余热发电Word下载.docx

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　　蒸汽透平发电机组

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饱和蒸汽透平发电机组以其稳定和高效的特点为饱和蒸汽的利用开辟了完美的途径。

低温余热发电

纯低温余热回收发电技术是我公司股东多年研究和实验的结果。

与大中型的火力发电不同，低温余热发电技术是通过回收钢铁、水泥、石化等企业几乎每天都在持续不断的向大气环境中排放的温度低于300～400℃的中低温的废蒸汽、烟气所含的低品位的热量来发电，它将企业在生产环节产生的低品位的或废弃的热能转化为高级能源——电能，因此它是一项变废为宝的高效节能技术。

这一技术的核心是在高效换热器和低温非标汽轮机方面的重大突破和进展，这些专利技术（共7项专利）可以成功地直接将低品位的余热转换成电能，不仅建厂投资成本低，而且经济效益显著，为大型企业余热回收利用、节能降耗找到了一条行之有效的途径和方法。

这项节能技术能够充分利用钢铁企业生产环节（如:

炼铁、炼钢、烧结、轧钢和冲渣）产生的大量低值或废弃的热能进行发电，给每个钢铁企业都带来巨大的经济效益和社会效益，粗略估计一个年产钢铁500万吨的企业全部可利用发电的余热，全年约可发电2亿度电，可为企业增收8000万元。

纯低温余热发电技术是一项国家积极鼓励、大力推广的节能技术。

江西水泥厂低温余热发电工程设计方案

日期:

2005-11-171:

08:

13来源:

南京水泥工业设计研究院查看:

[大中小]作者：

孔学标 

潘炯 

殷东良 

胡观利热度：

529

摘要:

江西水泥厂#3窑低温余热发电工程于1999年4月底开始并网发电。

本文就该厂低温余热发电工程的设计作一介绍。

1前言

　　水泥窑余热发电大致经历了中空窑高温余热发电、预热器及预分解窑带补燃炉中低温余热发电、预热器及预分解窑低温余热发电三个发展阶段。

日本于1919年首次将余热发电技术引入水泥工业,我国在20世纪20~30年代由于电力紧张，建设了一批干法中空窑余热发电水泥厂（如启新、大连等）。

以后，由于我国的电力短缺，中空窑余热发电有了较大发展。

70年代末至80年代，在对原有中空余热发电窑进行技术改造的同时，又新建了一批类似生产线。

直到90年代初，预分解窑带补燃炉余热发电技术在我国开始应用（如鲁南、琉璃河等）。

上述技术的发展均以提高发电量，缓解电力供应不足为主要目的，为我国水泥工业的发展作出了重要贡献。

　　随着人们节能和环保意识的提高，世界上单纯以余热利用为目的的预热器及预分解窑低温余热发电在80年代初有了较大发展，特别是日本、我国台湾等能源短缺地区，低温余热发电已被广泛应用。

日本川崎重工为我国宁国水泥厂4000t/d生产线提供了一套低温余热发电系统，于1998年2月并网发电，单位熟料发电量达33.88kWh/t。

使水泥生产中大量中、低温烟气余热得到充分回收，经济效益显著。

作为这一技术国产化的工业性试验项目，江西水泥厂#3窑低温余热发电工程于1998年1月开工，1999年4月底开始并网发电。

决算总投资2088万元，设计单位熟料发电量33.6kWh。

2原工艺条件及整改措施

　　江西水泥厂#3窑始建于1984年4月，1986年11月建成投产，是我国第一条自行设计制造的采用RSP窑外分解工艺的2000t/d新型干法生产线，也是国家“六·

五”重点攻关项目之一。

由于是第一条大型国产化生产线，设计时缺少经验，系统存在问题较多，后经多次技术改造以及厂方努力，现生产情况显著改善，熟料产量达到2000t/d设计水平，熟料月产量超过5万吨。

