雙壓純低溫余熱發(fā)電技術(shù)在遼源金剛水泥廠的應(yīng)用
2007-04-06 00:00
1 概述
能源問題是關(guān)系經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定和國(guó)家安全的重大戰(zhàn)略問題。節(jié)能降耗和環(huán)保已成為我國(guó)的基本國(guó)策。2006年國(guó)家節(jié)能和環(huán)保兩項(xiàng)指標(biāo)未完成，一個(gè)重要原因是缺乏有效的節(jié)能環(huán)保技術(shù)。在這種形勢(shì)下，相關(guān)單位紛紛研制開發(fā)節(jié)能環(huán)保技術(shù)，水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)就是一個(gè)既節(jié)能又環(huán)保的新技術(shù)。
該項(xiàng)技術(shù)目前已得到廣泛重視。國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)在《節(jié)能中長(zhǎng)期專項(xiàng)規(guī)劃》中，明確提出要在2 000 t/d以上水泥生產(chǎn)線中建設(shè)“余熱余壓利用工程”以降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化生產(chǎn)流程，控制污染物的排放，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)。因此水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)空間，必將推動(dòng)水泥行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)水泥行業(yè)的節(jié)能降耗和環(huán)保，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。
水泥窯余熱發(fā)電的原則就是在保證水泥生產(chǎn)線熟料質(zhì)量、產(chǎn)量穩(wěn)定且不增加熱耗的條件下，盡可能的回收利用余熱，提高噸熟料發(fā)電量。一方面要求盡可能多的回收低溫余熱，即提高余熱鍋爐效率，這需要在保證余熱鍋爐面積一定的條件下，降低蒸汽的壓力與溫度；另一方面，也要提高汽輪發(fā)機(jī)的效率，這需要提高蒸汽的壓力與溫度。要想提高整個(gè)余熱發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)的效率，就必須兼顧余熱鍋爐效率和汽輪機(jī)的效率。雙壓系統(tǒng)產(chǎn)生的高壓蒸汽可提高汽輪機(jī)的效率，同時(shí)產(chǎn)生的低壓蒸汽可提高余熱鍋爐效率，解決了二者的矛盾，最大限度提高了噸熟料發(fā)電量。本文介紹雙壓純低溫余熱發(fā)電技術(shù)在遼源金剛水泥廠的工程應(yīng)用。
2 雙壓純低溫余熱發(fā)電技術(shù)介紹
雙壓余熱發(fā)電技術(shù)就是按照能量梯級(jí)利用的原理，在同一臺(tái)余熱鍋爐中設(shè)置2個(gè)不同壓力等級(jí)的汽水系統(tǒng)，分別進(jìn)行汽水循環(huán)，產(chǎn)生高壓和低壓兩種過熱蒸汽；高壓過熱蒸汽作為主蒸汽、低壓過熱蒸汽作為補(bǔ)汽分別進(jìn)入補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)，推動(dòng)汽輪機(jī)做功發(fā)電，雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)使能量得到合理利用，熱回收效率高。
余熱資源參數(shù)不同，余熱鍋爐的低壓受熱面與高壓受熱面有不同的布置方式。根據(jù)遼源金剛水泥廠窯頭(AQC)和窯尾(SP)的余熱特點(diǎn)和工藝要求，經(jīng)過余熱利用后，要使AQC余熱鍋爐排煙溫度降到100℃左右。使窯尾SP余熱鍋爐排煙溫度降低到220℃左右后進(jìn)入原料磨烘干原料,其設(shè)置的雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1。
雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)與常規(guī)余熱發(fā)電系統(tǒng)不同之處在于其窯頭(AQC)余熱鍋爐增設(shè)了低壓汽水系統(tǒng)，其汽輪機(jī)組在第四壓力級(jí)之后增加了補(bǔ)汽口，并適當(dāng)增大補(bǔ)汽口以后汽輪機(jī)通流部分面積。
采用雙壓系統(tǒng)的主要目的是為了提高系統(tǒng)循環(huán)效率。使低品位的熱源充分利用，獲得最大限度的發(fā)電功率，降低窯頭(AQC)雙壓余熱鍋爐的排氣溫度；其次是雙壓系統(tǒng)的低壓蒸汽是過熱的，進(jìn)入汽輪機(jī)后能保證汽輪機(jī)內(nèi)的蒸汽最大濕度控制在14％以下，使汽輪機(jī)葉片工作在安全范圍內(nèi)，并提高機(jī)組的效率；同時(shí)低壓蒸汽還可用于供熱等其它需要熱源的地方，提高運(yùn)行靈活性。
雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)單靈活、成本低、熱利用率高。由于在余熱鍋爐上增設(shè)了低壓省煤器、低壓蒸發(fā)器，并且增設(shè)了低壓過熱器，能夠把更多的低溫余熱吸收利用，比單壓系統(tǒng)多發(fā)電10%左右，并且必要時(shí)能夠解列，維持單壓系統(tǒng)正常運(yùn)行。而對(duì)于能夠增加發(fā)電量的閃蒸系統(tǒng)來說，需要增加閃蒸器、汽水分離器等設(shè)備；閃蒸器產(chǎn)生的是飽和蒸汽，在進(jìn)入汽輪機(jī)做功后，易使汽輪機(jī)排汽干度不能滿足汽輪機(jī)的要求。
3工程應(yīng)用
3.1遼源金剛雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)概況
為了改變本地區(qū)水泥行業(yè)的落后面貌，充分利用自身的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、廉價(jià)的煤炭及電力資源，遼源金剛結(jié)合地方礦產(chǎn)資源，高標(biāo)準(zhǔn)、高起點(diǎn)建設(shè)二條5000 t/d具有五級(jí)預(yù)熱器和預(yù)分解爐的新型干法生產(chǎn)線。這對(duì)加速當(dāng)?shù)厮喈a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)升級(jí)換代，拉動(dòng)當(dāng)?shù)夭傻V、運(yùn)輸和服務(wù)的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用。
為了提高企業(yè)綜合效益，最大限度的利用水泥熟料生產(chǎn)線的窯頭、窯尾廢氣余熱，金剛集團(tuán)對(duì)國(guó)家及吉林省資源綜合利用的產(chǎn)業(yè)政策進(jìn)行認(rèn)真的學(xué)習(xí)和研究，同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的資源綜合利用電站進(jìn)行綜合調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)條件和現(xiàn)有新型干法水泥窯所產(chǎn)生的余熱及場(chǎng)地布置等因素，決定利用水泥熟料生產(chǎn)線窯頭、窯尾余熱資源，采用雙壓余熱發(fā)電技術(shù)建設(shè)純低溫余熱電站。
