水泥余热发电

5000t/d水泥生产线烟气参数
烟气 来源 窑 头 AQC 锅 炉 项目 锅炉入口烟气温度 锅炉入口烟气流量 含尘量 烟气成分 O2 N2 锅炉入口烟气温度 窑 尾 SP 锅 炉 锅炉入口烟气流量 含尘量 烟气成分 O2 N2 CO2 H2O 单位 ℃ Nm3/h g/Nm3 % % ℃ Nm3/h g/Nm3 % % % % 数值 350～360 240000 30 21 79 330～340 340000 65～80 3.5 62.9 27.6 6.0
• 主蒸汽参数 1.57-3.43MPa 340-435℃ 补汽参数 0.1-0.5MPa 饱和至180℃ 热水参数 85-130℃
余热发电系统发电能力对比
主蒸汽参数 补汽参数 SP炉进口废气 SP炉出口废气 ASH进口废气 ASH出口废气 AQC进口废气 AQC出口废气 SP主蒸汽参数 AQC主蒸汽参数 AQC除氧用汽 AQC补汽用汽 AQC热水参数 ASH进口蒸汽参数 ASH出口蒸汽参数 汽轮机组额定功率 汽机主进汽量 汽机补汽量 汽机发电功率 2.29MPa-370℃ 0.15MPa-150℃ 353600Nm3/h-335℃ 378400Nm3/h-208℃ 67500 Nm3/h-500℃ 71700 Nm3/h-325℃ 189000 Nm3/h-330℃ 200000 Nm3/h-98℃ 2.5MPa-26.6t/h-223℃ 2.5MPa-11.7t/h-223℃ 0.6t/h 5t/h 44.3t/h-30/105℃ 2.45MPa-38.3t/h-223℃ 2.4MPa-38.3t/h-380℃ 9MW 37.7t/h 5t/h 8.92MW 9MW 40.5t/h 2t/h 8.25MW 8.21MW 7.96MW 9MW 43.4t/h 9MW 45.1t/h 188466 Nm3/h-376℃ 203840 Nm3/h-102℃ 1.47MPa-25t/h-320℃ 1.47MPa-16.5t/h-360℃ 0.837t/h 1.953t/h 44.453t/h-30/100℃ 44.23t/h-30/185℃ 46t/h-30/170℃ 188466 Nm3/h-376℃ 203840 Nm3/h-89℃ 1.17MPa-26t/h-320℃ 1.17MPa-17.4t/h-320℃ 188466 Nm3/h-376℃ 203840 Nm3/h-89℃ 0.9MPa-27.5t/h-320℃ 0.9MPa-17.6t/h-320℃ 1.27MPa-340℃ 0.15MPa-150℃ 353600Nm3/h-335℃ 378400Nm3/h-196℃ 353600Nm3/h-335℃ 378400Nm3/h-208℃ 353600Nm3/h-335℃ 378400Nm3/h-203℃ 0.98MPa-310℃ 0.7MPa-310℃
4
窑尾废气 余热锅炉
1
指标名称 装机容量 平均发电功率 年运转小时 年发电量 年供电量 全站劳动定员 投资估算 固定资产静态总投资 其中：建筑工程 设备费 安装工程 其它
单位 MW MW h 104kWh 104kWh 人 万元 万元 万元 万元 万元
指标 3 3 7500 2250 2070 16 2507 270 1450 205 582
五、水泥余热回收发电实例
电石 渣综 合利 用水 泥厂 余热 回收 发电
序号 设备名称及型号 数量 主要技术能数、性能、指标 型号：N3-1.2型 额定功率：3MW 额定转速：3000r/min 主汽门前压力：1.2MPa 主汽门前温度：370℃ 排汽压力：0.007MPa 额定汽耗：5.1kg/kWh 型号：QF3-2型 额定转速：3000r/min 额定功率： 3MW 出线电压：10.5kV
1
3MW凝汽式汽 轮机
1Baidu Nhomakorabea
2
3MW发电机
1
3
窑头废气 余热锅炉
1
入口废气量：5万Nm3/h 入口废气温度：380℃ 主蒸汽量：4.97t/h 主蒸汽压力：1.35MPa 主蒸汽温度：360℃ I蒸发段给水温度：100℃ II出水温度：105℃ II给水温度：42℃ 入口废气量：8万Nm3/h 入口废气温度：420℃ 出口废气温度：200℃（供生料干燥用热风） 主蒸汽量：10.68t/h 主蒸汽压力：1.35MPa 主蒸汽温度：400℃ 给水温度：100℃
