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1、涞水冀东水泥纯低温水泥余热发电系统介绍（培训教材）宁国水泥厂余热发电处二六年元月前 言（略）目 录第一章 纯低温水泥余热发电系统概述 11 水泥余热发电技术应用的背景 12 水泥余热发电技术发展的历程13 纯低温水泥余热发电系统工艺流程14 纯低温水泥余热发电热力设计特点15 纯低温水泥余热发电系统对水泥生产系统的影响16 纯低温水泥余热发电经济效益和社会效益第二章 纯低温水泥余热发电工艺流程主要系统介绍21 余热锅炉系统22 汽轮机组系统23 闪蒸器系统24 冷却水系统25 冷凝给水系统26 化学水处理系统第三章 余热锅炉概述31 余热锅炉基础知识32 余热锅炉的分类与内部结构33 余热锅炉
2、参数与技术经济指标34 余热锅炉控制与联锁保护35 余热锅炉水循环及汽水分离36 余热锅炉的水处理37 余热锅炉常见故障及处理第四章 汽轮机概述41 汽轮机工作原理与分类42 凝汽式汽轮机内部结构43 凝汽式汽轮机调节系统44 凝汽式汽轮机运行及常见故障处理第五章 发电机概述51 发电机工作原理52 发电机基本构造53 发电机励磁系统54 发电机的运行、监视第六章 发电机的并列61 水泥余热发电的电气主接线及接入系统62 发电机并列操作的意义63 准同期并列的基本原理64 发电机常见故障及处理第七章 余热发电的继电保护71 继电保护的基本原理72 发电机的继电保护第八章 余热发电高低压电气设备
3、81 高压电气设备82 高压电气设备的联锁83 低压配电系统84 高低压电气设备的常见故障及处理第九章 电气设备的试验91 一次设备试验的目的和要求92 试验的分类93 绝缘介质的特性94 绝缘电阻的测量95 直流高压试验96 电气设备的特性试验第十章 余热发电自动化控制系统101 余热发电的基本控制思想102 余热发电的自动化设备103 余热发电的自动化设备常见故障及处理 第一章 纯低温水泥余热发电系统概述第一节 水泥余热发电技术应用的背景我国是世界水泥生产大国，据中国水泥协会统计，2004年，我国水泥产量为9.4亿吨，约占全球水泥总产量的40%。但我国水泥工业却“大而不强”，突出问题是耗能
4、高、污染重。在能源消耗方面，我国吨水泥的平均综合煤耗约为159kg（标准煤），而国际先进水平约为110kg，仅此一项，我国水泥工业每年多消耗的煤炭约为5000万吨。 与此同时，由于节能技术、装备水平的限制和节能意识影响，在水泥生产过程中，仍有大量的中、低温废气余热资源未能被充分利用，能源浪费现象仍然十分突出。在新型干法水泥企业，由窑头熟料冷却机和窑尾预热器排出的350以下废气，其热能大约为水泥熟料烧成系统热耗量的30，造成了巨大的能源浪费，在我国能源日益紧张、环境负荷不断加重的情况下，迫切需要改变这一状况，切实提高能源的综合利用效率，开发利用水泥生产过程中的废气余热资源，实现变废为宝将受到各方
5、面的高度重视。 纯低温余热发电技术，即是在新型干法生产线生产过程中，通过余热回收装置余热锅炉将窑头、窑尾排出大量低品位的废气余热进行回收换热，产生过热蒸气推动汽轮机实现热能机械能的转换，再带动发电机发出电能，并供给水泥生产过程中的用电负荷。从而不仅大大提高了水泥生产过程中能源的利用水平，对于保护环境，提高企业的经济效益，提升产品的市场竞争力，起到了巨大的促进作用。 同时该项技术的开发应用，完全符合我国的可持续发展战略。从国家的产业政策来看，早在1996年国务院曾以国发199636号文批转国家经贸委等部门关于进一步开发资源综合利用意见的通知，意见明确指出：“凡利用余热、余压、城市垃圾和煤矸石等低
6、热值燃料及煤层气生产电力、热力的企业，其单机容量在500kW以上，符合并网条件的，电力部门都应允许并网，单机容量在1.2万kW以下（含1.2万kW）的综合利用电厂，不参加电网调峰”。国家发展改革委办公厅关于组织申报节能、节水、资源综合利用重大项目和示范项目以及现役火电厂脱硫设施设备选项目的通知（发改办环资2004906号），明确重点支持钢铁、有色、石油石化、化工、建材等高耗能行业节能技术改造，水泥中低温余热利用就列在其中，可见，利用水泥余热进行发电，国家在政策和法规上是扶持和大力提倡的，该技术的开发应用完全符合国家的产业政策。新型干法水泥生产技术在我国经历了一个逐步完善提升的发展过程。近年来，
