翅片管来达到扩展受热面的方式，有效的提高了锅炉的换热效率。
为减轻锅炉磨损，在AQC炉废气进口前设置干扰式粉尘分离装置。
AQC锅炉分三段设置，其中I段为主蒸汽段，II段为低压蒸汽段，III段为热水段。
AQC余热锅炉可生产主蒸汽7.5t/h－1.35MPa－330℃,低压蒸汽2.1t/h-0.3MPa－160℃；
（2）窑尾SP余热锅炉
SP余热锅炉采用单锅筒自然循环方式、露天立式布置，结构紧凑、占地小。
烟气从上向下分别横向冲刷过热器、蒸发器、省煤器，气流方向与粉尘沉降方向一致，且每级受热面都设置了振打除尘装置，粉尘随气流均匀排出炉底。
来自窑头余热锅炉III段的热水，逆着气流方向依靠自然循环，与烟气进行热交换，产生14.1t/h－1.35MPa－310的过热蒸汽，当窑尾废气温度波动时，通过调整增湿塔的废气进口挡板，相应的SP余热锅炉的产汽量可随之发生变化，保证排出的烟气满足熟料生产线的烘干要求。
（3）汽轮发电机
以上2台余热锅炉产生的过热蒸汽并入主蒸汽母管，考虑管线的压力、温度等损失，混合至主汽母管的蒸汽参数为44.0t/h-1.25MPa（a）-320℃，过热蒸汽作为汽轮机进汽，同时窑头余热锅炉产生的多余的热水经闪蒸后产生1.2t/h-0.35MPa（a）-138.5℃饱和蒸汽进入汽机补汽做功；汽机额定排气压力0.0075MPa（a），主、补汽共具有平均8,300kW的计算发电功率。
3.2.2主机设备特点
3.2.2.1.汽轮机及发电机
汽机为低参数补汽凝汽式，额定主进汽压力1.25MPa（a），额定进汽温度320℃，排汽压力0.0075MPa（a），转速3,000r/min，汽机补汽压力0.14MPa（a），额定补汽温度130℃，汽机超发能力10%，并且在此负荷能够长期稳定运行。
汽机真空系统采用射水抽气器系统。
汽机调节采用DEH电液联合调节，运行稳定，调节精确。
汽机布置方式为岛式布置，减少厂房宽度，提高汽机效率，并减少汽机间占地面积。
汽机设有转速、轴承温度、轴瓦温度、轴向位移、真空度等多点报警和保护，运行安全可靠。
汽机配有启动及直流事故油泵，保证在事故停电等故障时汽机的安全停车。
发电机为空气冷却式，功率9,000kW，转速3,000r/min，效率97.5%，出线电压10.5kV，微机型可控硅静止励磁，设有定子、转子、轴承温度、进出风温度等报警，并与电站控制系统连锁。
3.2.2.2窑头AQC余热锅炉
窑头AQC余热锅炉废气流程采用上进侧出，废气流速5~6m/s，废气阻力小于600Pa，受热面形式为螺旋翅片，循环方式为自然循环。
窑头AQC余热锅炉废气含尘浓度较低，并且粉尘性质为水泥熟料颗粒，对受热面的吸附性差，因此不设清灰装置。
3.2.2.3.窑尾SP余热锅炉
窑尾SP余热锅炉废气流程采用上进侧出，废气流速6~7m/s，废气阻力小于700Pa，受热面形式为膜式壁换热，循环方式为自然循环。
窑尾SP余热锅炉由于废气含尘浓度较高，并且粉尘较细，对受热面的吸附性较强，采用机械振打方式连续清灰。
3.3热力系统
在窑头冷却机中部废气出口设置窑头AQC余热锅炉。
为减轻锅炉磨损，在AQC炉前设置了降尘装置。
AQC炉分3段设置，其中I段为主蒸汽段，II为低压蒸汽段,Ⅲ为热水段;在窑尾预热器废气出口设置窑尾SP余热锅炉。
SP炉只设置I段－蒸汽段。
窑头余热锅炉I段生产7.5t/h参数1.35MPa－330℃过热蒸汽。
II段生产2.1t/h参数0.3MPa-160℃低压蒸汽,窑头余热锅炉Ⅲ段生产140℃左右的热水24.6t/h，其中7.8t/h的热水提供给窑头余热锅炉I段，2.2t/h的热水提供给窑头余热锅炉低压蒸汽段,另外14.6t/h的热水作为窑尾余热锅炉给水；窑尾余热锅炉生产的14.1t/h参数1.35MPa－310℃过热蒸汽与窑头余热锅炉I段产生的过热蒸汽并入汽轮机房的主蒸汽母管，混合后的参数为1.25MPa－315℃的过热蒸汽作为主蒸汽进入汽机做功，窑头余热锅炉低压段产生的低压蒸汽进入汽轮机补汽口,参数为0.2MPa－150℃,与主蒸汽一起做功后的乏汽通过冷凝器冷凝成水，凝结水经凝结水泵送入除氧器，除氧后的除氧水送至给水泵前母管，再经锅炉给水泵为窑头余热锅炉Ⅲ段提供给水，从而形成完整的热力循环系统。
3.4冷却水系统
设备冷却用水采用循环系统包括循环冷却水泵站、冷却构筑物、循环水池及循环水管网。