但因投产时间较长，加之设计、制造、安装等方面的不足，该生产线部分设备不尽合理，多处热力风管锈蚀严重，系统漏风偏大，热耗偏高。

为保证余热发电工程能达到预期效果，我院于1998年2月对系统有关部分进行了测试，在此基础上对#3窑系统提出了如下整改意见：

　　⑴调整篦冷机操作风量，适当减少篦冷机热端冷却风机供风,增加冷端冷却风量，使总的冷却风量有所下降，以提高篦冷机运行效率。

同时由于总的冷却风量减少，可望篦冷机废气温度有所提高。

　　⑵针对窑头、窑尾密封及三次风管漏风严重的问题，采取措施以提高系统对篦冷机热风利用率，降低系统热耗。

　　⑶更换部分热烟气风管，恢复篦冷机电除尘排灰锁风阀等，以减少系统漏风。

　　⑷为在余热发电投入使用后保证生料磨仍有足够的烘干能力，增加粗粉仓、细粉仓入磨端锁风装置，使热风使用量超过75%。

3低温余热发电系统设计方案

3.1需考虑的问题

　　低温余热发电系统的窑尾余热锅炉（SP炉）和篦冷机余热锅炉（AQC炉）串联于熟料生产线上，两锅炉阻力均小于1000Pa。

设计时，必须考虑下列问题：

（1）窑尾主排风机和窑头、窑尾电除尘器及其风机的能力是否适应增设窑尾余热锅炉和篦冷机余热锅炉的条件；

（2）原料磨的热风系统能否满足工艺要求；

（3）该两台锅炉系统的安装是否不破坏原生产厂房。

经对窑系统设计资料认真复核，确认增设两台锅炉系统后所涉及的上述设备能力可以满足要求，不须作任何改造；

两台锅炉系统的布置可以不破坏原生产厂房；

出窑尾锅炉废气被送至生料原系统作为烘干热源，经核算,只要控制出窑尾锅炉废气温度≥240℃～℃260就可满足入磨原料综合水份≤5%的烘干要求。

窑系统排风机性能见表1。

　　表1窑系统排风机性能

　　　额定风量/（m3h-1）额定风压/Pa装机功率/kW3工作温度/℃

窑尾主排风机：

　　　　　474840　　　　　7848　　　　1600　　　　350

窑头余风风机：

　　　　　　324000　　　　　　　　　　　3158　　　　475

3.2热力系统设计方案及特点

图1江西厂#3窑热力系统流程

　　热力系统工艺流程见图1。

汽轮机冷凝器中的凝结水通过水泵和来自软化水车间的补充水一起进入除氧器进行化学除氧，由锅炉给水泵分两路送入篦冷机锅炉省煤器管束。

经省煤器加热后，给水由40℃升至186℃,成为饱和水，然后分别被送入窑头分离汽包和窑尾分离汽包。

窑尾余热锅炉和篦冷机余热锅炉均设有蒸发器，各自分离汽包的饱和水经热水循环泵分别被送至相应的蒸发器加热，转化为汽水混合物后再送回各自的分离汽包进行汽水分离。

分离后的蒸汽在窑尾锅炉分离汽包内汇合后进入窑尾锅炉过热器继续加热成为305℃，1.05Mpa的过热蒸汽，再送至气轮机作功发电。

篦冷机锅炉蒸发器的生产能力为产饱和汽4.1t/h，过热蒸汽19.05t/h。

经热交换后，篦冷机废气由270℃降为140℃，经窑头电收尘净化后排空。

窑尾烟气由400℃左右降至260℃，送至生料磨作为原料烘干热源。

　　针对江西厂废气热焓情况、原料烘干要求、含尘量及粉尘特性采取了如下措施：

（1）两台锅炉采用了一个共用的汽水回路系统，将两台锅炉的省煤器布置在窑头锅炉内，以充分利用篦冷机低温废气热源；

将蒸汽过热器布置在窑尾锅炉内，以使过热蒸汽达到设定的温度，提高发电效率。

（2）针对篦冷机废气所含熟料粉尘粒径较大、磨蚀性强的特点，为防止篦冷机锅炉换热器过早磨损，在锅炉前设置两台并联旋风收尘器作为预除尘装置，除尘效率设计在75%左右。

（3）为防止因集灰而影响锅炉的换热效率，篦冷机锅炉和窑尾锅炉均设置机械振打和超声波两套除灰装置，两台锅炉底部均设置了专门的排灰系统。

（4）为避免卧式锅炉漏风严重和流场分布不均的隐患，两台锅炉均采用立式锅炉。

（5）采用化学除氧，其原理是利用氧具有活泼的化学性质，它能与很多的非金属和金属直接化合形成稳定的氧化物，使水中的溶解氧在进入锅炉以前转变成化合物，达到常温除氧的目的。

