【文章內容簡介】 世界水泥界的水泥窯外分解窯技術，把水泥工業(yè)技術推向世界顛峰。自窯外分解技術發(fā)明以來，特別是80年代以來，世界上新建的大中型水泥廠，基本上都采用這種窯型。本工程生產能力為5000t/d水泥熟料，其生產工藝采取目前國際上先進的、國內鼓勵發(fā)展的新型干法水泥生產工藝，燒成系統(tǒng)采用了窯外分解系統(tǒng)。二、項目的余熱條件根據(jù)建設單位對5000t/d熟料生產線的測定，測定期間，熟料產量約為5000t/d，其中窯頭、窯尾風量、溫度、含塵量等測定數(shù)據(jù)如下：項目單位窯頭廢氣預熱器出口廢氣氣體靜壓Pa4505151氣體溫度℃256330氣體流量Nm3/h280000426000氣體含塵量g/Nm3氣體含濕量%/干氣體成分:O2%21COPPm/117CO2%/N2%795000t/d水泥熟料生產線窯頭、窯尾可利用的廢氣參數(shù)如下：⑴窯頭熟料冷卻機廢氣量：280000Nm3/h；廢氣溫度：256℃；余熱鍋爐出口溫度：120℃；含塵濃度：20g/Nm3⑵窯尾預熱器出口廢氣量：426000Nm3/h；廢氣溫度：330℃；余熱鍋爐出口溫度：200℃（進立磨烘干原料）；含塵濃度：70g/Nm3三、裝機方案水泥煅燒技術的發(fā)展是隨著水泥工業(yè)節(jié)能技術進步而發(fā)展的，在20世紀初，人類就開始回收水泥生產過程中的高溫余熱用來發(fā)電，通過余熱回收利用，水泥熟料熱耗降至46006700kJ/kg。由于水泥熟料產量低，總的熱量不多，余熱回收的發(fā)電機裝機大部分只有7503000KW。進入20世紀70年代以后，新型干法水泥技術的發(fā)展。使水泥窯的單臺生產線的能力成倍提高，回水余熱的熱量增多，使裝機容量大大提高。如目前的國內技術水平比較先進的的窯外分解窯水泥生產技術，生產過程中由窯頭熟料冷卻機和窯尾預熱器排掉的廢氣，其熱量占水泥熟料燒成系統(tǒng)總熱耗量30%以上。若按目前國內成功的實例測算，按噸熟料發(fā)電量28KWH計算，5000t/d的水泥生產線發(fā)電機裝機可達9000KW。因此根據(jù)水泥熟料裝置運行的技術參數(shù)和余熱量，SP余熱回收鍋爐選用型號為KS325/，AQC余熱回收鍋爐選用型號為KA200/，發(fā)電機選用QF92型。四、建設規(guī)模根據(jù)水泥熟料生產規(guī)模，新上余熱回收裝置和9000KW發(fā)電機組一套，年發(fā)電量5659萬KWH，年供電量5200萬KWH。第五章 工程技術方案一、熱力系統(tǒng)設計原則⑴遵照《火力發(fā)電廠設計技術規(guī)范》（DL50002000）和《小型火力發(fā)電廠設計規(guī)范》（GB5004994）進行設計。⑵貫徹節(jié)約用水原則，積極采取措施節(jié)約用水，減少水量消耗。⑶工藝系統(tǒng)設計和設備選型，貫徹技術先進、安全可靠的原則。⑷車間布置，要合理分區(qū)，方便施工、有利于檢修和運行操作，提高綜合技術水平。⑸設備選擇與系統(tǒng)確定，要充分結合水泥余熱發(fā)電系統(tǒng)的特點，體現(xiàn)技術成熟可靠，經(jīng)濟合理。余熱鍋爐與水泥生產工藝系統(tǒng)的銜接⑴SP爐現(xiàn)有的窯尾預熱器旋風筒出口廢氣管道經(jīng)過改造后，接旁路管道，旁路管道與SP爐進口相連，出口則與高溫風機進口相連，SP爐的排灰經(jīng)過輸送設備被送到增濕塔的回灰系統(tǒng)中；通過控制增濕塔的廢氣管道和旁路管道的閥門，實現(xiàn)鍋爐和增濕塔之間投運轉換，當余熱鍋爐停用時水泥生產線可正常生產。