由于設(shè)計(jì)時(shí)生產(chǎn)線尚未投產(chǎn)，原始廢氣參數(shù)只能根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和其它同類型線的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)取值，確定為：出窯尾預(yù)熱器SP的廢氣流量為340 000Nm3/h、溫度為320～350℃；冷卻機(jī)AQC排出廢氣量為300 000 Nm3/h、溫度為260℃，為了使窯頭AQC鍋爐產(chǎn)生參數(shù)稍高一些的蒸汽，以便與窯尾SP鍋爐產(chǎn)生的蒸汽能混合進(jìn)入汽輪機(jī)，對(duì)AQC進(jìn)行了改造，從中部開孔，抽出的煙氣量設(shè)計(jì)值為180 000 Nm3/h、溫度為350℃。
3.2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)
3.2.1電站工藝系統(tǒng)特點(diǎn)
根據(jù)遼源金剛水泥廠的余熱條件，結(jié)合朗肯循環(huán)原理，對(duì)能量進(jìn)行梯級(jí)利用，采用雙壓工藝熱力系統(tǒng)，可使相對(duì)高溫?zé)嵩矗?10~350℃煙氣）產(chǎn)生較高參數(shù)的蒸汽，使相對(duì)低溫?zé)嵩矗?00~210℃煙氣）產(chǎn)生較低參數(shù)的蒸汽，使能量分布優(yōu)化，提高熱力系統(tǒng)循環(huán)效率。
在窯尾預(yù)熱器廢氣出口設(shè)置SP余熱鍋爐。從預(yù)熱器出來的350℃左右的煙氣從頂部進(jìn)入SP余熱鍋爐，由于其煙氣粉塵濃度高為80－100g/Nm3、粉塵顆粒細(xì)、粉塵比電阻高、粉塵硬度低等特點(diǎn)，對(duì)鍋爐受熱面的磨損不嚴(yán)重、但容易積灰，因此在SP余熱鍋爐內(nèi)設(shè)置振打除灰裝置。煙氣在鍋爐內(nèi)經(jīng)過能量交換后，溫度為220℃左右，進(jìn)入原水泥系統(tǒng)。
在窯頭冷卻機(jī)廢氣出口設(shè)置AQC余熱鍋爐，采用雙壓技術(shù)。由于窯頭煙氣帶著磨損性較強(qiáng)的熟料微粒，含塵濃度為20－30g/Nm3左右，具有干燥，粉塵粒徑粗、磨損性大、粘附性不強(qiáng)等特點(diǎn)；為減輕鍋爐磨損，提高鍋爐的使用壽命，在AQC鍋爐前設(shè)置沉降室。350℃左右的煙氣從篦冷機(jī)中部抽出后進(jìn)入沉降室，在沉降室內(nèi)約有60％的灰塵沉降下來，灰塵通過拉鏈機(jī)送到水泥熟料系統(tǒng)，煙氣再從頂部進(jìn)入AQC余熱鍋爐，在鍋爐內(nèi)經(jīng)過能量交換成為溫度為100℃左右的煙氣，進(jìn)入水泥系統(tǒng)的窯頭電收塵器。
余熱發(fā)電汽水系統(tǒng)流程為：給水經(jīng)高壓給水泵進(jìn)入AQC余熱鍋爐公共省煤器后，被加熱成為飽和水后，分成二路分別進(jìn)入AQC鍋爐高壓系統(tǒng)和SP鍋爐。另一路低壓給水經(jīng)低壓給水泵進(jìn)入低壓省煤器后，進(jìn)入AQC鍋爐低壓系統(tǒng)。進(jìn)入AQC高壓系統(tǒng)和SP鍋爐的水經(jīng)過鍋爐內(nèi)部循環(huán)被加熱成過熱蒸汽；進(jìn)入AQC低壓系統(tǒng)的水被加熱成低壓補(bǔ)汽 ，兩臺(tái)鍋爐的過熱蒸汽混合后和低壓補(bǔ)汽分別進(jìn)入汽輪機(jī)前端高壓進(jìn)汽口和中部低壓補(bǔ)汽口做功發(fā)電。
為了保證電站事故時(shí)不影響水泥窯生產(chǎn)順利進(jìn)行，余熱鍋爐均設(shè)有旁通廢氣管道，一旦余熱鍋爐或電站發(fā)生事故時(shí)，可以將余熱鍋爐從水泥生產(chǎn)系統(tǒng)中解列，不影響水泥生產(chǎn)的正常運(yùn)行。
以上電站工藝系統(tǒng)特點(diǎn)，可以使電站運(yùn)行方式靈活、可靠，很好地與水泥生產(chǎn)配合，并最大限度地利用余熱。
3.2.2余熱發(fā)電系統(tǒng)的接入