较之热力除氧可大量减少系统蒸汽消耗，且除氧效果好,运行成本很低。

（6）采用低参数单压凝汽式汽轮机,系统简单可靠,比较适应水泥窑工况波动大,频繁停窑的场合。

3.3主要设备配置

　　该系统均采用国产设备,汽轮机型号为N3-11，3000kW，5600RPM，进汽1.1MPa、305℃，排汽背压0.008MPa，发电机型号QF-3-2，3000kW、6300V。

篦冷机锅炉和窑尾锅炉为针对该系统新开发设备，分别介绍如下：

（1）篦冷机余热锅炉。

篦冷机余热锅炉本体自上而下由省煤器和蒸发器组成，受热面管束均采用Ф45×

3.5mm的#20无缝钢管制成的蟹爪形针管，针管的肋化系数为5.19，大大提高了受热面的换热效果。

同时蟹爪形针管有较强的自清灰功能，可有效地减缓受热面的磨损。

受热面管束均采用逆流布置，即废气与工质反向流动，烟气经旋风收尘器除尘后，自下而上横向冲刷管束。

省煤气受热面分为大小两组，大的一组为窑尾锅炉省煤器，小的一组为窑头锅炉自身省煤器。

蒸发器采用强制循环，循环倍率为8。

在锅炉本体上下烟罩部位共安装了两台美国BHA公司制造的ModelAH-25A型声波除尘器，声波除尘器的启停程序由余热发电系统计算机控制，运行中根据需要灵活调整控制程序。

（2）窑尾余热锅炉。

窑尾余热锅炉本体自上而下由过热器和三级蒸发器组成，过热器和三级蒸发器受热面均由采用Ф38mm×

4mm的#20锅炉钢管，由水平前后方向弯制成的上下蛇形管束组成，逆流布置型式。

蒸发器采用强制循环，循环倍率为6。

解决好烟气粉尘对受热面的冲刷磨损以及集灰对换热效果的影响，是水泥窑余热锅炉设计的关键。

在窑尾锅炉烟气入口截面上,管束和弯头等受气流冲刷严重的位置均设置防磨罩。

为保证受热面的清洁，在锅炉本体内有4台BHA声波除尘器对称分布于锅炉本体，在左右炉墙各布置70个机械振打点，由14台调速电机驱动。

　　（3）系统控制。

整个余热发电系统采用PLC控制系统，为此新设一余热发电中央控制室。

现场一次仪表检测的各种工艺参数经变送器送至中控室，由计算机处理、控制和显示。

计算机设有完善的流程控制画面和报警系统等，主要有汽包水位控制、热井水位控制、前压调节控制、主蒸汽温度控制等五条PID调节回路和各种保护控制（如汽机超速、润滑油压力、轴温等）。