7、新型干法水泥生产技术在应用中不断提升，尤其是海螺集团，在工艺系统优化、自动控制、投资成本、生产规模、劳动生产率和环境保护等生产技术和装备方面，已赶上甚至领先国际先进水平，只是在可燃废料替代率和生产用电自供率方面，与发达国家相比，还存在一定的差距。近两年来，我国经济发展水平持续高扬，电力需求增长迅猛，电能供应紧张，国家对工业企业节能提出了更高的要求，尤其是对高耗能产业，要求最大限度地回收利用余热，降低能耗，节约能源，实现经济可持续发展战略。因此，随着水泥市场竞争的日益激烈与残酷，充分利用窑系统排放废气进行余热发电，提高工厂生产用电自供率，降低水泥生产成本，提高产品的性价比，从而占领和扩大水泥市场
8、份额，保持企业可持续发展，是大型水泥企业当前及今后可供选择的技术之一。第二节 水泥余热发电技术发展的历程水泥窑余热发电技术的发展大致经历了中空水泥窑余热发电技术、带补燃炉的预分解窑余热发电技术和当前的纯低温水泥窑余热发电技术三个阶段，每个阶段的发展都与同时期的水泥发展技术、企业需求、国家产业政策、环境要求等因素息息相关，密不可分。 1、中空水泥窑余热发电技术 利用500t/d、700 t/d中空窑余热发电的技术，最早出现在我国上世纪的二、三十所代，尽管其技术装备落后、热力系统简单，但在当时我国总体工业极端落后，电力供应贫乏的条件下，基本保证了当时水泥厂生产运行的需要，为我国水泥工业的发展和壮大
9、奠定了一定的技术基础。新中国成立后，随着我国工业技术基础的逐步提高，国民经济的全面恢复和对水泥生产的需求增长，促进了带有余热发电的中空窑水泥生产技术的进一步提高。改革开放之后，我国的国民经济得到了突飞猛进的发展，但同时也出现了电力供应严重紧张的局面，使得具有余热发电技术及装备的中空窑水泥生产线得到了进一步的推广和应用。但由于理论分析不足，余热回收的主要设备余热锅炉存在着严重的漏风、堵灰和效率不高等问题。 中空水泥窑余热发电技术已有80多年的历史，我国水泥窑余热发电技术起源于二十世纪三十年代东北及华北地区建设的若干条中空窑配套的高温余热发电系统，很长一段时间内随着小水泥在全国范围的“遍地开花”，
10、中空水泥窑余热发电技术也随之“扎根落户”，得到了较快的发展。其水泥窑废气温度为800900、熟料热耗为6700KJ8400KJ/kg，所配套的高温余热发电系统的发电能力为每吨熟料100kW130kW。二十世纪八十年代后期，由于新型干法水泥技术的迅猛发展，中空窑等落后生产工艺的高能耗、低产量等劣势凸显，已逐步被淘汰，其中空水泥窑余热发电技术同样也少有发展的空间与意义。 2、带补燃炉的预分解窑余热发电技术 带补燃炉的预分解窑余热发电技术已发展了10多年，主要是为解决水泥厂供电紧张而设置。利用窑头窑尾废气余热生产出低压蒸汽或高温水，再经补燃锅炉加温加压，提高蒸汽品质，可发出更多的电能，以满足水泥生产
11、用电需要。补燃锅炉能燃用劣质煤、煤矸石，综合利用了资源。但增设补燃锅炉而多发出的电能部分，与大容量的高温高压蒸汽发电（火电厂）相比，其单位电能煤耗要高40%以上，是不经济的，环境污染也较明显，环保措施难以跟上，同时由于国家产业政策调整、环保要求及煤资源供应日趋紧张，故带补燃炉的预分解窑余热发电技术受到很大局限，未能大范围的推广与应用。带补燃炉的水泥中、低温余热发电技术，是回收利用水泥生产线低温废气余热的同时，配置一台标准的循环流化床锅炉，燃用发热量小于3,000kcal/kg以下的劣质煤（煤矸石）进行发电或热电联供，循环流化床锅炉所产生的灰渣全部回用于水泥生产，起到了资源综合利用的效果。但是企
12、业往往一味地追求经济效益，水泥余热回收效率得不到应有的重视，实际运行的情况类似于小火电。因此国家对于带补燃炉的余热发电技术不在产业政策的鼓励范畴，推广应用的意义不大。3、纯低温水泥窑余热发电技术 纯低温水泥窑余热发电技术是直接利用窑头窑尾排放的中低温废气进行余热回收发电，无需消耗燃料，发电过程不产生任何污染，是一种经济效益可观、清洁环保、符合国家清洁节能产业政策的绿色发电技术，具有十分广阔的发展空间与前景。第三节 纯低温水泥余热发电系统工艺流程纯低温水泥窑余热发电技术是直接利用窑头窑尾排放的中低温废气进行余热回收发电，无需消耗燃料，发电过程不产生任何污染，是一种经济效益可观、清洁环保、符合国家