纯低温余热发电：单压进汽、双压补汽、闪蒸补 汽、蒸汽二次补热，最新型卡琳娜循环系统。 发电能力：单压<双压≤闪蒸≤高温再热≤卡琳娜循 环。投资：与发电能力相反。 目前单压37kWh/t.cl，双压38-40kWh/t.cl，卡琳娜循 环69kWh/t.cl。 目前水泥厂运用最多、也最为成熟的余热发电系统 是单压系统。 根据节能减排的发展趋势，以后余热发电要往什么 方向发展，就是以在同样的生产系统里，能够发出更多 的电，同时投资也更加低廉的标准来决定的。
四、水泥窑余热发电技术现状
根据汽轮机进汽参数，考虑利用废气余热生 产水蒸气所需传热温差的要求，中小型汽轮机按 进汽参数和余热品位分类： • 高压高温机组： 高压高温机组 >3.43MPa，435-555℃ 对应废气温度>650℃ • （次）中压中温机组： 中压中温机组 2.45-3.43MPa，340-435℃ 对应废气温度 350-650℃ • 低压低温机组： 低压低温机组 <2.45MPa，280-340℃ 对应废气温度<350℃
水泥窑低温余热电站汽轮机汽耗率
• 蒸汽0.69-0.98MPa 300-340℃：汽耗率6.15.5kg/kWh，全三维汽机叶片 • 蒸汽0.98-1.27MPa 310-340℃：汽耗率5.45.2kg/kWh，全三维汽轮叶片 • 蒸汽2.29MPa 370℃：汽耗率4.62kg/kWh、 补汽4.25-4.41kg/kWh，全三维汽轮叶片
余热发电原则：不影响水泥生产(熟料产量、质量和水泥窑 运转率)、不增加水泥熟料热耗及电耗、不改变水泥生产用原燃 料的烘干热源、不改变水泥生产的工艺流程及设备
余热电站对水泥窑的影响分析
① 窑尾高温风机：窑尾高温风机负荷有所降低 ② 增湿塔：随着电站的投入，需要调整增湿塔喷水量，直 至停止或全开喷水 ③ 生料磨及煤磨：用于物料烘干的废气温度将产生较大幅 度的变化，需要根据烘干废气温度的变化调整烘干废气量或磨 的运行方式 ④ 窑尾电收尘：电站投入运行对提高收尘效果有显著作用 ⑤ 篦冷机废气排风机：篦冷机配套余热锅炉后对篦冷机废 气排风机的影响没有规律 ⑥ 窑头电收尘器：窑头电收尘工作温度大为降低，粉尘负 荷也相应降低 ⑦ 窑系统操作：由于窑系统增加了2台余热锅炉，而余热 锅炉废气不但取自还要送回水泥窑系统
5000 t/d熟料水泥生产线余热分布
单取风余热发电废气温度和热量分布
双取风余热发电废气温度和热量分布
三、水泥窑余热电站效益
• 余热电站产品（电力）可回用于水泥生产，大约减 少熟料生产过程50%的购电量。吨熟料成本可降低 12~14元左右。 • 余热电站可减少水泥厂对环境的热污染及粉尘污 染，窑头AQC锅炉沉降的粉尘回收到熟料系统，窑 尾SP余热锅炉沉降的粉尘通过输送设备回到生料系 统。9MW余热发电站可减少锅炉排污及粉尘排放约 14t/h，有巨大经济效益，属典型循环经济范例。
次中压中温余热发电技术特点 • 篦冷机排出部分500℃以下废气进篦冷机废气余热过热 器(ASH过热器)， ASH过热器废气和篦冷机排出部分 360℃以下废气汇合后进AQC余热锅炉 • 篦冷机设有两个及以上抽废气口，汽轮机主蒸汽温度可 调整，且不随篦冷机废气温度变化而变化。 • 选用一次补汽式中温中压蒸汽轮机，主蒸汽压力和温度 大范围内变化，实现热量的梯级利用，发电能力和年发 电量增加12.5-31.25%
③ 在相同废气参数条件下，如果以第一种模式发电能力 为100%，则第二种模式大约为101.5-102%，而第三种模 式大约为102-103%。 ④ 第一种模式不受汽轮机房与篦冷机相对位置的影响， 第二种模式（复合闪蒸补汽式）适用于汽轮机房与篦冷机 距离较远的情况，第三种模式适用于汽轮机房与篦冷机距 离较近的情况。 优点：能发电，系统简单，总投资低 优点 缺点：理论计算发电能力低；蒸汽温度不可调；汽轮机寿 缺点 命受影响；烘干温度不可调；对水泥窑波动的适应性不 好；窑头窑尾余热锅炉相互影响；单位发电投资高。
• 5000t/d水泥窑生产线 窑尾废气：33.2万标m3/h 330-200℃ 窑头废气：28.2万标m3/h 290-105℃ 可利用热量：窑尾70900MJ/h 窑头70800MJ/h 折合：4.84tce/h • 2500t/d水泥窑生产线 窑尾废气16.9万标m3/h 340-200℃ 窑头废气14.2万标m3/h 230-104℃ 可利用热量：窑头38900MJ/h 窑头24060MJ/h 折合：2.15tce/h
图1 单压不补汽式
主蒸汽
生料
冷风 C2 C3 AQC 冷风 C4 C1
给水泵
C5
GCT
SP
EP.
