低温余热发电系统设计方案样本.docx

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低温余热发电系统设计方案样本

低温余热发电系统设计方案

1.需考虑问题

低温余热发电系统窑尾余热锅炉（SP炉）和篦冷机余热锅炉（AQC炉）串联于熟料生产线上，两锅炉阻力均不大于1000Pa。

设计时，必要考虑下列问题：

（1）窑尾主排风机和窑头、窑尾电除尘器及其风机能力与否适应增设窑尾余热锅炉和篦冷机余热锅炉条件；

（2）原料磨热风系统能否满足工艺规定；

（3）该两台锅炉系统安装与否不破坏原生产厂房。

经对窑系统设计资料认真复核，确认增设两台锅炉系统后所涉及上述设备能力可以满足规定，不须作任何改造；两台锅炉系统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，经核算,只要控制出窑尾锅炉废气温度≥240℃～℃260就可满足入磨原料综合水份≤5%烘干规定。

双压纯低温余热发电技术简介

    双压余热发电技术就是按照能量梯级运用原理，在同一台余热锅炉中设立2个不同压力级别汽水系统，分别进行汽水循环，产生高压和低压两种过热蒸汽；高压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，双压余热发电系统使能量得到合理运用，热回收效率高。

    余热资源参数不同，余热锅炉低压受热面与高压受热面有不同布置方式。

依照辽源金刚水泥厂窑头（AQC）和窑尾（SP）余热特点和工艺规定，通过余热运用后，要使AQC余热锅炉排烟温度降到100℃左右。

使窑尾SP余热锅炉排烟温度减少到220℃左右后进入原料磨烘干原料,其设立双压余热发电系统简图如图1。

    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长了补汽口，并恰当增大补汽口后来汽轮机通流某些面积。

    采用双压系统重要目是为了提高系统循环效率。

使低品位热源充分运用，获得最大限度发电功率，减少窑头（AQC）双压余热锅炉排气温度；另一方面是双压系统低压蒸汽是过热，进入汽轮机后能保证汽轮机内蒸汽最大湿度控制在14％如下，使汽轮机叶片工作在安全范畴内，并提高机组效率；同步低压蒸汽还可用于供热等其他需要热源地方，提高运营灵活性。

    双压余热发电系统简朴灵活、成本低、热运用率高。

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，可以把更多低温余热吸取运用，比单压系统多发电10%左右，并且必要时可以解列，维持单压系统正常运营。

而对于可以增长发电量闪蒸系统来说，需要增长闪蒸器、汽水分离器等设备；闪蒸器产生是饱和蒸汽，在进入汽轮机做功后，易使汽轮机排汽干度不能满足汽轮机规定。

1995年8月17日国家计委、原国家建材局与日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）订立了基本合同书，由中华人民共和国安徽海螺集团宁国水泥厂与日本川崎重工株式会社实行。

该项目1996年10月18日动工，1995年2月8日并网发电一次成功。

水泥厂余热资源特点是流量大、品位低。

在宁国水泥厂4000t／d生产线上，预热器（PH）和冷却机（AQC）出口废气流量和温度分别为258550Nm3/h、340℃和306600Nm3/h、238℃，其中某些预热器废气用来烘干燃煤和原料。

针对上述特点，热力系统采用减速式两点混气式汽轮机，运用参数较低主蒸汽和闪蒸汽饱和蒸汽发电；依照余热资源工艺状况设立两台余热锅炉，保证可以充分运用余热资源；应用热水闪蒸技术，设立一台高压闪蒸器和一台低压闪蒸器，闪蒸出饱和蒸汽混入汽轮机做功；对既有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，因而未设省煤器，只设蒸发器和过热器。

加强系统密封。

系统采用先进DCS集散控制系统进行操作控制，具备功能齐全、自动控制、操作简便等特点。

工艺流程图（见图）

此主题有关图片如下：

工艺流程两台高效余热锅炉，AQC锅炉和PH锅炉将水泥生产过程中随废气排放到大气中热能吸取，产生压力为25Kg／cm2、温度为335℃－350℃、蒸发量为31.1t／h过热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锅炉为强制循环、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、除灰装置为振打系统；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、除灰装置为吹灰器。

运转状况及效果该项目设计指标为发电机组装机容量6480kw，按吨熟料发电量33.07KWh/T，发电机组相对水泥窑运转率为90％计算，设计年发电量4087万KWh。

从1998年3月至1999年3月，平均吨熟料发电量为34.24KWh／T（设计值为33.07KWh／T）发电机组相对水泥窑运转率达到90.45%，实现系统安全、稳定、高效运营。