该系统运行时，循环冷却水泵自循环水池抽水送至各生产车间供生产设备冷却用水，冷却过设备的水（循环回水）利用循环水泵的余压送至冷却构筑物，冷却后的水流至循环水池，供循环水泵继续循环使用。
3.5化学水处理
本工程余热电站中的余热锅炉属于低压蒸汽锅炉。
为满足锅炉及机组的正常运行，锅炉给水指标应满足《工业锅炉水质》（GB/T12145-2008）中压锅炉水质标准和设备运行水质要求。
根据水质分析报告采用经济合理的化学水处理方式。
出水达标后进入软水箱，再由软水泵将软化水送至汽轮发电机房供机组使用。
锅炉给水采用真空除氧的方式，软化水经除氧后：
含氧量≤0.05mg/L。
锅炉汽包水质的调整，采用药液直接投放的方式，由加药装置中的加药泵向余热锅炉汽包投加Na3PO4溶液来实现。
3.6电站接入系统
电站采用10kV单母线接线方式。
发电机组由电站10kV母线经单回电缆线路与公司总降变电站10kV母线连接。
电站与现有电力系统实现并网运行，运行方式为并网电量不上网。
在发电机出口开关和电站侧的发电机联络线开关处设置并网同期点。
在不改变总降原有供电及运行方式的前提下，发电机发出的电量将全部用于全厂负荷。
3.7电站设计技术参数
序号
技术名称
单位
指标
备注
1
装机容量
MW
4.5
2
平均发电功率
kW
4200
3
年运小时
h
7200
4
平均站用电率
%
6.5
5
年发电量
104kW·h
3024
6
年供电量
104kW·h
～2827
7
吨熟料发电量
kWh/t.cl
36.0
按照2800t/d产量
注：
由于水泥熟料生产线的废气余热量是随熟料产量、煤质、原料、能耗等条件运行工况而变化的。
当水泥窑工况变化时，余热锅炉入口废气量及废气温度也随之发生变化，相应的余热锅炉产汽量也随之发生变化，导致余热电站发电量改变，年平均发电功率约为设计工况的95％。
4.主要设计原则及指导思想
本工程设计方案要求在本技改工程实施时不能影响水泥生产线的正常生产，总体技术方案要保证电站在正常发电时，不影响生产线的正常生产，在此前提下电站总体技术方案的设计遵循“稳定可靠，技术先进，降低能耗，节约投资”的原则，认真研究项目建设条件，通过多方案比较，为业主选择适宜的技术方案提供依据。
具体指导思想如下：
Ø以稳定可靠为前题，采用经实践证明是成熟、可靠的工艺和装备，对于同类型、同规模项目暴露出的问题，要经过认真的剖析与调研不得在本工程中重复出现。
Ø在稳定可靠的前提下，提倡技术先进，要尽可能采用先进的工艺技术方案，以降低发电成本和基建投入。
Ø尽可能利用公司现有设备、设施并尽最大可能利用余热。
Ø生产设备原则上采用国产设备，但部分关键控制设备和仪表考虑国内采购国外技术产品（含组装、原装）。
Ø资源综合利用电站的马达控制和过程控制采用计算机控制系统，达到高效、节能、稳定生产、优化控制的目的，并最大程度地减少操作岗位定员，以降低成本。
Ø贯彻执行国家和地方对环保、劳动、安全、消防、计量等方面的有关规定和标准，做到“三同时”。
5.质量控制措施
整体的技术方案通过公司级设计评审，公司设计评审时由公司总工、评审专业室主任、设计经理、专业负责人参加。
5.1热力系统和工艺流程评审
确定热力系统；
确定电动阀门；
确定流量测量装置；
确定废气挡板设置；
确定回灰流程。
5.2主厂房布置（各专业协调）评审
机务专业在提土建基础资料前先进行厂房分配评审，建筑、机务、电气参加。
5.3控制方案评审
确定控制方案，尤其是余热锅炉主汽并汽的控制方式；
确定调节回路；
6.总结
郎溪苏特水泥有限公司和成发集团有限公司余热发电项目部是一支建设、生产、经营、管理等诸方面具有经验丰富和现代意识的专业队伍，在将近两年的施工管理及运行中，通过建设单位、设计单位、施工单位和监理单位等各方面辛勤努力，低温余热电站工程已经竣工，评价工程各项指标如日发电量、投资、工期、移交面貌等，均达到了设计要求，日发电量在8～9万度，水泥生产线的废气余热已被充分利用并转变为电能，窑头冷却机的废气温度已由电站投运前的310℃降至100℃以内，窑尾预热器废气温度已由电站投运前的330℃降至210℃以内（且满足生料烘干）。
目前已完全具备竣工条件。
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