浅谈余热发电工程设计改良策略

浅谈余热发电工程设计改良策略

发表时间：2019-07-23T16:21:11.070Z 来源：《基层建设》2019年第13期作者：付琳琳1 尹志国2

[导读] 摘要：纯低温余热发电技术已在水泥行业广泛应用，充分利用水泥窑的余热资源不仅可以提高发电能力，节省生产成本，也能减少对环境的污染。

1 天津健威泽节能环保科技股份有限公司大连分公司辽宁大连 116319

2 辽宁红沿河核电有限公司辽宁大连 116319

摘要：纯低温余热发电技术已在水泥行业广泛应用，充分利用水泥窑的余热资源不仅可以提高发电能力，节省生产成本，也能减少对环境的污染。合理优化的设计方案是提升水泥余热发电能力的有效措施。

关键词：余热发电提高发电能力

我国水泥生产线纯低温余热发电技术经过多年的发展，技术已趋成熟，系统和关键设备已基本定型。低温余热发电技术的运用，一方面综合利用了水泥生产线所排出烟气的余热，从而降低了生产成本，提高了水泥企业经济效益及缓解了水泥生产企业的用电紧张形势；另一方面降低了排烟温度和排尘浓度，减轻了热污染和环境污染。

目前国内水泥窑余热发电均为纯低温余热发电技术，合理优化的设计方案是提升水泥余热发电能力的有效措施。可从如下方面进行改良设计：

（一）双压技术

冷却机采用多级取废气方式（冷却机具有两个或两个以上的用于发电的取废气口），其原理是利用高温度的烟气产生高压过热蒸汽，利用低温度的烟气产生低压蒸汽，从而实现烟气余热的梯级利用的目的。窑头余热锅炉（AQC锅炉）如能同时采用高参数蒸汽，即热力系统采用1.57～3.43MPa-340～435℃的主蒸汽参数，余热发电系统的发电能力较单压低参数主汽发电系统高14.5%以上，对于大型水泥窑余热发电尤其有利。目前水泥企业窑尾C1出口风管普遍采用管道增湿技术，窑尾排烟温度在160-190℃即可满足烘干原料的需要，这时窑尾锅炉（SP锅炉）也可采用双压技术，利用较低温度的烟气热量产生低压蒸汽，作为补汽进入汽轮机膨胀做工发电，可提高发电量。

（二）优化煤磨取风方式

煤磨运行时需要一定的高温热风用于烘干原料，通常水泥线煤磨取风位置位于篦冷机中部，且在运行时需混入一部分冷风以满足煤磨的烘干温度要求。考虑配套余热发电项目及更好的利用余热资源，可将煤磨取风位置适当的后移，原冷风管道改为使用AQC锅炉出口的~100℃的热风，这样两路风混合后满足煤磨的运行要求，也可将余热更有效的用于提高发电能力。

（三）循环风利用

窑头锅炉排烟温度一般在100℃，现有余热发电系统中窑头排烟一般经除尘装置后由窑头排风机排入大气，这部分热量白白浪费。为了有效利用这部分热量，可在窑头排风机出口提取小于或等于窑头AQC余热锅炉通风量的100℃温空气，通过专用管道与冷却机中温室鼓风机串联，然后鼓入冷却机中，从而构成热风从篦冷机→沉降室→AQC锅炉→窑头收尘器→窑头排风机→专用管道→冷却机鼓风机→篦冷机的循环。在循环过程中，空气是循环纽带，热量是循环携带对象。首先温空气进入冷却机与熟料进行热交换获得热量成为热空气，然后热空气进入AQC锅炉再将所获得的热量全部传递给工质，由于该循环过程中热损失量很少，因此大大提高了余热锅炉的余热利用率。

（四）增设旁路放风锅炉

窑尾旁路放风是几十年来水泥行业常用的、成熟的排放熟料有害物成分的技术。利用旁路放风系统排出的高温废气可通过余热回收系统生产蒸汽用于发电，增加余热电站的发电量，不同的放风率，发电值增加不同。在旁路放风率为10%~30%时，发电能力可增加15%~30%（或每吨熟料发电能力增加4.5KWh~15.5KWh）。对于水泥系统通过放风的方式还可将窑尾烟室含有浓度较高的钾、钠、氯等的废气和粉尘排出生产系统，实现烧成系统的稳定和正常运行，生产高品质的低碱水泥熟料，或者扩大低价原、燃料来源。

（五）窑筒体辐射换热利用

水泥回转窑筒体表面温度在300-400℃左右，时刻向周围环境辐射热量，因此可在窑筒体周围设置辐射换热装置回收该部分热量。由于辐射换热能力与温度的四次方成正比，而窑筒体表面温度并不太高，仅靠窑筒体辐射的热量不足以加热给水产生高温蒸汽，很难直接用于余热发电系统。可利用这部分热量加热辐射换热装置的给水产生一定温度的热水，用于采暖、厂区职工洗澡、或对外供热水，提高热效率。

（六）提高凝汽器真空度

凝汽器真空度决定了汽轮机蒸汽排汽焓，蒸汽排气韩越低则转化为电能的蒸汽焓差越大，系统发电量也就越大，反之亦然。在设计中为提高凝汽器真空度可采取的措施主要有：①增加射水抽气器抽干空气量，减少凝汽器中不凝气体的含量，从而提高凝汽器真空度；②采用胶球清洗或者其他方式增强凝汽器的换热效果，减少换热端差，降低凝汽温度；③设计中合理选用循环冷却水的循环倍率，增加循环冷却水流量。

（七）合理布局工艺流程

合理布局余热发电系统流程降低蒸汽沿程的温降、压力损失，则可提高进入汽轮机蒸汽的品质，从而提高发电量。设计过程中应合理利用水泥厂现有空地，将汽机房尽量布置在窑头AQC余热锅炉、窑尾SP余热锅炉之间，缩短锅炉与汽轮机之间的间距，这样可减少室外管线部分的长度，减低管道的温降及压力损失，可提高发电量。

（八）其他措施

在水泥窑余热发电系统设计中还有一些其他的充分利用水泥窑余热的措施，可相应的提高发电量。如对窑尾增湿塔旁路的改造、采用新型的除氧器和蒸汽管道的保温，都可以将水泥窑的余热进一步利用。另外目前余热发电系统如有条件的情况下均采用变频电机，从节约自用电能角度节省电能资源，如余热系统的泵及风机均采用变频电机方式，厂用电率可降低至6%。

随着水泥窑余热技术的不断发展，未来还会研发出更多的余热回收方式来提高发电量。在水泥窑余热发电设计中，根据不同的水泥线余热情况，合理布局余热发电工艺，应用先进的技术措施，可进一步提高水泥窑余热发电能力、降低运行成本。