2500吨水泥窑余热发电方案

水泥厂2500t/熟料生产线纯低温余热发电（4.5MW）工程方案目录1．设计原则 (13)2．设计界限 (13)3．余热发电工艺说明 (14)4．总图运输 (27)5．电气 (28)6．热工控制 (33)7．给排水 (38)8．建筑、结构 (40)9、采暖通风及空调 (43)10．培训服务 (44)11．项目公辅设施置 (40)12、供货范围 (43)13．质量保证及试验 (44)14、技术文件 (43)1 设计原则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，提出供业主选择的技术方案，为业主选择适宜的技术方案提供依据。

具体指导思想如下：（1）余热电站的生产不影响熟料生产线的生产，包括生产线的产量、质量、热耗。

余热电站的建设尽可能减少对生产线的影响；（2）原则上使用业主指定的几个厂家设备；本期设计一条2500t／d水泥生产线4.5MW纯低温余热发电系统。

（3）篦冷机采用中部抽风，合理设计抽风口(两个)，最大利用余热；（4）余热发电采取运行方式并网不上网的原则；（5）锅炉补充水采用反渗透工艺＋混床，根据水质不同可加过滤器。

为了便于进行锅炉水质管理，化水车间布置在主厂房内。

（6）循环水采用机力冷却塔进行冷却，采用钢混结构，并设循环水加药设备一套；（7）给水除氧采用真空除氧器，一条线配置一台真空除氧器和两台真空泵。

（8）热工自动控制部分采用DCS控制、505电液控制。

（9）设计满足当地的抗震、消防、环保、电力、技术监督等部门的要求。

（10）采用成熟稳定、实用可靠的工艺流程和设备，技术装备水平达到国内先进水平。

2.设计界限（1）窑头余热锅炉和窑尾余热锅炉与生产线接口至余热电站出线到水泥生产线总降；余热发电电站全部的基本设计：工程可研报告编制、初步设计和施工图设计－土建施工－钢结构施工—机电设备采购－机电设备安装施工－公辅设施的设计、安装－DCS设计、设备安装－总体设备的调试－职工培训—工程试运行－工程总体运行－工程移交试生产和性能保证－工程总体达产达标－工程各种数据、图纸的交接和入文件。

（2）与水泥生产线接口有关的的技术改造设计，发电机出线到水泥生产线总降的10KV高压母线的接入系统。

3.余热发电工艺说明3.1 设计参数热力参数汇总2500t/h生产线：对于贵公司原料磨使用热风来烘干，从理论上来说，可以将窑尾SP锅炉的排烟温度降低到﹥220℃左右，可以将窑头AQC余热锅炉温度降到95℃左右。

3.2.余热锅炉和水泥生产线的衔接（1）窑尾余热锅炉：布置在C1预热器的出口，采用立式布置在窑尾塔架的旁边；锅炉出口接在窑尾风机入口烟道处，在SP余热锅炉进出口和旁通烟道分别安装调节门，根据运行需要进行调节。

（2）窑头余热锅炉：AQC余热锅炉布置在篦冷机一侧，立式布置；取风口在篦冷机中部和一段，尽量提高烟气温度；在AQC余热锅炉的前面布置沉降室，要求将烟气中的固体颗粒含量降到70%左右；并且篦冷机出口到沉降室入口烟道管进行防磨处理，以减少漏风和对管道磨损。

采用中部抽风方式，篦冷机抽出的热风进入锅炉的过热段、蒸发段、省煤器段（预热器），经除尘器和窑头风机排入大气，实际运行时通过抽风口进出口调节风门来调节。

根据国内外经验，改造后余热发电量可以提高30%以上，而且由于进入锅炉余风温度提高，锅炉参数提高、受热面减少。

3.2.1 余热发电系统对水泥生产系统的影响根据理论分析结合国内运行经验，对原生产线的操作，设备的运行均会产生一定影响，现说明如下：（1）对窑头电除尘器的影响①电除尘器的入口废气温度由220～250℃降至90-120℃时，对粉尘比电阻产生一定影响。

②增加余热锅炉后，由于废烟气在进入余热锅炉之后在经过预除尘，有70%左右粉尘沉降下来；抽气口局部流速降低到原来的1/2以下，对粉尘的携带能力大大降低。

所以进入电除尘器粉尘浓度也比原来有较大降低。

③篦冷机增加抽风口以后，可能引起通过电除尘的废气流量增加10%左右，但由于废气温度（绝对温度）下降了约25%，这样进入电除尘器的废气流速降低，有利于提高电除尘器效率。

