纯低温余热发电系统

第十一章纯低温余热发电系统11.1 发电规模发电规模按5000t/d熟料生产线配套设计。

水泥生产线的窑头、窑尾会排放大量的废气，通常仅利用废气的余热来烘干原料，利用率很低，其余大量废气的余热不仅没有得到利用，而且还要对废气进行喷水降温，浪费水和电能。

因此，利用余热发电技术回收这部分废气的热能，可以使水泥生产企业提高能源利用效率，降低成本，提高产品市场竞争力，降低污染物排放量。

综合考虑水泥熟料生产线的工艺流程、场地布置、供配电结构、供水设施等因素，利用生产线窑头、窑尾余热资源，可建设一条装机容量为9000KW的纯低温余热电站。

11.2 设计原则1）余热电站在正常运行时应不影响原水泥生产线的正常生产；2）充分利用窑头、窑尾排放的废气余热；3）采用工艺成熟、技术先进的余热发电技术和装备；4）余热电站尽可能与水泥生产线共用水、电、机修等公用设施；5）贯彻执行有关国家和拟建厂当地的环境保护、劳动安全、消防设计的规范。

11.3 设计条件1）余热条件从更合理的利用窑头余热考虑，窑头篦冷机需要进行改造，在篦冷机的中部增加一个废气出口，改造后的窑头废气参数为：240000Nm3/h，360℃。

此部分废气余热全部用于发电。

窑尾经五级预热器出口的废气参数为：312500Nm3/h，320℃。

此部分废气经利用后的温度应保持在220℃左右，用于生料粉磨烘干。

2）建设场地本工程包括：窑头AQC锅炉、窑尾SP锅炉、汽机房、化学水处理车间、冷却塔及循环水泵房等车间。

各车间布置遵循以下原则：窑头AQC锅炉和沉降室布置在窑头厂房旁边的空地上，窑尾SP锅炉布置在窑尾高温风机的上方，汽机房的布置靠近锅炉，化学水处理车间、冷却塔及循环水泵房尽量靠近汽机房。

在布置有困难时可以适当调整，不能影响水泥生产线的布置。

AQC锅炉占地面积：14.2m×6.35mSP锅炉占地面积：22m×12m汽机房占地面积：31m×20.4m3）水源、给水排水电站的用水有：软化水处理、锅炉给水、循环冷却水及其它生产系统消耗，消防用水，部分用水可循环使用。

11.4 电站工艺系统1）余热电站流程本方案拟采用纯低温余热发电技术，该技术不使用燃料来补燃，因此不对环境产生附加污染；是典型的资源综合利用工程。

主蒸汽的压力和温度较低，运行的可靠性和安全性高，运行成本低，日常管理简单。

综合考虑目前水泥生产线窑头、窑尾的余热资源分布情况和水泥窑的运行状况，确定热力系统及装机方案如下：系统主机包括两台余热锅炉、一套补汽式汽轮发电机组。

a．AQC余热锅炉：利用冷却机中部抽取的废气（中温端，～360℃），在生产线窑头设置AQC余热锅炉，余热锅炉分为高压蒸汽段、低压蒸汽段和热水段运行；高压蒸汽段生产 1.6MPa-350℃的过热蒸汽，进入蒸汽母管后通入汽轮发电机组，低压蒸汽段生产0.15MPa-140℃的过热蒸汽，热水段生产的140℃热水后，作为AQC 余热锅炉蒸汽段及SP余热锅炉的给水，出AQC锅炉废气温度降至110℃。

b．SP余热锅炉：在窑尾设置SP余热锅炉，仅设置蒸汽段，生产 1.6MPa-305℃的过热蒸汽，进入蒸汽母管后通入汽轮发电机组，出SP余热锅炉废气温度降到220℃，供生料粉磨烘干使用。

c．汽轮发电机组：上述余热锅炉生产的蒸汽共可发电7.9MW，因此配置9MW补汽式汽轮机组一套。

整个工艺流程是：60℃左右的化学水经过除氧，由锅炉给水泵加压进入AQC锅炉省煤器，加热成140℃左右的热水；分成两部分，一部分进入AQC锅炉，另一部分进入SP锅炉；然后依次经过各自锅炉的蒸发器、过热器产生1.6MPa-350℃和1.6MPa-305℃的过热蒸汽，在蒸汽母管汇合后进入汽轮发电机组做功，而AQC锅炉增加了低压蒸汽段产生0.15MPa-140℃的过热蒸汽，作为补汽进入汽轮机，作功后的乏汽进入凝汽器成为冷凝水，冷凝水和补充纯水经除氧再进行下一个热力循环。