13、清洁节能产业政策的绿色发电技术，具有十分广阔的发展空间与前景。工艺流程（见附图）: 余热电站的热力循环是基本的蒸汽动力循环，即汽、水之间的往复循环过程。蒸汽进入汽轮机做功后，经凝汽器冷却成凝结水，凝结水经凝结水泵(150A/B)泵入No.2闪蒸器出水集箱，与闪蒸器出水汇合,然后通过锅炉给水泵(230A/B)升压泵入AQC锅炉省煤器进行加热,经省煤器加热后的高温水(223)分三路分别送到AQC炉汽包,PH炉汽包和No.1闪蒸器内。进入两炉汽包内的水在锅炉内循环受热,最终产生一定压力下的过热蒸汽作为主蒸汽送入汽轮机做功.进入No.1闪蒸器内的高温水通过闪蒸原理产生一定压力下的饱和蒸汽送入汽轮机后级
14、起辅助做功作用，而No.1闪蒸器的出水作为No.2闪蒸器闪蒸饱和蒸汽的热源，No.2闪蒸器闪蒸出的饱和蒸汽同样送入汽轮机后级辅助做功。做过功后的乏汽经过凝汽器冷凝后形成凝结水重新参与热力循环。生产过程中消耗掉的水由纯水装置制取出的纯水经补给水泵(511)打入热水井(凝汽器140)。水泥厂余热资源的特点是：流量大，品位较低。以宁国水泥厂4000t/d生产线为例，PH（预热器）和AQC（冷却机）出口废气流量和温度分别为258550Nm3/h、350和306600Nm3/h、238，余热发电便是充分利用这两部分余热资源进行热能回收。1）热力系统整个热力系统设计力求经济、高效、安全，系统工艺流程是由两
15、台高效余热锅炉AQC、PH锅炉、两台高低压闪蒸器和一套汽轮发电机组组成，辅之以冷却水系统、纯水制取系统、锅炉给水系统及锅炉粉尘输送系统。余热锅炉内进行热交换产生压力为25kg/cm2、温度为335350、额定蒸发量为31.1t/h的过热蒸汽通入汽轮机，进行能量转换，拖动发电机向电网输送电力。（1）采用凝汽式两点混汽式汽轮机。凝汽式是指做过功的蒸汽充分冷凝成凝结水，重新进入系统循环，减少系统补充水量。混汽式是指汽轮机除主蒸汽外，另有两路低压饱和蒸汽导入汽轮机做功，从而提高汽轮机相对内效率，提高发电机输出功率。（2）设置具有专利技术、高热效率的余热PH锅炉，采用特殊设计的机械振打装置进行受热面除灰
16、，保证锅炉很高的传热效率。（3）应用热水闪蒸技术（高压热水进入低压空间瞬间汽化现象），设置一台高压闪蒸器和一台低压闪蒸器，一方面将闪蒸出的饱和蒸汽导入汽轮机做功，进一步提高汽轮机做功功率，另一方面形成锅炉给水系统循环，可以有效地控制AQC炉省煤器段出口水温，保证锅炉给水工况稳定。（4）由于PH出口废气还要用于原料烘干，所以PH锅炉无省煤器，只设蒸发器和过热器，控制出炉烟温在250，仍可满足水泥生产线工艺需求。（5）采用热水闪蒸自除氧结合化学除氧的办法进行除氧，不另设除氧器，减少了工艺设备，简化了工艺流程。（6）热力泵均采用一用一备双系列。在运行泵出现故障时，备用泵自动投入使用，保证了发电系统安
17、全、稳定运行。第四节 纯低温水泥余热发电热力设计特点选择设计出针对新型干法预分解窑纯低温余热发电技术的热力系统的基本原则：力求简单合理、稳定安全、经济高效，尽最大限度回收热能并转化为电能，且尽可能实现窑、发电系统“互补互利”，发电系统能够长期稳定运行的控制思想。主要原则、指导思想：1、水泥生产企业中水泥生产是主业，余热发电是辅业，因此余热电站热力系统设计应以不影响水泥生产为原则；2、余热电站应能保证运行安全、稳定、可靠，同时考虑技术指标、经济指标的先进性；3、首先满足水泥生产过程中原燃料烘干对余热的需求，其次按最大限度的回收余热并使其有效地转化为电能来确定技术设计；4、不违背国家产业及产业调整