（2）对窑头排风机的影响由于在除尘器前设置了余热锅炉，使废气全流程阻力增加约1.0kPa，需要排风机提供更大的抽力，电热炉排风机设计能力都有较大的余量，加上进入风机废气密度增加（由于温度降低），风机的输出风压能够相应提高。

一般来说，只需要调整其工作点即可适应改造后的工况。

（3）对窑尾排风机的影响在窑尾风机前加入一台SP余热锅炉，使窑尾烟道损失约0.8KP，但进入风机的废气密度增加，提高了风机的输出压头，而且进入风机的含尘量大大减少，固对窑尾风机影响不大，一般只需调整其工作点，不需更换风机。

（4）对原料磨烘干能力的影响窑尾锅炉排烟温度220℃，根据当地的原料水份，以及原料磨所需热风温度，可以保证生料的烘干。

3.3.热力系统3.3.1 根据热力系统优化设计，我们选择双压1.6MPa，AQC余热锅炉设置高、低省煤器加热给水。

SP余热锅炉和AQC余热锅炉自身产生的过热蒸汽进入集汽缸汇合后经过主气管送入汽轮机，以获取高的过热蒸气温度。

AQC锅炉的低压蒸汽对汽机进行补汽，这样可以更好的利用烟气余热产生更好的效益，在整个生产线不太稳定时可用来采暖、洗浴等。

3.3.2 发电量最大化设计3.3.2.1锅炉优化设计锅炉优化设计主要目的是充分利用熟料生产线余热资源，使废热充分转变为产生电能的工质——蒸汽。

（1）过热蒸汽产量最大化对于中低温余热利用，关键在于工艺和设备允许范围内充分利用余热，并使设备的效率最高，使余热发电最大化。

对于低参数汽轮发电机组而言，影响其发电量的是三个主要参数：过热蒸汽流量、温度和压力，其中流量对发电量起决定性影响，温度和压力对单位质量蒸汽的焓和汽轮机的内效率（热能转化为机械能的效率）有影响，但其影响远小于流量的影响。

（2）合适的汽包工作压力为了保证一定的蒸汽流量和过热器温度，做到主汽流量、主汽温度、汽轮机内效率最佳统一，合适的汽包压力选择很重要。

经过我们的优化设计，选择汽包压力 1.6MPa。

考虑在换热过程中，蒸发受热面内汽水混合物的温度不变，而烟气同汽水混合物之间传热温差窄点在20℃以上受热面的布置才合理，汽水混合物的温度直接受压力的影响，所以选择合理的压力水平为受热面布置创造条件，以达到余热最大化利用。

（3）充分降低废气温度受窑尾物料烘干的限制，窑尾废气温度降到220℃，窑头废气可以充分降低，但降低过多则造成传热温差小使得换热面积布置过多，使锅炉造价提高，同时吸收过多的低品质热量也无法有效提高发电量，所以锅炉余风的降低以满足为余热锅炉提供足量的汽包给水即可。

根据热量分配和能量平衡计算，本项目窑头废气可降至95℃左右。

（4）合理布置受热面在布置受热面时要考虑锅炉的烟气温度特性以及汽轮发电机的特性进行综合考虑，同时考虑选用合理温差以降低锅炉造价。

（5）系统优化设计方案：（双压锅炉型）窑尾余热锅炉高压段由省煤器、蒸发器和过热器（预热器组成），高压凝结结水经窑头AQC锅炉锅炉高压段省煤器（预热器）将40℃水加热95℃后，经电动调节阀，一路进入AQC锅炉汽包、蒸发器、过热器，另一路进入sp余热锅炉汽包、省煤器、蒸发器和过热器。

低压段是低压凝结水进入低压段省煤器、汽包、蒸发器和过热器；AQC和SP锅炉过热器的过热蒸汽进入出口集箱，至集汽缸汇合，然后通主蒸汽蒸汽母管，进入汽轮机做功发电。

AQC锅炉过热器的低压过热蒸汽直接接入发电机房汽轮机的补汽口。

该系统设计主要特点：●利用了锅炉低热资源，AQC锅炉省煤器不仅向锅炉供应热水,同时也向SP锅炉供应热水；●双压系统锅炉更好的利用了烟气的余热，自然循环；●烟风系统简单、可靠；●汽轮机为双压进汽，也可以单压进汽，运行灵活，可靠性高，投资费用较少。