由于水泥線工藝布置較緊湊，現(xiàn)場(chǎng)空地不多，而窯尾SP鍋爐又采用立式鍋爐，所以將窯尾SP爐布置在窯尾預(yù)熱器后的高溫風(fēng)機(jī)之上。在每條線最上一級(jí)（C1級(jí)）預(yù)熱器至窯尾高溫風(fēng)機(jī)的下行管道上引出廢氣管道與SP鍋爐相連。鍋爐出口煙氣溫度在220℃左右，送到窯尾高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口的管道上，以滿足下道工序烘干原料和煤的需要。烘干原料和煤后的廢氣由原廢氣處理系統(tǒng)的收塵器凈化后排入大氣。控制鍋爐的煙氣阻力≤1000Pa，使系統(tǒng)的阻力在窯尾高溫風(fēng)機(jī)的能力允許范圍之內(nèi)。在原預(yù)熱器出口至高溫風(fēng)機(jī)的煙道引出管道、原下行管道以及鍋爐出口管道上均增設(shè)電動(dòng)百葉閥門，對(duì)氣流進(jìn)行控制和切換，原下行管道可做為鍋爐的旁通煙道。當(dāng)需要提高烘干原料和煤的煙氣溫度時(shí)，可適當(dāng)調(diào)節(jié)下行煙道調(diào)節(jié)閥，讓鍋爐出口的低溫?zé)煔夂虲1級(jí)出口直接下行的高溫?zé)煔饣旌?，提高進(jìn)窯尾風(fēng)機(jī)（原料磨）的煙溫，其調(diào)節(jié)范圍從220℃或更低直至C1級(jí)出口溫度（即煙氣一點(diǎn)不通過SP鍋爐），而且SP爐的進(jìn)口煙道閥和旁路煙道閥，正常設(shè)計(jì)在窯控制室操作，窯操可隨時(shí)根據(jù)具體情況調(diào)整，既滿足了水泥生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行，又保證了SP爐的安全。通過旁通煙道的調(diào)節(jié)作用還可使水泥生產(chǎn)及余熱鍋爐的運(yùn)行均達(dá)到理想的運(yùn)行工況。
在熟料冷卻機(jī)與窯頭收塵器之間設(shè)一臺(tái)AQC鍋爐，由廢氣管道連接。為保證鍋爐正常產(chǎn)汽量，需對(duì)冷卻機(jī)進(jìn)行改造，從冷卻機(jī)中部（原煤磨抽風(fēng)處）引出管道，抽出350℃左右的廢氣送至沉降室，濾去大顆粒粉塵后再由管道引向AQC鍋爐。從冷卻機(jī)中部抽風(fēng)的目的是提高進(jìn)入AQC余熱鍋爐的廢氣溫度，提高整個(gè)系統(tǒng)的循環(huán)效率。
每條線出AQC鍋爐的廢氣進(jìn)入原有的窯頭收塵器收塵后，由原有窯頭排風(fēng)機(jī)排放，冷卻機(jī)剩余的低溫余風(fēng)仍由原管路進(jìn)窯頭收塵器。原余風(fēng)管路系統(tǒng)可做為鍋爐的旁通煙道，當(dāng)鍋爐故障或水泥生產(chǎn)不正常時(shí)可關(guān)閉去AQC鍋爐的閥門，氣流可不經(jīng)鍋爐而由此旁路系統(tǒng)直接排至窯頭收塵器。在冷卻機(jī)原余風(fēng)管路上、新設(shè)的去鍋爐管路上和出鍋爐管路上均增設(shè)電動(dòng)百葉閥門，以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣流的控制和切換。鍋爐和沉降室的煙氣總阻力控制小于1000Pa，使改造后的氣體流量和壓力在窯頭排風(fēng)機(jī)的能力允許范圍之內(nèi)。
3.2.3廢灰處理
窯尾SP余熱鍋爐管束上的積灰經(jīng)過振打裝置振下后通過螺旋輸送機(jī)送到原水泥系統(tǒng)增濕塔下面的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，與增濕塔下來的料混合后，溫度降低，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備不會(huì)造成影響，再通過鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)送到原料庫；AQC余熱鍋爐及沉降室的積灰量清下后通過拉鏈機(jī)送到熟料輸送機(jī)，再由熟料輸送機(jī)送到熟料庫。
3.2.4 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)