水泥生產線采用旋風預熱器帶分解爐的低熱耗燒成系統(tǒng)，5000t/d水泥生產線窯尾一級筒出口廢氣溫度320℃設計，SP爐排煙溫度按200℃設計。①SP爐形式的確定SP爐有兩種布置形式：一種為臥式，另一種為立式。臥式爐主要特點是：由于換熱管采用懸掛式布置，不易積灰，清灰容易，換熱效果穩(wěn)定，鍋爐內部按順序前后布置過熱器、蒸發(fā)器和省煤器。臥式爐的缺點是：占地面積大；尤其對已有的生產線加余熱鍋爐系統(tǒng)不方便，布置困難。鍋爐投影面積大，造成粉塵落點分散，一般要通過拉鏈機集中輸送，由于拉鏈機的運動，漏風點多，國產鍋爐很難密封，特別是在窯尾負壓較大的情況下，漏風嚴重。使得國產臥式鍋爐熱效率相對立式有所降低。而日本在鍋爐密封方面處理的效果好，而大部分采用臥式鍋爐。立式鍋爐主要優(yōu)點：鍋爐本體采用鋼護板結構，鍋爐自上而下布置過熱器、蒸發(fā)器和省煤器，由于鍋爐投影面積小，粉塵落點集中，回灰采用灰斗式，漏風點少、國產立式鍋爐較臥式鍋爐熱效率高；由于鍋爐的換熱面增加是向上發(fā)展，因此占地面積較小，比較容易布置（可順著窯尾風管平行布置）。特別適合于已有生產線增加余熱發(fā)電系統(tǒng)。立式鍋爐主要缺點：在相同管束情況下鍋爐易積灰（特別是窯尾廢氣中的粉塵濃度較高）、受熱面耗鋼量相對較大。清潔時粉塵要經(jīng)過過熱器、蒸發(fā)器和省煤器，清灰效果差。鍋爐的積灰主要與粉塵濃度和粉塵性質及受熱面的布置水平有關，中空窯進鍋爐的溫度為850℃左右，此時的粉塵為熔融狀態(tài)，容易附積在換熱面和爐墻上，通過振打吹掃等清灰手段不易清除，從而影響鍋爐的熱效率。但經(jīng)過預熱器的煙氣其溫度為320390℃，此時的粉塵主要為生料粉，較為松散，通過聲波喇叭松動裝置或機械振打裝置，就可以清除。通過以上比較和采取的措施，推薦SP爐采用立式鍋爐。②SP爐的布置一臺SP立式鍋爐設置在窯尾預熱器與窯尾高溫風之間，通過煙氣管道與余熱鍋爐連接，SP爐的煙氣進出口順著預熱器出口管道上進下出。SP鍋爐煙氣側阻力≤80mmH2O，通過對高溫風機操作參數(shù)的調整，可使系統(tǒng)完全正常工作。為保證余熱鍋爐的啟停不影響水泥生產及電站的穩(wěn)定運行，在SP余熱鍋爐煙氣連接管道設有旁通煙道可使SP爐在出現(xiàn)故障時或水泥生產不正常時解列SP爐，即滿足了水泥生產的穩(wěn)定運行又保證了SP爐的安全。通過旁通管道的調節(jié)作用還可使水泥生產及余熱鍋爐的運行達到理想的運行工況。⑵AQC爐因熟料冷卻機的廢氣中含有對鍋爐換熱面磨蝕性較強的熟料微粒，濃度約為20g/Nm3，為保證AQC鍋爐的使用壽命，提高余熱利用率，方案中將在進AQC鍋爐之前的管路上設置預收塵裝置，根據(jù)其粒徑級配，選用重力沉降室，進AQC鍋爐的濃度＜8g/Nm3，收集的粉塵通過輸送設備，直接送往熟料鏈斗機。為提高AQC鍋爐的產汽量，把進AQC鍋爐廢氣管道的抽氣口往熟料冷卻機高溫段移動，即中部抽風，以獲取較高的廢氣溫度，更好地、有效地利用余熱中的熱量；AQC鍋爐出口重新接至窯頭電收塵進口，現(xiàn)有冷卻機排風口保留，通過鍋爐管道閥門和冷卻機尾部排風管道閥門的調節(jié)，保證AQC鍋爐的產汽量，為了確保AQC爐出現(xiàn)事故時不影響水泥生產，必要時可以解列AQC爐，同時考慮了AQC爐在出現(xiàn)故障是不通水而干燒的特殊情況。預收塵裝置和AQC爐煙氣側阻力損失≤100mmH2O，漏風系數(shù)≤3%，5000t/d水泥生產線AQC爐排煙溫度120℃。