【文章內容簡介】 年 3 月至 1999 年 3 月，平均噸熟料發(fā)電量為 （設計值為 ）發(fā)電機組相對水泥窯的運轉率達到 %。 2021 年 7 月日本向廣西魚峰水泥有限公司 3200t/d 預分解窯提供了一套 6000kW 純低溫余熱電站設備，預熱器和冷卻機出口廢氣風量和溫度分別為 217200Nm3/h、 390~400℃和245280Nm3/h、 220℃， AQC 爐采用中部抽風后 , 出口廢氣風量和溫度為 101000Nm3/h、360℃ ,蒸汽壓力 , 溫度為 360℃ ~370℃ ,過熱蒸汽量 32t,汽輪機汽耗 , 平均噸熟料發(fā)電量為 38kWh/t。 我國自行設計、制造、安裝的純低溫余熱發(fā)電系統于 1999 年 5 月在江西萬年青水泥股份公司 2021t/d 窯上使用，裝機 3000kW,正常 工況下發(fā)電負荷 2300kW, 平均噸熟料發(fā)電量 27kWh/t。 上海萬安 1350t/d 四級預熱器窯 ,于 2021 年 9 月安裝了一套 2500kW 純低溫余熱電站設備 ,預熱器和冷卻機廢氣風量和溫度為 95000Nm3/h、 390℃和 94000Nm3/h、 240℃ ,冷卻機中部抽風后廢氣風量和溫度為 40000Nm3/h、 350~400℃ ,平均發(fā)電量為 1700kW,噸熟料發(fā)電量為。 2021 年 11 月動工， 2021 年 7 月投產的浙江長興煤山眾盛建材有限公司日產 5000 噸熟料生產線純低溫余熱發(fā)電機組、裝機 6000kW，發(fā)電 6400kW，據報道噸熟料發(fā)電量為 30 kWh/t。 浙江三獅水泥股份有限公司（長興）日產 5000t/d 和 2500t/d 熟料生產線純低溫余熱發(fā)電機組 2021 年 7 月投入運行，建有 6000 kW 和 3000kW 二臺汽輪發(fā)電機組，在 2500t/d 生產線AQC 爐因故不投運的情況下，發(fā)電量 9200kW，噸熟料發(fā)電量 kWh/t。 除此之外，在浙江龍游、浙江申河等地都建有純低溫余熱發(fā)電機組，這些項目的建成和投產標志著水泥企業(yè)利用余熱發(fā)電國產技術和裝備的成熟。據報道，不少省市，不少水泥企業(yè)都已作出 實施計劃，有的正在前期工作，有的已開工建設。相信“十一五”的 5 年，是水泥生產線純低溫余熱發(fā)電項目較快發(fā)展的時期。 余熱條件 熱工標定，窯投料量為 365t/h，熟料產量約為 5407t/d，其中窯頭、窯尾風量、溫度、含塵量等測定數據如下： 項目 單位 窯頭廢氣 預熱器出口廢氣 3 氣體靜壓 Pa 450 5151 氣體溫度 ℃ 290 322 氣體流量 Nm3/h 249100 322200 氣體含塵量 g/Nm3 氣體含濕量 ％ / 干氣體成分： O2 ％ 21 CO ppm / 117 CO2 ％ / N2 ％ 79 5000t/d水泥熟料生產線窯頭﹑窯尾可利用的廢氣參數如下（核定水泥熟料產量 5500t/d）： 窯頭熟料冷卻機（中部抽風改造后） 廢氣量： 202100Nm3/h 廢氣溫度： 360~380℃ 余熱鍋爐出口溫度： ~120℃ 含塵濃度： 20g/Nm3 窯尾預熱器出口 廢氣量： 322021Nm3/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 設備及材料來源 設備 余熱電站的主機設備和輔助設備國內均有生產廠家，其中汽輪機以青島汽輪機廠、杭州汽輪機廠和南京汽輪機廠等已有生產和使用業(yè)績，余熱鍋爐以杭州鍋爐廠、鞍山、無錫、南通、上海等鍋爐廠有生產和使用業(yè)績，其技術和裝備水平都能滿足本工程的要求，因此余熱發(fā)電的主要設備在國內購置。 藥品來源 余熱發(fā)電系統鍋爐水處理系統需要的藥品主要為工業(yè)酸、堿，所需的藥品可在當地購置，余熱發(fā)電系統正常運行后，日常消耗品為鍋爐水處理系統需要的工業(yè)酸、堿，可以由供貨單位用汽車運進廠內。 中國礦業(yè)大學 機電學院 熱能與動力工程 05 級畢業(yè)設計 1 第四章 熱力系統 中國礦業(yè)大學 機電學院 熱能與動力工程 05 級畢業(yè)設計 1 設計原則 （ 1） 遵照《火力發(fā)電廠設計技術規(guī)范》（ DL50002021）和《小型火力發(fā)電廠設計規(guī)范》（ GB5004994）進行設計。 （ 2） 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。 （ 3） 銜接好一期與二期的關系，以節(jié)約為總的設計指導思想，盡可能的為二期建設提供方便。 （ 4） 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。 （ 5） 設備選擇與系統確定，要充分結合水泥余熱發(fā)電系統的特點，體現技術成熟可靠，經濟合理。 余熱鍋爐與水泥生產工藝系統的銜接 SP 爐 現有的窯尾預熱器 C1 旋風筒出口廢氣管道經過改造后，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 爐的排灰經過輸送設備被送到增濕塔的回灰系統 中；通過控制增濕塔的廢氣管道和旁路管道的閥門，實現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，窯尾一級筒出口廢氣溫度按 330℃設計， SP 爐排煙溫度按 200℃設計 （ 1） SP 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爐有所降低。