SP锅炉出口废气温度220℃左右，用于烘干生料。

2）热力工艺系统热力工艺系统主要包括：主蒸汽系统及辅属蒸汽系统，疏放水及放气系统，给水系统，锅炉排污系统等。

a．主蒸汽系统及辅属蒸汽系统热电站的主蒸汽系统采用单母管制。

锅炉产生的主蒸汽先引往蒸汽母管后，再由该母管引往汽轮机。

汽轮机的轴封用汽，由主蒸汽管引至均压箱后，再分别送至前后轴封。

b．疏放水及放气系统本工程锅炉部分疏放水量极少，放水直接引至定排总管通过定排扩容器排放。

汽机部分的疏水均引至设备配套的疏水膨胀箱，最后汇入凝汽器全部回收。

作为机组启动的安全措施，本电站各类汽水管道的自然高点和自然低点均设放汽阀和放水阀，系统启动时临时就地放汽、排水。

c．给水系统本工程锅炉给水由两部分组成：一路为汽轮机冷凝排汽的冷凝水，另一路为化学补充水，由化学水处理系统提供。

本系统选用电动锅炉给水泵。

进出水均按母管制连接，给水泵出水母管上设再循环管接至除氧器水箱，再循环水量通过设在管道上截止阀进行控制。

d．锅炉排污系统本工程每台锅炉均设连续排污扩容器和定期排污扩容器。

11.5 汽轮机油系统汽轮机油系统由油箱、油泵、冷油器、滤油器及油管路组成，承担着机组轴承润滑、冷却供油及调速系统各执行机构工质供油的任务。

机组的调节油由汽机直接带动的主油泵供给，主油泵出来的高压油，一部分至调节保安系统，工作后回主油箱，一部分经冷油器、节流阀和滤油器至润滑油管路；另一路则直接由电动油泵吸入，经冷油器、节流阀和滤油器至润滑管路，润滑油工作后回主油箱。

11.6 汽轮机循环水系统本系统为汽轮机凝汽器、冷油器、发电机空气冷却器等提供冷却水，冷却水循环使用。

设备冷却用水采用压力回流循环供水系统。

压力回水送至冷却塔，冷却后的水自流至循环水池(两座，V=2000m3)，由循环水泵送入循环供水管网，供余热发电各冷却水用水点。

该系统除冷却塔处水与大气接触外，其余各处均为密闭状态。

为防止系统水质的变差，设灭菌仪及防腐防垢仪对循环水进行防垢、杀菌、除藻及防腐蚀处理。

为确保水质,系统设有旁滤水处理设施，部分压力回水直接进入钢制过滤器处理后进入循环水池。

系统因蒸发及风吹，总水量会不断减少。

损耗部分水由厂区水源供水系统补给。

主要用冷却水设备11.7 化学水系统建设一套化学水处理余热发电纯水制备系统（反渗透脱盐装置），给水采用加药除氧。

本系统提供满足锅炉给水要求的纯水，产水量为12.0m3/h。

源水经处理后进入原水箱，加PAC混凝剂后由原水泵加压经多介质过滤器和活性碳过滤器过滤，再加阻垢剂经保安过滤器过滤后，由一级高压泵扬入一级RO装置处理，然后流入中间水箱，调整PH值后, 再由二级高压泵扬入二级RO装置处理，处理后的水流入纯水箱，由纯水泵加压至冷凝器供锅炉使用。

11.8 电气自动化系统根据水泥工艺布置设置两台余热锅炉：窑尾余热锅炉和窑头余热锅炉。

通过热力蒸汽管道通往布置在总降压站旁的汽轮发电厂房。

11.8.1 电气主接线9000kW发电机出线经过10kV母线引至励磁变压器和励磁调节PT，同时通过发电机主断路器引至另一段10kV母线，该段母线上接厂用变压器，并经出线断路器配出至厂区总降压站。

两段10kV母线均设有PT和避雷器。

11.8.2 电气设备布置为了运行维护方便，将中压开关柜和低压开关柜集中在一层平面的电气室。

靠近电气室布置厂用变压器。

控制室布置在二层，与汽轮机发电机房相邻。

控制室内布置有：保护屏、直流屏、DCS操作站。

11.8.3 继电保护及电力系统自动化发电机主断路器、出线断路器及厂用电变压器回路均采用微机保护装置。

发电机设置纵差保护、复合电压过流保护、定子一点接地、转子一点接地、自动调节励磁、失磁保护、自动及手动准同期。

发电机保护装置及自动化设备安装于发电机保护屏内。

出线断路器设置单相接地、速断、过流、自动及手动准同期。

保护装置安装于开关柜内。

厂用变回路设单相接地、速断、过流、温度、轻瓦斯、重瓦斯保护；保护装置安装于开关柜内。

11.8.4 厂用电系统设置一台800kV A 10/0.4kV±5%全密封油浸式变压器。

为提高厂用电供电可靠性，低压开关柜进线为两路：厂用电变压器低压出线和窑尾电气室引来一回低压电源，采用手动和自动切换。

窑尾电气室引来电源按照汽轮发电机正常运转所需容量考虑。

如果有单台负荷超过55kW的设备，应考虑采用软起动装置控制。

汽轮机油泵一般设置两台：一台由交流电源供电，另一台由直流电源供电。

油泵直流电动机电源由直流屏配出至MCC，由MCC断路器和直流接触器控制电动机。

还有一些调速控制的伺服电机也采用直流电机控制。

所以，直流装置电池容量应足够。

11.8.5 照明及防雷接地照明系统由两部分构成：交流供电照明和直流供电照明。

在控制室、开关柜室、汽轮发电机房、油站等场合应设由直流供电的应急照明。

余热锅炉和主厂房的防雷接地系统可以与水泥厂窑尾、窑头电气室的接地统一考虑，接地电阻不大于1欧姆。

11.8.6 消防报警控制室、开关柜室、汽轮发电机房均应设消防报警装置。

在设计过程中按照《发电厂变电站消防设计规范》进行设计。

11.8.7 热工自动化本工程采用DCS控制。

控制范围包括：余热锅炉、汽轮机、水处理系统、厂用电的其他动力负荷。

控制室内设一台操作站，分别监控余热锅炉、汽机汽水系统、除氧给水系统、汽机发电机油系统、中压开关供电系统及低压电动机控制。

余热发电系统的DCS与水泥厂中控室的DCS通过通讯联网，在中控室操作站可以监视余热发电的主要监控画面及参数。

11.8.8 通讯应保证余热发电控制室与总降压站、中央控制室、生产调度办公室的通讯畅通。

11.9 主机设备纯低温余热发电系统主机设备表11.10 主要技术经济指标主要技术经济指标表。