●保证了蒸汽的流量，发电量最大化；综上所述，双压系统由于其设备运行可靠、灵活，发电量高,而得到广泛采用，其国内使用业绩表明，技术成熟可靠。

为提高发电量，做到主蒸汽流量、温度、压力的最佳优化，我们建议采用双压过热器热力系统，单压系统虽然系统简单，投资费用少，但运行不太灵活，发电量相对少；先以双压系统为例进行系统介绍：3.3.2.2热力系统优化设计详见原则性热力系统图，说明如下：（1）窑尾余热锅炉：由于废气温度下降范围为350→220℃，为充分利用该部分烟气余热，选取汽包工作压力1.6MPa。

（2）窑头余热锅炉：窑头余风经改造抽风点以后，用于余热发电部分的烟气温度最高可达450℃.汽包工作压力1.6MPa，窑头和窑尾产生过热蒸气在进入集汽缸里进行混合，然后进入主蒸汽母管进入汽轮机。

过热蒸汽温度300℃、压力1.6MPa。

（2）纯低温补汽式汽轮发电机组：单条生产线配2台锅炉，1台汽轮机， 2500t/d生产线产过热蒸汽共22.7t，低压蒸汽4.1t，汽轮机入口汽温300℃，压力约1.6MPa，其输出功率达到4300kW，配套6MW汽轮发电机组。

要保证汽轮机足够的真空度，其汽轮机系统的密封、抽气、冷凝等设备设计要求提高，目前国内设计水平可以达到。

另外，结合当地的气候特点，采取有利于降低汽轮机排汽压力的措施，在合理配置系统时可提高其内效率。

我们还与汽轮机制造厂家联合国内科研单位进行汽轮机通流部分的三维设计，提高通流效率和泛汽含湿率，以进一步降低汽耗来提高余热发电量。

（3）循环冷却系统：要保持汽轮机较高的真空度，冷凝器的冷却效果很重要，因而循环冷却系统设计要考虑在最差工况下能保证达到冷却要求。

自然通风冷却塔投资较大，设计采用机力通风冷却塔。

机力通风冷却塔分为钢结构和钢混结构两种，钢构冷却塔的钢结构部分使用寿命小于20年,如补充水采用硬度较高的地下水，使用寿命更短，而钢混结构主体部分则可以使用30年以上。

（4）锅炉补充水：锅炉补充水温度（和汽轮机真空度）越高，有利于省煤器降低排烟（气）温度。

本余热发电系统为低温低压系统，考虑到水质运行管理以及加强锅炉受热面的清洁，充分利用废气余热，锅炉补充水采用除盐水。

锅炉水处理采用一级反渗透＋混床。

（5）余热电站补充水：余热电站补充水可由厂区水工系统提供，如厂区水工系统没有裕量或裕量不足，根据电站所在地，选择使用地下水或地表水，从水源取水送入电站原水池，经过消毒和沉淀处理的水。

3.3.3主机设备主要技术参数2500t/d水泥生产线配套余热发电设备参数：1、AQC余热锅炉技术规范（一台）水泥窑熟料产量： 2500t∕d 。

锅炉进口烟气量： 116667 Nm3/h锅炉进口最大烟气量： 149000 Nm3/h锅炉进口烟气温度： 360 ℃（运行时 380 ℃）废气特性为：热空气，粉尘含量≤30g/Nm3 高压主蒸汽段额定蒸汽压力： 1.6MPa（绝压）额定蒸汽温度： 320 ℃额定蒸发量： 9.1 t/h最大蒸发量： 10.8 t/h低压蒸汽段额定蒸汽压力： 0.4MPa（绝压）额定蒸汽温度： 190 ℃额定蒸发量： 2.2 t/h最大蒸发量： 2.6 t/h热水段额定高压出水量： 22.7t/h最大高压出水量： 27.8 t/h额定低压出水量： 2.2t/h最大低压出水量： 2.6 t/h高压出水温度： 180 ℃给水温度： 45 ℃最大给水压力： 3.5MPa锅炉出口设计烟气温度：90℃～120℃，在经济的前提下尽量降低锅炉总漏风：﹤2%锅炉排污率： 1-3%锅炉散热损失：﹤2%锅炉总废气阻力：﹤ 700Pa锅炉布置方式：露天布置锅炉结构形式：立式受热面面积分布：设计使用寿命：锅炉年正常运行能保证大于7600小时，锅炉总体寿命大于20年，受热面管子大于10年。