18、政策，通过最大限度地追求节能、降耗达到降低水泥生产成本、提高企业经济效益的目的。须考虑的几个问题：1、国家的产业政策及电网管理、电力调度部门间的利益。国家大力倡导、支持水泥窑配套建设纯低温余热发电，电力行业应当给予支持。2、余热电站运行方式采取“并网不上网”的方式，即余热电站与电网并网，但所发电量不外送，仅供水泥工厂自用电。尽管如此，余热电站正常生产运行时仍须接受电网的调度管理。因此，水泥工厂应与电网管理、调度部门签订两份协议：余热电站并网协议、余热电站调度、管理协议。3、余热电站是耗水大户，因此配套余热电站前须考虑水资源的供应能力。4、余热电站的生产运行方式与水泥生产有很大的不同，且电站对安
19、全、稳定运行的要求更高，因此水泥工厂对电站技术管理人员及生产运行人员的配置、培训应给予足够的重视。5、对于余热电站，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：（1）废气参数是否达到设计要求；（2）锅炉系统是否有严重漏风现象；（3）锅炉旁路挡板是否有关闭不严现象；（4）锅炉压损是否超过设计值，是否已影响到窑头窑尾排风机的正常工作；（5）窑头锅炉用风、窑系统用风之间风量匹配是否合理，是否有互相抢风现象；（6）窑尾锅炉振打除灰是否正常，窑头锅炉管道、受热面的磨损是否严重。纯低温水泥余热发电技术热力系统的设计是项目起步的第一步，也是非常关键的一步。如何最优、最合理的设计选择不仅直接
20、反映在系统整体效率高低上，系统是否能最大限度地回收热能并转化为电能，而且还表现在系统是否适应水泥窑系统工况波动的影响，是否具备长期稳定运行的条件。一、热力设计的主要原则选择设计出针对新型干法预分解窑纯低温余热发电技术的热力系统的主要原则：力求简单合理、稳定安全、经济高效，尽最大限度回收热能并转化为电能，且尽可能实现窑、发电系统“互补互利”，发电系统能够长期稳定运行的控制思想。二、余热发电设计与火力发电设计的区别为实现这一原则，热力设计必须“量身定做”、“合体裁衣”，设计出适应水泥窑工况、针对性强的余热发电热力系统，而不能简单地套用普通火力发电厂的热力系统。余热发电与火力发电两者之间因为热力资源
21、的不同、热力资源利用程度的不同、汽轮机运行控制方式的不同等，控制思想也不尽相同：火力发电要求蒸汽参数高、自主控制性强，而余热发电则因为热源的限制，蒸汽参数较低，但要求适应水泥煅烧波动性强。如果简单地套用火力发电系统，势必会造成工艺过于复杂，设备多自耗电增加，热损失增大，难以适应水泥窑工况波动等问题，从而导致系统效率下降，工况不稳，即使能够勉力运行，也会在运行过程中易发生各种工况波动所造成的工艺故障、事故导致被迫解列停机次数的增加，从而无法实现稳定运行。三、三种针对性强、具有工业应用价值的热力系统的比较目前针对性强、具有工业应用价值的热力系统有三种：单压不补汽热力系统、双压单级补汽热力系统、应用
22、闪蒸技术补汽式热力设计。1、单压不补汽热力系统：汽轮机只有主蒸汽一路进口，无补汽。窑头窑尾锅炉产生蒸汽合并为主蒸汽进入汽轮机。应用实例：广西柳州水泥厂余热电站（江西万年水泥厂也为此型，但其AQC锅炉只生产饱和蒸汽供给PH炉，本身并不生产过热蒸汽）。能力分析及存在不足：采用单压不补汽热力系统，系统整体效率在三者中为最低，发电能力也最低。是因为：（1）无补汽，汽轮机内效率得不到提高，发电能力低。实验证明：无补汽，汽轮机内效率约下降3.24.3%，发电功率下降300kW400kW（以宁国川崎混汽式汽轮机为例），国产汽轮机则可能会更明显；（2）相比于带闪蒸系统的AQC锅炉，其出口废气温度要高，是因为无
23、闪蒸系统，省煤器段的给水流量明显减少，从而无法更多的吸收废气余热，造成出口废气温度高，使AQC炉的热效率下降，AQC炉出力不足。2、双压单级补汽热力系统双压是指在AQC锅炉蒸发器受热面上导出一路一定压力下的饱和蒸汽，用于汽轮机补汽，故需设置两个汽包，以高低两个压力系统的工质分别吸收高位和低位热能。这种设计类似于闪蒸应用技术，均能一方面产生饱和蒸汽用于补汽，另一方面使AQC炉的余热利用达到最大限度，AQC炉热利用效率高，出力提高应用实例：上海万安水泥厂余热电站。能力分析及存在问题：采用双压单级补汽热力系统，系统整体效率在三者中与应用闪蒸技术不相上下。是因为：（1）同样有补汽系统；（2）同样AQC