循環(huán)冷卻水系統(tǒng)包括循環(huán)冷卻水泵站、冷卻構(gòu)筑物、循環(huán)水池及循環(huán)水管網(wǎng)。運(yùn)行時(shí)，循環(huán)冷卻水泵自循環(huán)水池抽水送至各生產(chǎn)車間供生產(chǎn)設(shè)備冷卻用水，冷卻過設(shè)備的水（循環(huán)回水）利用循環(huán)水泵的余壓送至冷卻構(gòu)筑物，冷卻后的水流至循環(huán)水池，供循環(huán)水泵繼續(xù)循環(huán)使用。為確保該系統(tǒng)良好、穩(wěn)定的運(yùn)行，系統(tǒng)中設(shè)置了加藥和旁濾設(shè)備。
加藥系統(tǒng)采用兩套自動(dòng)加藥裝置定期加入阻垢劑與殺菌劑，分別投加HEDP和ClO2。HEDP除去水中的Ca2+ ,Mg2+等金屬離子，降低水的硬度，防止設(shè)備、管道結(jié)垢；ClO2防止水中滋生藻類，同時(shí)可以殺菌作用。
3.2.5化學(xué)水處理系統(tǒng)
為了保證鍋爐給水水質(zhì)，提高供水安全可靠性考慮，建設(shè)一條一級(jí)反滲透+一級(jí)混床除鹽的除鹽水系統(tǒng)?？紤]采用一級(jí)反滲透+混床水處理系統(tǒng)的原因?yàn)椋?/DIV>
① 用一級(jí)反滲透+混床制除鹽水，與用軟化水相比較：
可降低鍋爐排污率，從而降低熱量的損失，提高了余熱的利用效率。用一級(jí)反滲透+混床制除鹽水的排污率為0.4％，用軟化水的排污率為7.5％。
可大大提高了補(bǔ)給水水質(zhì)，解決了中低壓鍋爐中常用軟化水作補(bǔ)給水而引起的硅酸鹽結(jié)垢的問題。有利于鍋爐的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)了鍋爐的使用壽命。
由于純低溫余熱發(fā)電利用廢煙氣，溫差波動(dòng)較大，造成鍋爐負(fù)荷變化大，因此蒸汽中攜帶的鹽分較多，在過熱器及汽輪機(jī)中造成鹽類的積聚，引起過熱器堵塞及汽輪機(jī)故障，選用純度較高的除鹽水，能在負(fù)荷不穩(wěn)的情況下保證蒸汽的品質(zhì)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
② 用一級(jí)反滲透+混床制除鹽水與用一級(jí)除鹽水相比較，
可降低酸堿耗量，一級(jí)反滲透+混床的再生酸堿耗量為一級(jí)除鹽水的5％，從而減少了酸堿廢水的排放量，有利于環(huán)境保護(hù)。
減少了系統(tǒng)的頻繁再生操作，使系統(tǒng)的運(yùn)行操作更簡(jiǎn)單，
系統(tǒng)的出水水質(zhì)更易得到保證，且大大提高了出水水質(zhì)。
采用一級(jí)反滲透+混床水處理系統(tǒng)符合系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)的條件，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
3.2.6 除氧系統(tǒng)
為控制鍋爐給水的含氧量，減少溶解氧對(duì)熱力系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕，根據(jù)余熱發(fā)電工藝要求，進(jìn)入鍋爐的給水含氧量必須≤0.05mg/l。采用化學(xué)藥劑除氧，在給水中加入化學(xué)還原藥劑聯(lián)氨（N2H4），使其與氧反應(yīng)生成無腐蝕的穩(wěn)定化合物，將水中的溶解氧除去。
其反應(yīng)方程式如下：N2H4 +O2 = N2↑+2H2O
其反應(yīng)產(chǎn)物N2和H2O對(duì)熱力系統(tǒng)沒有任何害處，在200℃以上的高溫水中，N2H4還可以將Fe2O3還原成Fe3O4、FeO以及Fe。聯(lián)氨的這些性質(zhì)對(duì)防止鍋爐內(nèi)的鐵垢有一定的作用。被廣泛地應(yīng)用于中、高壓鍋爐給水的化學(xué)除氧處理。
常用的除氧方法有熱力除氧、真空除氧、化學(xué)除氧（包括藥劑除氧和鋼屑除氧）、解析除氧等。
熱力除氧不符合工藝要求（給水水溫55℃，鍋爐排煙溫度95℃左右），如果改變工藝，則造成系統(tǒng)的復(fù)雜；
