低温余热发电系统设计方案

低温余热发电系统设计方案

1. 需考虑的问题

低温余热发电系统的窑尾余热锅炉（SP炉）和篦冷机余热锅炉（AQC炉）串联于熟料生产线上，两锅炉阻力均小于1000Pa。设计时，必须考虑下列问题：

(1)窑尾主排风机和窑头、窑尾电除尘器及其风机的能力是否适应增设窑尾余热锅炉和篦冷机余热锅炉的条件；

(2) 原料磨的热风系统能否满足工艺要求；

(3) 该两台锅炉系统的安装是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的上述设备能力可以满足要求，不须作任何改造；两台锅炉系统的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%的烘干要求。

双压纯低温余热发电技术介绍

双压余热发电技术就是按照能量梯级利用的原理，在同一台余热锅炉中设置2个不同压力等级的汽水系统，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利用，热回收效率高。

余热资源参数不同，余热锅炉的低压受热面与高压受热面有不同的布置方式。根据辽源金刚水泥厂窑头(AQC)和窑尾(SP)的余热特点和工艺要求，经过余热利用后，要使AQC余热锅炉排烟温度降到100℃左右。使窑尾SP余热锅炉排烟温度降低到220℃左右后进入原料磨烘干原料,其设置的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加了补汽口，并适当增大补汽口以后汽轮机通流部分面积。

采用双压系统的主要目的是为了提高系统循环效率。使低品位的热源充分利用，获得最大限度的发电功率，降低窑头(AQC)双压余热锅炉的排气温度；其次是双压系统的低压蒸汽是过热的，进入汽轮机后能保证汽轮机内的蒸汽最大湿度控制在14％以下，使汽轮机叶片工作在安全范围内，并提高机组的效率；同时低压蒸汽还可用于供热等其它需要热源的地方，提高运行灵活性。

双压余热发电系统简单灵活、成本低、热利用率高。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，能够把更多的低温余热吸收利用，比单压系统多发电10%左右，并且必要时能够解列，维持单压系统正常运行。而对于能够增加发电量的闪蒸系统来说，需要增加闪蒸器、汽水分离器等设备；闪蒸器产生的是饱和蒸汽，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的要求。

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）签订了基本协议书，由中国安徽海螺集团宁国水泥厂与日本川崎重工株式会社实施。该项目1996年10月18日动工，199 5年2月8日并网发电一次成功。

水泥厂余热资源的特点是流量大、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℃，其中部分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，利用参数较低的主蒸汽和闪蒸汽的饱和蒸汽发电；根据余热资源的工艺状况设置两台余热锅炉，保证能够充分利用余热资源；应用热水闪蒸技术，设置一台高压闪蒸器和一台低压闪蒸器，闪蒸出的饱和蒸汽混入汽轮机做功；对现有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，因此未设省煤器，只设蒸发器和过热器。加强系统密封。系统采用先进的DCS集散控制系统进行操作控制，具有功能齐全、自动控制、操作简便等特点。

工艺流程图（见图）

此主题相关图片如下：

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的热能吸收，产生压力为25Kg／cm2、温度为335℃－350℃、蒸发量为／h的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T，发电机组相对水泥窑的运转率为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／T（设计值为／T）发电机组相对水泥窑的运转率达到%，实现系统安全、稳定、高效运行。截止到1999年3月底累计发电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，实现金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，充分利用了水泥生产过程中产生的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的影响。随着我国实施产业结构调整战略，在陆续淘汰众多的小水泥厂而新建干法水泥生产主线的过程中，水泥余热发电设备具有很好的推广前景。

在正常设计情况下，决定其是否能够达到设计效果及不影响水泥窑正常运行的主要因素为：窑尾余热锅炉系统的漏风问题，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）的选取问题（水泥厂应提供至少30天的运行记录报表，以确定实际的废气参数）。

目前国内已普遍采用的几种热力循环系统、循环参数及废气取热方式的特点及存在的主要问题

目前水泥窑纯低温余热发电技术中热力循环系统的构成、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

上述热力循环系统、循环参数及废气取热方式的主要特点：

(1)仅在水泥窑窑头熟料冷却机中部设一个抽取冷却机废气的抽废气口，根据水泥窑规模的不同，抽取的废气温度在250～400℃范围内。利用抽取的废气设置窑头熟料冷却机余热锅炉（简称AQC炉），AQC炉生产～—饱和温度～360℃的蒸汽或同时生产～—饱和温度至180℃的低压低温蒸汽、85～200℃的热水。

(2)仅利用水泥窑窑尾预热器排出的250～400℃废气余热设置窑尾预热器余热锅炉（简称SP炉或PH炉），SP炉生产～—饱和温度至360℃的蒸汽。

(3)将AQC炉、SP炉生产的～蒸汽及AQC炉生产的～蒸汽或AQC炉生产的85～200℃热水经闪蒸器生产出的～蒸汽通入汽轮机再由汽轮机带动发电机发电。

上述热力循环系统、循环参数及废气取热方式存在的主要问题

(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的条件下，冷却机可排掉的废气温度是自热端起的600℃以线性关系逐渐下降至冷料端的55℃。因此，若仅在冷却机中部抽取废气，则是将热端的中高温废气与冷端低温废气混合后形成了250℃～400℃废气。由于废气温度的限制，AQC炉仅能生产低压低温蒸汽及热水。这种抽取废气的取热方式没有遵循热量应根据其温度进行梯级利用的原理。

(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的条件下，可利用的废气余热有两部分：第一部分为预热器系统最终排出的（即C1级旋风筒出口）250～400℃废气；第二部分为C2级旋风筒内筒至C1级旋风筒入口的450～600℃废气中水泥生产允许的20～25℃温度降所含有的废气热量。由于没有利用第二部分废气热量，加之第一部分预热器系统最终排出的废气温度限制，SP炉同样只能生产低压低温蒸汽。

(3)上述两个因素使前述的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的部分400～600℃中高温废气没有得到有效利用；其四，前述的三个因素，使在不增加水泥熟料热耗的条件下，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该达到的水平。

3.提高型水泥窑纯低温余热发电技术