24、炉热利用效率高。但存在两个问题：（1）双压单级补汽技术较成熟应用于燃气蒸汽联合循环余热发电上，其余热锅炉的设计与制造较为复杂，应用于水泥窑余热发电的难点是如何应对窑头余热锅炉运行工况的波动。因窑头废气的温度变化范围较大，一般为设计温度上下波动4080，这种运行工况将使补汽用的饱和蒸汽的参数难以稳定，导致补汽系统可能会频繁的退出、投入，造成操作繁琐，运行难以稳定与正常；（2）窑头废气的工况波动还会造成锅炉“汽塞”故障发生。当废气温度的突然升高可能会引起省煤器末端出现汽化现象，导致给水受阻，流量大幅下降甚至中断，锅炉因缺水而被迫停炉。这种工艺故障会由于窑系统的不稳定运行而可能会经常性的发生。从设计
25、的角度来讲，是由于热力设计上没有充分考虑水泥窑的工况特点来设计出适应性强的热力系统，算是简单套用，并不完全适用。3、应用闪蒸技术补汽式热力系统同双压系统不同的是，闪蒸系统不是另设一个低压部分，而是利用闪蒸原理（即高温高压水在压力突然降低时，部分瞬间汽化为饱和蒸汽的现象）实现了补汽。应用闪蒸，加大了省煤器的工质流量，这样便可以最充分地吸收锅炉低位热能，进一步降低排烟温度。同时闪蒸出饱和蒸汽进入汽轮机做功。闪蒸技术能够实现自动调节省煤器的工质流量，即便工况波动，也能控制闪蒸蒸汽参数在要求范围内，同时还可以避免“汽塞”事故的发生。应用实例：安徽海螺宁国水泥厂余热电站。能力分析及存在问题：应用闪蒸技术
26、补汽式热力系统在三者的比较中，设计最符合简单合理、稳定安全、经济高效的原则。应用闪蒸技术，一是充分回收利用了锅炉低位热能，提高了锅炉热效率，采用调整给水量的方式，提高了对水泥窑余热参数波动的适应性能，进而保证余热发电系统能够安全稳定运行，提高了相对窑运转率；二是通过给水的闪蒸，生产出饱和蒸汽，导入汽轮机辅助做功，提高了汽轮机的相对内效率，从而提高了发电系统循环效率。存在问题：（1）应用闪蒸技术的关键是补汽式的汽轮机。由于闪蒸蒸汽为饱和蒸汽，做功后即带水，因此汽轮机后几级叶片的蒸汽含水量较高，这对汽轮机的结构和叶片材质的要求进一步提高。如何防止水蚀、水冲击对末级叶片的危害，则是汽轮机生产厂家必须
27、高度关注的问题。（2）由于闪蒸器的出水带走一部分热焓，所以闪蒸系统并没有完全利用低位热能。可能的情况下，应根据热水温度设计多级复合闪蒸热力系统来最大化的利用低位热能（宁国一线在热水温度223情况下设计为二级闪蒸）。第五节 纯低温水泥余热发电系统对水泥生产系统的影响1、冷却机必要的改造由于冷却机出口的废气温度多在200左右，这种温度下的热量品位很低，很难进行动力回收，因此需要对冷却机进行必要的改造，使进入AQC炉的热源品位提高。改造措施是在冷却机中部（四室与五室之间）新开一抽气口，利用这部分温度在360左右的废气，引入AQC余热锅炉进行动力回收。原有抽气口则抽取冷却机后部低温废气，压力的平衡用挡
28、板实现，两抽气口之间用挡墙相隔，避免互相抢风及风温出现偏差。锅炉出口废气与原抽气口的废气混合后进入窑头电收尘。2、窑头电收尘的影响冷却机改造和窑头余热锅炉的投入会对窑头电收尘的收尘效果产生一定的影响。是因为窑头电收尘原设计为高温电收尘，温度在250以上时，收尘效果较好。窑头余热锅炉的投入，使电收尘的入口废气温度由220左右降至125左右，粉尘比电阻会产生一定的变化，从而影响收尘效果，粉尘比电阻过高，不利于收尘器运行。对照熟料粉尘比电阻曲线图，125时粉尘比电阻约3.51010.cm，处于较高水平，故余热锅炉投入后应尽可能地降低入电收尘废气温度（控制在100左右或以下效果更佳），从而降低比电阻，
29、必要时需采取废气调质措施来提高收尘效果。3、窑头排风机的影响由于在冷却机前设置了余热锅炉及冷却机改造，废气全流程的阻力比原来增加约1.0kPa，需要排风机提供更大的抽力。水泥厂的窑头排风机设计能力一般都有较大的余量，一般来说可以适应改造后的工况，只需调整其工作点。宁国一线窑头风机能力较大，电机额定电流为84A，投入AQC炉后，电机电流由59A升至72A左右，能满足AQC炉在120%负荷下运行。4、窑尾排风机的影响由于在风机前加入一台PH余热锅炉，压力损失约增加1.0kPa，但由于进入风机废气密度的增大，提高了风机的输出压力，而且进入风机的废气含尘量大大降低，故对窑尾风机影响不大，一般只需调整其