采用真空除氧造成操作及系統(tǒng)復(fù)雜，由于在真空狀態(tài)下，被除氧的水溫度對(duì)除氧效果有著直接關(guān)系，除鹽水溫度應(yīng)高出除氧器運(yùn)行的真空度所對(duì)應(yīng)的飽和溫度3-5℃，水噴射真空泵工作的循環(huán)水溫應(yīng)低于該飽和溫度3-5℃。兩者溫差為6-10℃，只有控制好這一溫差，除氧效果才能好，在實(shí)際運(yùn)行中，由于運(yùn)行條件的變化及四季的變換，這一溫差不好控制、操作困難，除氧不很可靠。
采用化學(xué)除氧的鐵屑除氧在運(yùn)行時(shí)需要反洗，要經(jīng)常更換濾芯，維護(hù)費(fèi)用較大。
采用解析除氧要消耗燃料，工藝復(fù)雜。
采用化學(xué)除氧的藥劑除氧?？梢院?jiǎn)化全廠的熱力系統(tǒng)并保證除氧效果。綜合考慮，采用化學(xué)藥劑除氧系統(tǒng)。
3.2.7 保溫
由于本工程地處東北嚴(yán)寒地區(qū)，需對(duì)室外的儀表等設(shè)備進(jìn)行伴熱保溫。電氣設(shè)備各測(cè)點(diǎn)的導(dǎo)壓管、變送器設(shè)置自限溫伴熱帶，同時(shí)設(shè)置保溫箱以確保儀表靈敏、準(zhǔn)確工作；對(duì)于室外液位計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)控制箱等需防凍的設(shè)備，設(shè)置保溫箱進(jìn)行保護(hù)。
3.3 主要設(shè)備
3.3.1 窯頭(AQC)雙壓余熱鍋爐
其型號(hào)為：QC180/350-14(4)-1.6(0.35)/330(165)①。是為滿足5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線的窯頭冷卻機(jī)的余熱回收而設(shè)計(jì)的。
鍋爐規(guī)范及主要參數(shù)為：
1、 鍋爐額定蒸發(fā)量：14(4) t/h
2、 額定蒸汽壓力：1.6(0.35) MPa(g)
3、 額定蒸汽溫度：330(165) ℃
4、 給水溫度：55 ℃
5、 余熱煙氣量：180 000 Nm 3/h
6、 余熱煙氣進(jìn)口溫度：350 ℃
7、 設(shè)計(jì)煙氣出口溫度：95 ℃
8、 煙氣含塵量：30 g/Nm3
AQC 余熱鍋爐采用雙壓結(jié)構(gòu)，高壓段出口額定蒸汽壓力為1.6MPa(g)，低壓段出口額定蒸汽壓力為0.35MPa(g)。AQC 鍋爐整體采用管箱式結(jié)構(gòu)，自上而下有高壓過熱器管箱、兩級(jí)高壓蒸發(fā)器管箱、高壓省煤器管箱、低壓過熱器管箱、低壓蒸發(fā)器管箱，高低壓省煤器管箱。管箱采用左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)共14 只管箱，這些管箱均通過底座型鋼將自身重量傳遞到鋼架的橫梁上。采用這種管箱式結(jié)構(gòu)，可將鍋爐漏風(fēng)降至最低，提高鍋爐效率，減少現(xiàn)場(chǎng)安裝的工作量。
3.3.2 窯尾(SP)余熱鍋爐
其型號(hào)為：QC340/350-24-1.6/320。是為滿足5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線的窯尾預(yù)熱器(SP)的余熱回收而設(shè)計(jì)的。
鍋爐規(guī)范及主要參數(shù)為：
1 鍋爐額定蒸發(fā)量：24 t/h
2 額定蒸汽壓力：1.6 MPa(g)
3 額定蒸汽溫度：320 ℃
4 給水溫度：134 ℃
5 余熱煙氣量：340 000 Nm3/h
6 余熱煙氣進(jìn)口溫度：350 ℃
7 設(shè)計(jì)煙氣出口溫度：220 ℃
SP 余熱鍋爐采用單鍋筒自然循環(huán)方式、露天立式布置，結(jié)構(gòu)緊湊、占地小。煙氣從上向下分別橫向沖刷過熱器、五級(jí)蒸發(fā)器、省煤器，氣流方向與粉塵沉降方向一致。
圖2和圖3是AQC余熱鍋爐和SP余熱鍋爐T-Q圖