截止到1999年3月底合计发电4800万KWh，各项经济指标均达到并超过了设计水平，实现产值2160万元，实钞票热发电投产当年达产达标。

应用和推广前景新型干法水泥窑配套余热发电装置在技术上可行，充分运用了水泥生产过程中产生大量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影响。

随着国内实行产业构造调节战略，在陆续裁减众多小水泥厂而新建干法水泥生产主线过程中，水泥余热发电设备具备较好推广前景。

在正常设计状况下，决定其与否可以达到设计效果及不影响水泥窑正常运营重要因素为：

窑尾余热锅炉系统漏风问题，窑头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，余热锅炉受热面型式及匹配问题，余热锅炉设计时进出口废气参数（废气量、废气温度）选用问题（水泥厂应提供至少30天运营记录报表，以拟定实际废气参数）。

当前国内已普遍采用几种热力循环系统、循环参数及废气取热方式特点及存在重要问题

   当前水泥窑纯低温余热发电技术中热力循环系统构成、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3

2.1上述热力循环系统、循环参数及废气取热方式重要特点：

（1）仅在水泥窑窑头熟料冷却机中部设一种抽取冷却机废气抽废气口，依照水泥窑规模不同，抽取废气温度在250～400℃范畴内。

运用抽取废气设立窑头熟料冷却机余热锅炉（简称AQC炉），AQC炉生产0.8～1.6Mpa—饱和温度～360℃蒸汽或同步生产0.1～0.5Mpa—饱和温度至180℃低压低温蒸汽、85～200℃热水。

（2）仅运用水泥窑窑尾预热器排出250～400℃废气余热设立窑尾预热器余热锅炉（简称SP炉或PH炉），SP炉生产0.8～1.6Mpa—饱和温度至360℃蒸汽。

   （3）将AQC炉、SP炉生产0.8～1.6MPa蒸汽及AQC炉生产0.1～0.5Mpa蒸汽或AQC炉生产85～200℃热水经闪蒸器生产出0.1～0.5MPa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重要问题

（1）窑头熟料冷却机自冷却机入料端（热端）至出料端（冷端），在不影响水泥窑熟料热耗及水泥窑生产条件下，冷却机可排掉废气温度是自热端起600℃以线性关系逐渐下降至冷料端55℃。

因而，若仅在冷却机中部抽取废气，则是将热端中高温废气与冷端低温废气混合后形成了250℃～400℃废气。

由于废气温度限制，AQC炉仅能生产低压低温蒸汽及热水。

这种抽取废气取热方式没有遵循热量应依照其温度进行梯级运用原理。

（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条件下，可运用废气余热有两某些：

第一某些为预热器系统最后排出（即C1级旋风筒出口）250～400℃废气；第二某些为C2级旋风筒内筒至C1级旋风筒入口450～600℃废气中水泥生产容许20～25℃温度降所具有废气热量。

由于没有运用第二某些废气热量，加之第一某些预热器系统最后排出废气温度限制，SP炉同样只能生产低压低温蒸汽。

   （3）上述两个因素使前述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，热力循环系统只能采用低压低温参数；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某些400～600℃中高温废气没有得到有效运用；其四，前述三个因素，使在不增长水泥熟料热耗条件下，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当达到水平。

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废气余热量及废气温度分布，遵循“指引构成水泥窑纯中低温余热发电热力循环系统、拟定循环参数、提高发电能力四个基本原则”（见笔者刊登于《水泥》杂志第4期《水泥窑纯中低温余热发电存在问题》及第5期《提高水泥窑纯低温余热发电能力途径》），在同步提高汽轮机进汽压力和温度以合理梯级运用水泥窑废气温度条件下，笔者于3月提出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重要特点

（1）变化抽取窑头熟料冷却机废气方式，即在靠冷却机进料端（热端）设立一抽取400～600℃废气抽废气口，同步在冷却机中部设立抽取250～400℃废气抽废气口。

依照废气温度运用AQC炉生产1.6～3.82Mpa次中压或中压饱和温度至450℃过热蒸汽也可同步生产0.1～0.5Mpa饱和温度至180℃低压低温蒸汽、85～200℃热水。

（2）在运用窑尾预热器系统最后（C1级旋风筒出口）排出250～400℃废气同步，运用C2级旋风筒内筒至C1级旋风筒入口450～600℃废气水泥生产所容许20～25℃温度降所具有废气热量，通过SP炉生产1.6～3.82Mpa次中压或中压饱和温度至450℃过热蒸汽。