30、工作点，不需更换风机。5、原料磨的影响宁国一线原料磨为球磨机，对入磨热风温度有较高要求，增设PH锅炉后，窑尾排风机入口温度将由350左右降至250，入磨风温的下降，使原料磨的烘干能力受到一定的不利影响，从而影响到原料磨的生产能力，雨季时入磨水份较高，则需考虑PH炉的旁路放风，提高入磨风温，保证水泥生产。如果原料磨采用立磨，则对入磨风温的要求就宽松得多，可以降至200，从而PH炉的设计参数会相应改变，锅炉的出力会相应增加，吨熟料发电量会有所提高。6、增湿塔的影响宁国一线在PH炉投入前增湿塔喷水量约24t/h，PH炉投入后，烟温降至250，且烟气含尘量降低，故增湿塔喷水量大为减少，已能保证窑尾电收
31、尘的工作效率。目前水泥生产线增湿塔的工艺布置均在窑尾高温风机前的废气管道上，PH炉的工艺布置与增湿塔是“并联”关系，PH炉投入运行，增湿塔则退出，可能会影响到窑尾电收尘的收尘效果，必要时需考虑采用废气调质措施。 综上所述，余热锅炉的投入，会产生废气温度的变化及压损的增加，对原料磨、增湿塔、窑头电收尘及排风机等设备运行工况产生一定的影响，但一般影响较小，通过工艺参数、设备工况调整即可解决，除对冷却机做较大的改造外，增设余热锅炉在技术上是没有问题的。第六节 纯低温水泥余热发电经济效益和社会效益宁国水泥厂4000t/d熟料生产线余热发电主要经济技术指标分析自一九九八年三月开始实质性运转至二四年底，从
32、统计数据表明，平均吨熟料发电量已达36.12kWh/t，相对窑运转率为96.24%，累计发电量已达3.56亿千瓦时。系统运行六年来实现了安全、稳定、高效运行。请参见下面生产数据统计图表： 表一年份总发电量(万kWh)运转时间(h)相对窑运转率(%)吨熟料发电量(kWh/t)1998年4106.545514.193.2137.101999年4108.746766.394.3531.432000年5167.717585.995.5536.422001年5294.377798.896.7736.482002年5613.778109.798.4837.042003年5701.938123.198.02
33、37.882004年5619.548092.997.3136.45累计35612.651990.8平均96.24平均36.12表二表三 2）经济效益和社会效益水泥余热发电项目充分利用熟料煅烧生产时排放的大量废气进行回收发电，即可降低水泥熟料的生产成本，提高企业经济效益，又能保护环境，创造良好的社会效益。余热发电项目将成为海螺集团稳定的经济增长点及清洁化生产的亮点。（1）经济效益：自发电机组正式并网以来，截止到二OO四年十二月底，发电机并网电量累计为33066.3万千瓦时，按本地区现行综合电价0.50元/kWh计算，创产值1.65亿元。（2）社会效益：从能源利用率的角度来讲，水泥生产过程中消耗的
34、能源有效利用率仅为60%，其余40%的能量随废气排放到大气中，余热发电建成后，可将排放掉的38%的废气余热进行回收，使工厂的能源利用率提高到95%以上，为工厂的可持续发展创造了有利条件。从环境保护的角度来讲，减少了二氧化碳的排放量。众所周知火力发电是燃煤发电，在电力生产过程中要产生大量的二氧化碳，而余热发电整个生产过程不烧1克煤，按发电机组截止到二OO四底累计发电量35612.6万千瓦时来计算，共减少二氧化碳的排放量总计为284900吨，这对减少温室效应、保护生态环境起着积极的促进作用。第二章 纯低温水泥余热发电工艺流程主要系统介绍共分为六大系统第一节 余热锅炉系统余热锅炉: AQC炉和PH炉
35、AQC锅炉的设计特点如下: 锅炉型式为立式,锅炉由一组省煤器、六组蒸发器、一组过热器、汽包及热力管道等构成。锅炉前设置一预除尘器（沉降室），降低入炉粉尘。废气流动方向为自上而下,换热管采用螺旋翅片管,以增大换热面积、减少粉尘磨损的作用。锅炉内不易积灰，由烟气带走，故未设置除灰装置，工质循环方式为自然循环方式。 主要工艺参数为:最高使用压力:31kgf/cmG，额定蒸汽压力26kgf/cmG，额定蒸汽温度:350，额定蒸发量:11.8t/h，设计废气流量:165300Nm/h，设计入口废气温度360，设计出口废气温度:91。过热器作用：将饱和蒸汽变成过热蒸汽的加热设备，通过对蒸汽的再加热，提高其