⑶余熱鍋爐受熱面型式及清灰裝置的確定窯尾余熱鍋爐的換熱面將根據(jù)煙氣含量塵濃度較高的特點，采用光管受熱面管束，以減少煙塵附著在換熱面上；窯頭余熱鍋爐主要考慮減少水泥熟料顆粒對換熱管束的直接沖刷磨損和增加換熱面積，因此采用鰭片式管束。附著在換熱面上的粉塵不僅能降低鍋爐的熱效率，而且使煙氣的通過面積減少、氣流速度增大，對鍋爐的沖刷磨損加大，從而降低鍋爐的壽命。因此余熱鍋爐的清灰在余熱利用系統(tǒng)是相當重要的。窯尾余熱鍋爐的清灰采用機械振打的措施來清除附著在換熱面上的煙塵，通過機械振打，使粉塵進入灰斗最后排除；另外在余熱鍋爐設計時，換熱管束之間間距可以布置的相對大一些，從而減少鍋爐內部的積灰；窯頭余熱鍋爐因采用了預除塵措施，進鍋爐的粉塵濃度＜8g/Nm3，所以附著在換熱面上的粉塵較少，粘結性小，基本能隨氣流帶走，所以不設清灰裝置。熱力系統(tǒng)的確定⑴方案一(單壓鍋爐系統(tǒng))根據(jù)熱工標定的窯頭、窯尾廢氣量和廢氣溫度，6000t/h水泥生產線窯頭余熱鍋爐由二級省煤器、蒸發(fā)器和過熱器組成。窯尾余熱鍋爐由省煤器、五級蒸發(fā)器和過熱器組成，給水經(jīng)窯頭AQC爐高溫省煤器、汽包、蒸發(fā)器、過熱器，另一路則進入窯尾SP鍋爐高溫省煤器、汽包、蒸發(fā)器、過熱器。然后通過汽輪機進汽管，進入汽輪機做功發(fā)電；由于蒸發(fā)器受熱面布置不同，6000t/。該系統(tǒng)設計主要特點：①最大限度地利用了窯頭低熱資源，AQC爐省煤器不僅向AQC爐供熱水，同時也向SP爐供應熱水。②6000t/h水泥生產線窯頭過熱蒸汽溫度設計355℃，而窯尾過熱蒸汽溫度設計為295℃，；它們在分汽缸混合后溫度334℃，保證最經(jīng)濟熱利用。③單壓系統(tǒng)鍋爐結構簡單，自然循環(huán)。④汽輪機為單壓進汽，設備制造簡單，可靠性高，投資費用少。⑵方案二（閃蒸型）本方案汽輪機為補汽式，利用熱水閃蒸技術，設置一臺閃蒸器和補汽裝置，閃蒸器出的飽和蒸汽混入汽輪機做功。窯頭AQC余熱鍋爐由省煤器、蒸發(fā)器和過熱器組成，而窯尾余熱鍋爐由省煤器、蒸發(fā)器和過熱器組成。給水分為二路：一路經(jīng)電動調節(jié)閥直接進入窯頭AQC爐省煤器，另一路經(jīng)電動閥調節(jié)后進入窯尾SP爐省煤器。兩臺省煤器出來的熱水分別進入各自的汽包和公用的閃蒸器。進入窯頭AQC爐和窯尾SP爐汽包的欠飽和水經(jīng)各自蒸發(fā)器、過熱器加熱成過熱蒸汽后一同進入汽輪機做功發(fā)電。進入閃蒸系統(tǒng)的熱水先進閃蒸器，閃蒸產生的飽和蒸汽通過補汽裝置進入汽輪機發(fā)電。閃蒸器的出水又重新泵入窯頭窯尾鍋爐省煤器作為給水。該系統(tǒng)設計特點：①用閃蒸技術，熱利用效率較高（和單壓系統(tǒng)相比，大約提高35%）；②系統(tǒng)運行穩(wěn)定；③系統(tǒng)較復雜，除正常設置外，另加設閃蒸器；汽輪機增加補汽調節(jié)裝置；④由于閃蒸汽有一定的濕度，對汽機的轉子要求較高，目前國內生產此類汽輪機較少，須重新設計補汽式汽輪機，汽機制造周期長，價格高。⑶方案三（雙壓鍋爐型）該方案最顯著的特點是余熱鍋爐采用高、低壓兩種蒸汽參數(shù)向汽機供汽。窯頭、窯尾余熱鍋爐均由省煤器、低壓蒸發(fā)器、低壓汽包和高壓汽包、低壓汽包和高壓汽包、高壓蒸發(fā)器、高壓過熱器組成。給水分為兩路，一路經(jīng)省煤器進入窯頭、窯尾低壓汽包，經(jīng)低溫蒸發(fā)器加熱成飽和蒸汽進入汽輪機發(fā)電。