3.3.3 補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)
其型號(hào)為：BN6.5-1.5/0.35。是為滿足水泥行業(yè)5000 t/d熟料生產(chǎn)線雙壓余熱發(fā)電而設(shè)計(jì)的低參數(shù)汽輪機(jī)，適合水泥廠及其它具有中低溫廢熱資源單位使用。其主要參數(shù)為：
裝機(jī)功率：6.5 MW
額定轉(zhuǎn)速：3000r/min
進(jìn)汽壓力：1.5 Mpa(a)
進(jìn)汽溫度：300℃
進(jìn)汽量：38 t/h
補(bǔ)汽壓力：0.35Mpa(a)
補(bǔ)汽溫度：155℃
補(bǔ)汽量： 4 t/h
排汽壓力：0.007 Mpa(a)
排汽溫度：39.02℃
汽輪機(jī)補(bǔ)汽缸采用漸縮蝸殼式結(jié)構(gòu)，保證低壓蒸汽能均勻補(bǔ)進(jìn)汽輪機(jī)，補(bǔ)進(jìn)后能與主蒸汽均勻混合；末級(jí)葉片采用扭葉片，提高汽輪機(jī)后缸熱力性能和汽輪機(jī)的效率。對(duì)于補(bǔ)汽式汽輪機(jī)，在主蒸汽及補(bǔ)汽參數(shù)確定后，補(bǔ)汽點(diǎn)的選取和補(bǔ)汽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。補(bǔ)汽點(diǎn)位置選取不當(dāng)會(huì)造成蒸汽補(bǔ)不進(jìn)去或補(bǔ)汽損失太大，在經(jīng)過詳細(xì)的汽輪機(jī)通流部分計(jì)算，兼顧額定工況、最大工況和變工況以及汽輪機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)后，確定補(bǔ)汽點(diǎn)為第四壓力級(jí)后。
汽輪機(jī)高壓主蒸汽參數(shù)的確定：高壓主蒸汽壓力增加使蒸汽焓降有所增加，但同時(shí)壓力增加使進(jìn)汽比容減小，由于高壓級(jí)葉片較短，損失增加；壓力增加也使排汽濕度增加，對(duì)末級(jí)葉片的安全性及經(jīng)濟(jì)性不利。而且壓力增加也使系統(tǒng)耗功增加，所以汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力并非越高越好，經(jīng)過優(yōu)化后取汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力為1.5 MPa(a)。機(jī)組出力隨主蒸汽溫度的提高而明顯地增加，但它受余熱煙氣溫度的限制?？紤]鍋爐投資同增加出力的關(guān)系取熱端溫差為25℃。同時(shí)考慮到沿途散熱及損失的影響，進(jìn)汽輪機(jī)的主蒸汽溫度定為300℃。
汽輪機(jī)低壓補(bǔ)汽參數(shù)的確定：低壓補(bǔ)汽參數(shù)的選取從三個(gè)方面來考慮：(1) 最佳的經(jīng)濟(jì)性，補(bǔ)汽壓力的確定要使汽輪機(jī)出力最大。 (2) 補(bǔ)汽溫度同主流溫度要匹配，補(bǔ)汽與主蒸汽溫差不宜太大，這是為了降低補(bǔ)汽口處缸體的熱應(yīng)力。 (3) 補(bǔ)汽過熱度要求，補(bǔ)入蒸汽帶有濕度不利于機(jī)組安全運(yùn)行，設(shè)計(jì)要求在任何工況下補(bǔ)汽的過熱度大于11 ℃。綜合以上情況選取補(bǔ)汽壓力為0. 35MPa (a) ，補(bǔ)汽溫度為155 ℃，過熱度為16℃。
3.4 調(diào)試、運(yùn)行情況
遼源金剛水泥廠首次應(yīng)用雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行余熱利用。經(jīng)過5個(gè)多月時(shí)間的建設(shè)，于2006年9月27日一次并網(wǎng)發(fā)電成功。在水泥生產(chǎn)線熟料產(chǎn)量穩(wěn)定在5000 t/d且不增加熱耗的條件下，噸熟料發(fā)電量達(dá)到37 kwh/t.cl以上，實(shí)際發(fā)電功率達(dá)到7726 kw，自用電量小于7％。窯頭AQC鍋爐排煙溫度在100℃以下。窯尾預(yù)熱器排煙溫度為220℃，在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。該余熱發(fā)電技術(shù)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，并達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。