36、过热度（温度之差），提高其单位工质的做功能力。蒸发器作用：通过与烟气的热交换，产生饱和蒸汽。省煤器作用：设置这样一组受热面，对锅炉给水进行预热，提高给水温度，避免给水进入汽包，冷热温差过大，产生过大热应力对汽包安全形成威胁，同时也避免汽包水位波动过大，造成自动控制困难。一方面最大限度地利用余热，降低排烟温度，另一方面，给水预热后形成高温高压水，作为闪蒸器产生饱和蒸汽的热源。沉降室作用：利用重力除尘的原理将烟气中的大颗粒熟料粉尘收集，避免粉尘对锅炉受热面的冲刷、磨损。PH 锅炉的设计特点如下: 锅炉型式为卧式,锅炉由四组蒸发器、一组过热器、汽包及热力管道构成，废气流动方向为水平流动,换热管采用蛇
37、形光管,以防止积灰。因生料具有粘附性，故锅炉设置振打装置进行除灰,工质循环为采用循环泵进行强制循环方式。主要工艺参数为: 最高使用压力:31kgf/cmG，额定蒸汽压力:26kgf/cmG，额定蒸汽温度:330，额定蒸发量:19.3t/h，设计废气流量:258550Nm/h，设计入口废气温度:350，出口废气温度:250。在大型干法水泥生产线（2000t/d以上）上，通过设置在窑头的AQC锅炉和窑尾的PH锅炉来回收篦冷机与预热器出口废气的余热进行发电是水泥纯低温余热发电的主要方式。现就宁国一线中的这两类川崎型锅炉的设计参数、结构型式及特点等加以说明。一、 锅炉设计参数项 目单 位锅炉PHAQC
38、废气入口温度350360废气出口温度25091废气流量Nm3/h258550165300废气管道直径：入口出口旁路mm330032003400370023002240蒸发量t/h19.311.8蒸汽压力kg/cm22626蒸汽温度330350给水温度22357二、锅炉结构特点PH锅炉该炉结构型式为卧式强制循环汽包炉，2台强制循环泵（1台备用）。PH锅炉采用卧式布置的优点一是可以减少受热面积灰，二是可以减少振打装置的数量，系统漏风量少。锅炉受热面包括：一组过热器和四组蒸发器，全部为蛇形悬吊光管。受热面中过热器和第二、第四组蒸发器为逆流式，第一、第三组蒸发器为顺流式，其中第一、二组蒸发器共用一个出
39、口联箱，第三、四组蒸发器共用一个出口联箱。在受热面中，蒸发器换热面积5702m2,传热管共1044根，规格31.8 t2.9；过热器换热面积1314m2，传热管共80根，规格38.1 t3.2。为增强换热效果，管与管之间采用错列布置。为减少受热面的积灰，保证受热面的换热效果，在受热面传热管下端焊接有振打杆，通过振打装置（410A、B）锤头连续地振打，使粘附在传热管表面的生料粉尘在振打力的作用下落入下部灰斗，灰斗中的粉尘通过锅炉底部的粉尘输送装置（包括：411拉链机、412回转阀、413、414、415拉链机）送入窑喂料斗提0417。锅炉入口废气管道上设有入口挡板490，废气管道上设有旁路挡板4
40、91，出口废气管道上未设挡板。为满足水泥熟料系统中原料磨烘干的需要，该炉出口废气温度设计在250，故而没有省煤器，当雨季原料中水分较大时，还可以通过调节491挡板的开度来提高入磨风温，以保证原料磨的产能。AQC锅炉该炉结构型式为立式自然循环汽包炉，受热面自上而下依次为一组过热器、一组蒸发器和两组省煤器，均为逆流式布置。其中，过热器出、入口各一个联箱，换热面积2539m2,传热管共80根；蒸发器出、入口各六个联箱，换热面积6524m2,传热管上下九层，共298根；省煤器出、入口各一个联箱，换热面积20252m2,传热管共80根。因受热面传热管全部采用鳍片管，故虽然受热面换热面积较大，但炉体结构尺
41、寸却较PH炉要小。因该炉利用的废气中所含粉尘为熟料颗粒，不具有粘附性，而熟料颗粒硬度较大，为减少入炉粉尘含量，降低熟料颗粒对锅炉受热面传热管的磨损，在锅炉入口前段风管设有沉降室，沉降后的熟料颗粒经311回转阀、312拉链机送入0701裙板机。锅炉的取风口取自篦冷机四室，以保证有较高的入炉温度，同时又能满足工艺生产线的需求。在锅炉沉降室前的入口废气管道上设有入口挡板390，废气管道上设有旁路挡板391，出口废气管道上未设挡板。另外在原篦冷机直接入0537电收尘的余风出口设有挡板392。鉴于该炉入炉风温时常超温的实际运行情况，2000年在沉降室上增设一冷风挡板，较好地起到了调节入炉风温的作用。第二