3.2上述提高型水泥窑纯中低温余热发电技术可以获得效果：

   前述两个特点使笔者提出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条件下：

其一，余热可以同步生产次中压或中压饱和温度至450℃过热蒸汽、0.1～0.5Mpa饱和温度至180℃低压低温蒸汽、85～200℃热水；其二，热力循环系统可以采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，充分运用了水泥窑不同废气温度余热，并按废气余热温度分布实现了热量应依照其温度进行梯级运用原理；其四，前述三个因素，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转换为了电能，从而使余热发电能力比当前普遍采用普通型水泥窑纯中低温余热发电技术得以大幅提高。

热电站生产运营及管理合理与顺畅，需在新建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、水源提供能力规定

电站工程生产年平均日用水量约为500m3/d，规定水源供应能力为700m3/d。

4、技术实行方案

（1）窑头余热锅炉AQC炉

在窑头冷却机中部废气出口设立窑头余热锅炉AQC炉。

该锅炉可分2段设立，其中I段为蒸汽段，II为热水段。

AQC炉段生产135℃饱和水提供应I段及SP锅炉，AQC炉I段生产1.6MPa-300℃过热蒸汽作为主蒸汽与窑尾余热锅炉SP炉生产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I段。

（2）窑尾余热锅炉SP炉

在窑尾预热器废气出口管道上设立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kW～2500kW，主汽参数：

1.25MPa 300℃。

（4）发电机

发电机为kW～2500kW10（6）kV普通交流发电机，通过公司既有总降压变电站10（6）kV母线与本地电网并网运营。

（5）循环冷却水系统。

满足电站生产设备冷却用水需要。

（6）水解决系统。

“过滤器＋二级钠串联”化学水解决系统，满足电站锅炉生产用水需要。

（7）控制系统。

DCS计算机控制系统，满足电站监控运营需要。

5、重要设备配备及参数

窑尾SP炉：

QC95/390-9-1.6/300

蒸发量9.3t/h 

蒸汽出口压力1.6MPa 温度300℃

废气进口温度340℃

废气出口温度230℃

AQC炉：

QC50/350-3

（1）-1.6（0.25）/300（150）

Ⅰ段蒸发量3t/h

蒸汽出口压力1.6MPa 温度300℃ 

Ⅱ段蒸发量1t/h

蒸汽出口压力0.25MPa温度150℃

废气进口温度350℃

废气出口温度100℃

汽轮机：

双压补汽凝汽式kW～2500kW 进汽1.25MPa300℃

发电机：

交流kW～2500kW10（6）kV3000r/min

6、重要经济技术指标

装机容量：

2.5MW

发电功率：

1800～2100kW

年发电量：

1200万kWh

年耗水量：

15万m3

吨小时熟料余热发电量：

28～32kWh

平均发电成本：

0.1～0.15元/kWh

每KW固定资产投资：

约0.7万元

工程总投资：

1500～1600万元

投资回报期：

3.5～4.5年

7、工艺流程简图（略）

8、人员配备

涉及岗位工、巡检工、机械电器维修工、部门负责人等，20～25人。

9、其他阐明

（1）、同等规模生产线其标况废气排放量各不相似，与窑实际产量、出口温度、系统漏风率等有很大关系，在拟定发电装机容量前，需预先做测算和论证。

方案中SP炉、AQC炉及汽轮机参数依照各个生产线废气排放量不同需做恰当调节。

（2）、SP炉热风阻力普通设计＜1000Pa，但仍应考虑窑尾引风机（高温风机）实际运营中负荷，在改造增长SP炉后，能否保证生产线正常运营。

（3）、SP炉形式除考虑其清灰效果外，应综合考虑原有生产线布置方式、场地空间位置等。

（4）、普通余热改造方案中，窑尾引风机（高温风机）为前置式，以保证窑尾废气余热充分运用及电收尘器安全运营。

在实际方案设计中，需考虑原料磨烘干性能及需风量等技术规定，进而拟定窑尾引风机和增湿塔布置方式。

其设计方案主线原则是，保证原料烘干热量需要，在SP锅炉发生故障时不影响生产线正常生产。

（5）、本方案中，窑头废气余热从原废气排放口抽取，在实际改造中，应依照每个生产线详细场地布置以及不同煤磨机烘干性能规定等，拟定余热抽取方案，进而拟定AQC炉技术参数。

（6）、拟定改造余热发电项当前应充分理解本地电力部门对公司小规模自发电并网以及工程实行政策规定和规定，忌盲从。