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。 立式鍋爐主要缺點：在相同管束間距的情況下鍋爐易積灰（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。清灰時粉塵要經過過熱器、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。但經過預熱器的煙氣其溫度為 320～ 330℃，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，我們推薦 SP 爐采用立式鍋爐。 （ 2） SP 爐的布置 中國礦業(yè)大學 機電學院 熱能與動力工程 05 級畢業(yè)設計 2 一臺 SP 立式鍋爐設置在窯尾預熱器與窯尾高溫風機之間，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≤ 100mmH2O，通過對高溫風機操作參數的調整，可使系統完全正常工作。 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。 AQC 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爐在出現故障時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≤ 120mmH2O，漏風系數≤ 3%， AQC 爐排煙溫度120℃。 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煙氣含 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中是相當重要的。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。 熱力系統的確定 單壓鍋爐系統 根據熱工標定的窯頭、窯尾廢氣量和廢氣溫度，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，給水經窯頭 AQC 爐低溫省煤器加熱后分為兩路，經過電動調節(jié)閥，一路進入窯頭 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。經 過 AQC 爐和 SP 爐過熱器的過熱蒸汽分別進入各自的出口集箱，至分汽缸匯合，然后中國礦業(yè)大學 機電學院 熱能與動力工程 05 級畢業(yè)設計 3 通過過熱蒸汽母管，進入汽輪機做功發(fā)電；由于蒸發(fā)器受熱面布置不同，窯頭蒸汽量大約為 ，而窯尾蒸汽量大約為 t/h。 該系統設計主要特點： （ 1）最大限度地利用了窯頭低熱資源， AQC 爐一級省煤器熱水不僅向 AQC 爐供熱水 ,同時也向 SP 爐供應熱水。 （ 2）窯頭過熱蒸汽溫度設計為 355℃，壓力 ，而窯尾過熱蒸汽溫度設計為 295℃，壓力 ，在分汽缸混合后溫度 320℃，壓力 ，保證最經濟熱利 用。 （ 3）單壓系統鍋爐結構簡單，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。 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，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：一路經電動調節(jié)閥直接進入窯頭 AQC 爐省煤器，另一路經電動閥調節(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。中國礦業(yè)大學 機電學院 熱能與動力工程 05 級畢業(yè)設計 4 閃蒸器的出水又重新泵入窯頭窯尾鍋爐省煤器作為給水。 該系統設計特點： （ 1）用閃蒸技術，熱利用效率較高（和單壓系統相比，大約提高 3~5％）； （ 2）系統運行穩(wěn)定； （ 3）系統較復雜，除正常設置外，另加設閃蒸器；汽輪機增加補汽器和補汽調節(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。 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、低壓兩種蒸汽參數向汽機供汽。 窯頭余熱鍋爐由省煤器、低壓蒸發(fā)器、低壓汽包和高壓汽包、高壓蒸發(fā)器、高壓過熱器組成，而窯尾余熱鍋爐也由省煤器、低壓蒸發(fā)器、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，一路經省煤器進入窯頭、窯尾低壓汽包，經低溫蒸發(fā)器加熱成飽和蒸汽進入汽輪機發(fā)電。一路經省煤器進入窯頭、窯尾高壓汽包，經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。 該系統設計特點： 利用效 率較高（和單壓系統相比，余熱利用提高大約 3~5