42、节 汽轮机组系统汽轮机是用具有一定温度和压力的蒸汽来做功的回转式原动机。由于其具有热效率高、运转平稳、输出功率大、事故率低等优点，广泛应用于拖动发电机、大型风机水泵及船舶的动力设备。依其做功原理的不同，可分为冲动式汽轮机和反动式汽轮机两种类型。两种类型各具特点，各有其发展的空间。冲动式汽轮机：蒸汽的热能转变为动能的过程，仅在喷嘴中发生，而工作叶片只是把蒸汽的动能转变成机械能的汽轮机。即蒸汽仅在喷嘴中产生压力降，而在叶片中不产生压力降。反动式汽轮机：蒸汽的热能转变为动能的过程，不仅在喷嘴中发生，而且在叶片中也同样发生的汽轮机。即蒸汽不仅在喷嘴中进行膨胀，产生压力降，而且在叶片中也进行膨胀，产生压
43、力降。冲动式与反动式在构造上的主要区别在于：冲动式：动叶片出、入口侧的横截面相对比较匀称，汽流通道从入口到出口其面积基本不变。反动式：动叶片出、入口侧的横截面不对称，叶型入口较肥大，而出口侧较薄，汽流通道从入口到出口呈渐缩状。最简单的汽轮机单级汽轮机结构由轴、转轮、叶片和喷嘴组成，工作原理为：具有一定压力和温度的蒸汽通入喷嘴膨胀加速，此时蒸汽压力、温度降低，速度增加，蒸汽热能转变为动能，然后，具有较高速度的蒸汽由喷嘴流出，进入动叶片流道，在弯曲的动叶片流道内，改变汽流方向，给动叶片以冲动力，产生了使叶轮旋转的力矩，带动主轴旋转，输出机械功，完成动能到机械能的转换。热能动能机械能，这样一个能量转
44、换的过程，便构成了汽轮机做功的基本单部分元，通常称这个做功单元为汽轮机的级。由于单级汽轮机的功率较小，且损失大，故使汽轮机发出更大功率，需要将许多级串联起来，制成多级汽轮机。多级汽轮机的第一级又称为调节级，该级在机组负荷变化时，是通过改变部分进汽量来调节汽轮机负荷，而其它级任何工况下都为全周进汽，称为非调节级。汽轮机分类按热力过程可分为：1、凝汽式汽轮机：进入汽轮机做功的蒸汽，除少量漏汽外，全部或大部分排入凝汽器，形成凝结水。2、背压式汽轮机：蒸汽在汽轮机内做功后，以高于大气压力被排入排汽室，以供热用户采暖和工业用汽。3、调整抽汽式汽轮机：将部分做过功的蒸汽以某种压力下抽出，供工业用或采暖用。
45、4、中间再热式汽轮机：将在汽轮机高压缸做完功的蒸汽，再送回锅炉过热器加热到新蒸汽温度，回中、低压缸继续做功。按蒸汽初蒸汽分类：1、 低压汽轮机：新汽压力为1.21.5MPa；2、 中压汽轮机：新汽压力为2.04.0MPa；3、 次高压汽轮机：新汽压力为5.06.0MPa；4、 高压汽轮机：新汽压力为6.010.0MPa；还有超高压、亚临界压力、超临界压力汽轮机等等。汽轮机型号表达方式：我国采用汉字拼音和数字来表示汽轮机的型号。型号中第一组符号的汉字拼音，表示汽轮机的热力特性或用途，数字表示汽轮机的额定功率，第二组符号由数字组成，表示汽轮机主蒸汽参数。例如 N6-2.35 凝汽式，额定功率6MW
46、，初压2.35MPa B3-3.43/0.49 背压式，额定功率3MW，初压3.43MPa背压0.49MPa针对水泥余热资源品位低、流量大的特点,在满足水泥工艺要求前提下,为充分利用余热热能，宁一线采用多级冲动混压凝汽式带减速机型汽轮机。利用参数较低的主蒸汽和来自闪蒸器的饱和蒸汽发电,汽轮机额定功率6480kW,排气压力-95.6kPa, 转速5829rpm，级数9级,工作状态下额定蒸汽条件: 入口蒸汽压力主蒸汽 高压混汽 低压混汽 2.45Mpa 0.31Mpa 0.006Mpa入口蒸汽温度 335 饱和 饱和 入口蒸汽流量 31.93t/h 2.24t/h 0.93t/h 汽轮机为减速式汽轮机，通过减速机后转速为1500rpm，这样汽轮机的整体尺寸较小，暖机和冲转所需的时间较短，便于汽轮机停机后能够在短时间内迅速再投入，适应窑系统工况的波动。针对汽轮机后几级叶片水份较多、易发生水蚀现象的特点，在低压部分特别设计了集水槽和疏水孔，充分利用转子转动的离心力分离水珠，避免水蚀。另在末两级叶片前部覆盖了一层特殊合金，以减轻水击产生的损伤。汽轮机的调节系统采用电、液（压）调节方式，感应机