一路經(jīng)省煤器進入窯頭、窯尾高壓汽包，經(jīng)窯頭和窯尾高壓蒸發(fā)器、高壓過熱器加熱成過熱蒸汽進入汽輪機發(fā)電。該系統(tǒng)設計特點：①利用效率較高（和單壓系統(tǒng)相比，余熱利用提高大約35%）；②窯頭和窯尾余熱鍋爐熱力系統(tǒng)設計較為復雜，運行維修都不方便；③收低溫煙氣余熱，余熱鍋爐造價大為提高；④由于是雙壓系統(tǒng)，同樣對汽輪機要求較高，目前國內生產此類汽輪機較少，須重新設計補汽式汽輪機，汽機制造周期長，價格高；⑤系統(tǒng)運行要求高。綜上所述，單壓系統(tǒng)由于其系統(tǒng)簡單，設備運行可靠，投資省，而得到方泛采用，其國內使用業(yè)績表明，技術成熟可靠。而雙壓或閃蒸系統(tǒng)由于受到國產汽輪產品的限制，最終發(fā)電效果并不明顯高于單壓系統(tǒng)，其關鍵原因是，大部分汽輪機制造廠并沒有根據(jù)水泥行業(yè)余熱發(fā)電的具體情況，開發(fā)設計新供水泥行業(yè)純低溫余熱發(fā)電用的汽輪機，造成雙壓補汽式汽輪機內效率略低于單壓式汽輪機。因此，本項目推薦的熱力系統(tǒng)為單壓系統(tǒng)。余熱煙氣性質以及熱力計算⑴煙氣中的成分（設計值）煙氣中含O2：%煙氣中含CO2：25%煙氣中含N2：66%煙氣中含H2O：%煙氣中含灰分：%⑵熱力計算設計工況水泥產量:5000t/dAQCSP煙（風）流量（Nm3/h）280000426000煙（風）溫度（℃）380320過熱蒸汽溫度（℃）355295過熱蒸汽流量（t/h）過熱蒸汽壓力（Mpa）混合蒸汽流量（t/h）混合蒸汽溫度（℃）混合蒸汽壓力（Mpa）汽輪機進汽溫度（℃）334汽輪機進汽壓力（Mpa）汽輪發(fā)電機汽耗（kg/kWh）（）*汽輪發(fā)電機功率（KW）7730（8020）*注：帶*的（）內值為汽輪機實際運行的最低汽耗和最大輸出功率。主機型式及其主要設計規(guī)范⑴余熱鍋爐余熱鍋爐形式：立式（塔式）、自然循環(huán)、單壓、無補燃、室外露天布置最大工況窯產量:6300t/dAQCSP參數(shù)煙（風）流量（Nm3/h）250000357000煙（風）溫度（℃）380320過熱蒸汽溫度（℃）360295過熱蒸汽流量（t/h）過熱蒸汽壓力（Mpa）混合蒸汽流量（t/h）混合蒸汽溫度（℃）混合蒸汽壓力（Mpa）汽輪機進汽溫度（℃）330汽輪機進汽壓力（Mpa）汽輪發(fā)電機汽耗（kg/kWh）（）*汽輪發(fā)電機功率（KW）9018（9350）*余熱鍋爐各工況下性能參數(shù)（每臺）序號內容單位額定工況性能SP爐AQC爐1主蒸氣壓力Mpa2主蒸氣溫度℃2953553最大連續(xù)蒸發(fā)量T/h4給水溫度℃150405余熱鍋爐進煙量Nm3/h3220002000006余熱鍋爐進煙溫度℃3203807余熱鍋爐排煙溫度℃206122⑵汽輪發(fā)電機組①汽輪機序號內容1汽輪機1型號2銘牌功率（KW）90003型式低壓、單缸、單軸、沖動、凝汽式汽輪機4額定轉數(shù)（r/min）30005旋轉方向順汽流方向為順時針6汽輪機回熱級數(shù)無7制造廠家國內汽輪機制造廠②汽輪機各工況下的性能參數(shù)（每臺）：序號內容單位額定工況性能汽輪機1發(fā)電機功率MW92汽輪機主汽門前壓力Mpa177。3汽輪機主汽門前溫度℃334177。54汽輪機排汽壓力KPa65汽輪機汽耗率kg/KWH③發(fā)電機序號內容單位額定工況性能發(fā)電機1型號QF922額定功率MW93額定電壓KV4功率