篦冷机
收尘室 回转窑 生料磨
风机
窑头锅炉
蒸汽 给水
窑尾锅炉
锅炉 给水
图2 复合闪蒸补汽式
图3 多压补汽式
三种纯低温余热发电技术区别与联系 • 共同点： ① 利用在窑头篦冷机中部增设抽废气口或直接利用篦冷 机尾部废气出口的400℃以下废气及窑尾预热器排出的 300-350℃的废气余热。篦冷机抽废气口只有1个，主蒸 汽温度不可调整，随废气温度变化而变化。 ② 采用0.69-1.27MPa 280-340℃低压低温主蒸汽 • 不同点： ① 窑头篦冷机在生产0.69-1.27MPa 280-340℃低压低温 蒸汽的同时，或再生产0.1-0.5MPa 160℃低压低温蒸 汽，或再生产85-200℃热水 ② 采用补汽式或不补汽式汽轮机
吨水泥热耗<3140kJ/kg，熟料发电35kWh/t.cl 2500t/d生产线发电<4MW，5500t/d生产线发电<8.13MW
330-350℃
1.57-3.43MPa 330-435℃
0.2MPa 150℃
图4 次中压中温循环系统
图5 次中压中温循环系统
图6 次中压中温循环系统
图7 次中压中温循环系统
第三代技术—中低温余热发电 对于新型干法窑，在保证满足生料烘干所需废 气量所需废气参数、煤磨烘干所需废气参数、不影 响水泥生产、不增加水泥熟料烧成热耗及电耗、不 改变水泥生产用原燃料的烘干热源、不改变水泥生 产的工艺流程及设备等前提下， 熟料热耗降到3140kJ/kg.cl 发电48-52.5kWh/t.cl 5500t/d水泥窑生产线余热发电装机12-15MW 最终目标：熟料热耗降至3140-3350kj/kg.cl， 外界购电为零
• 早期水泥行业，设计院对发电机组配置比较保 守，2500t/d生产线配3MW机组，5000t/d生产线配 6MW机组，吨熟料发电28kWh/t 。 • 随着余热机组不断成熟，目前配置2500t/d生产线 配4.5MW机组，5000t/d生产线配9MW机组。吨熟 料发电38kWh/t 。
以蒸汽参数来分有两类： • 0.69-1.27MPa 280-340℃低压低温—第一代纯低温技术 – a：单压不补汽式纯余热发电 – b：复合闪蒸补汽纯余热发电 – c：多压补汽式纯余热发电 • 1.57-2.47MPa 325-400℃次中压中温—第二代纯低温技术
熟料水泥窑生产线余热发电
一、新型干法熟料水泥生产线
窑头 燃烧器 篦冷机
窑尾 烟气 预分解炉
二、熟料水泥生产线余热资源来源
窑头篦冷机中部350℃左右热空气余热 窑尾预热器出口350℃左右热烟气余热 余热锅炉产生饱和蒸汽和过热蒸汽，过热蒸汽 推动低参数汽轮机做功发电 可利用的余热资源： 以5000t/d水泥窑生产线为例 窑头篦冷机中部取风，余热23万标m3/h，38098℃，具有约86390MJ/h热量。 窑尾预热器废气余热34.5万标m3/h，340-213℃ （烘干生料），具有约66030MJ/h热量。