以下為遼源金剛余熱發(fā)電的設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)比表：
|
項(xiàng)目 |
設(shè)計(jì)參數(shù) |
運(yùn)行參數(shù) |
優(yōu)化后可以達(dá)到參數(shù) | |
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AQC煙氣參數(shù) |
流量(Nm3/h) |
180 000 |
約150 000 |
220 000 |
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溫度(℃) |
350 |
約360 |
380 | |
|
SP煙氣參數(shù) |
流量(Nm3/h) |
340 000 |
約340 000 |
340 000 |
|
溫度(℃) |
350 |
350 |
350 | |
|
AQC蒸汽參數(shù) |
流量(t/h) |
14(4) |
18(3.8) |
20(4) |
|
溫度(℃) |
320(165) |
330(160) |
350(180) | |
|
壓力(MPag) |
1.6(0.35) |
1.51(0.17) |
1.6(0.35) | |
|
SP蒸汽參數(shù) |
流量(t/h) |
24 |
18.7 |
24 |
|
溫度(℃) |
320 |
320 |
320 | |
|
壓力(MPag) |
1.6 |
1.54 |
1.6 | |
|
發(fā)電量(kw) |
6500 |
7726 |
>9000 | |
|
汽耗(kg/kwh) |
6.46 |
5.24 |
<5 | |
|
噸熟料發(fā)電量kwh/t.cl |
30 |
37 |
43 | |
4 結(jié)論
雙壓余熱發(fā)電技術(shù)是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，可適用于多種中、低溫余熱發(fā)電的專利技術(shù)，屬于國(guó)家發(fā)改委重點(diǎn)支持和推廣的節(jié)能項(xiàng)目。該技術(shù)能夠在成本投資較小的情況下，極大限度地利用溫度在200～400 ℃之間的低品位熱源，比同條件下的常規(guī)余熱發(fā)電系統(tǒng)能多發(fā)電10%左右。遼源金剛水泥廠余熱發(fā)電建成投產(chǎn)，并網(wǎng)發(fā)電一次成功，表明國(guó)內(nèi)純低溫余熱發(fā)電技術(shù)有了重大突破，已經(jīng)步入國(guó)際先進(jìn)行列。整個(gè)余熱發(fā)電系統(tǒng)工程造價(jià)低、熱效率高、設(shè)備均為國(guó)產(chǎn)，具有很好社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益可觀，符合我國(guó)能源政策的節(jié)能和環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì)，有極大的推廣價(jià)值。
參考文獻(xiàn):
[1] 彭巖..純低溫余熱發(fā)電雙壓技術(shù)分析.中國(guó)水泥，2006(6).
[2]劉志江.新型干法水泥技術(shù).北京.中國(guó)建材工業(yè)出版社，2005.
[3] 遼源市金剛水泥廠純低溫余熱發(fā)電技改工程可行性研究報(bào)告
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