PLC可编程控制器采用美国Modicom公司生产的Quantum系列产品，负责系统启停、参数检测、调节回路等,并且有实时趋势和历史趋势显示及打印功能。

该系统可和窑中控制通信、交换显示参数以协调窑系统和余热发电系统的操作，如锅炉进口及旁路烟气风门开度、窑尾高温风机电流等。

因属首次工业性试验项目，为确保运行安全，系统中设置了一些必要的手操功能，对重要参数也可进行仪表控制。

4运行操作情况

　　本工程于1998年4并网成功,1998年8月上旬完成负荷试车考核并转入试生产。

负荷试车考核期间的运行数据见表2，试生产其间的运行数据见表3。

由于系统设计采用的温度、压力都较低，且主机设备成熟可靠,工艺流程简单,易操作,运行较可靠,故很少发生故障停机现象。

该余热发电系统启停简单、快速，调节灵敏，对窑系统工况变化的适应性较强，窑点火生产正常后就可启动余热发电系统。

按锅炉预定的升温升压曲线调节进窑尾锅炉烟气量。

当主蒸汽温度和压力达到要求值后即开始暖管和汽轮机暖机、冲转等。

当发电机的转速达到额定转速后即可并网，升负荷。

当篦冷机烟气温度达到设计值后即可启动窑头锅炉，由窑头汽包向窑尾锅炉汽包送汽，使发电机组负荷提高。

正常情况下，操作人员主要监控汽包水位、冷凝器热井水位，除非有超载的情况，一般不需要调节烟气流量。

汽轮机设有前压调节装置，能随工况的变化及时调整负荷，实现多产汽多发电。

表2余热发电系统负荷试车考核运行数据

时间1999-08-06~0721∶23

窑尾锅炉进口温度/℃476　出口温度/℃　293

窑头锅炉进口温度/℃　223出口温度/℃90

汽轮发电机发电功率/kW　2787

时间1999-08-06~0722∶37

窑尾锅炉进口温度/℃　446　出口温度/℃　283

窑头锅炉进口温度/℃　450　出口温度/℃　137

汽轮发电机发电功率/kW　2657

时间1999-08-06~0723∶21

窑尾锅炉进口温度/℃　458　出口温度/℃　290

窑头锅炉进口温度/℃　280　出口温度/℃　125

汽轮发电机发电功率/kW　2482

时间1999-08-06~0700∶23

窑尾锅炉进口温度/℃462出口温度/℃291

窑头锅炉进口温度/℃400出口温度/℃112

汽轮发电机发电功率/kW 

2544

时间1999-08-06~0701∶37

窑尾锅炉进口温度/℃487出口温度/℃292

窑头锅炉进口温度/℃460出口温度/℃114

汽轮发电机发电功率/kW2747

时间1999-08-06~0702∶12

窑尾锅炉进口温度/℃492出口温度/℃307

窑头锅炉进口温度/℃500出口温度/℃101

汽轮发电机发电功率/kW2859

窑尾锅炉进口温度/℃476出口温度/℃293

窑头锅炉进口温度/℃223出口温度/℃90

汽轮发电机发电功率/kW2787

时间1999-08-06~0703∶45

窑尾锅炉进口温度/℃478出口温度/℃292

窑头锅炉进口温度/℃600出口温度/℃98

汽轮发电机发电功率/kW2670

时间1999-08-06~0704∶48

窑尾锅炉进口温度/℃448出口温度/℃285

窑头锅炉进口温度/℃380出口温度/℃116

汽轮发电机发电功率/kW2401

时间1999-08-06~0705∶33

窑尾锅炉进口温度/℃437出口温度/℃280

窑头锅炉进口温度/℃500出口温度/℃110

汽轮发电机发电功率/kW2883

时间1999-08-06~0706∶14

窑尾锅炉进口温度/℃482出口温度/℃296

窑头锅炉进口温度/℃300出口温度/℃98

汽轮发电机发电功率/kW2823

时间1999-08-06~0707∶26

窑尾锅炉进口温度/℃459出口温度/℃291

窑头锅炉进口温度/℃360出口温度/℃89

汽轮发电机发电功率/kW2385

时间1999-08-06~0708∶36

窑尾锅炉进口温度/℃463出口温度/℃290

窑头锅炉进口温度/℃ 

出口温度/℃100

汽轮发电机发电功率/kW2625

时间1999-08-06~0709∶59

窑尾锅炉进口温度/℃461出口温度/℃289

出口温度/℃107

汽轮发电机发电功率/kW2496

注：

窑头锅炉的废气通过量为总烟气量的30%。

表3余热发电系统试生产车运行数据

时间

2000-07-13~14

17∶00

窑尾锅炉进口温度/℃423出口温度/℃282

窑头锅炉进口温度/℃195出口温度/℃152

汽轮发电机发电功率/kW1838

18∶00

窑尾锅炉进口温度/℃481出口温度/℃249

窑头锅炉进口温度/℃481出口温度/℃149

汽轮发电机发电功率/kW2345

19∶00

窑尾锅炉进口温度/℃460出口温度/℃248

窑头锅炉进口温度/℃460出口温度/℃148

汽轮发电机发电功率/kW2147

20∶00

窑尾锅炉进口温度/℃311出口温度/℃245

窑头锅炉进口温度/℃311出口温度/℃145

汽轮发电机发电功率/kW2237

21∶00

窑尾锅炉进口温度/℃370出口温度/℃258

窑头锅炉进口温度/℃370出口温度/℃158

汽轮发电机发电功率/kW2324

22∶00

窑尾锅炉进口温度/℃368出口温度/℃257

窑头锅炉进口温度/℃368出口温度/℃157

汽轮发电机发电功率/kW2228

23∶00

窑尾锅炉进口温度/℃386出口温度/℃225

窑头锅炉进口温度/℃386出口温度/℃125

汽轮发电机发电功率/kW2349

00∶00

窑尾锅炉进口温度/℃422出口温度/℃295

窑头锅炉进口温度/℃394出口温度/℃147

01∶00

窑尾锅炉进口温度/℃449出口温度/℃300

窑头锅炉进口温度/℃508出口温度/℃116

汽轮发电机发电功率/kW2149

02∶00

窑尾锅炉进口温度/℃423出口温度/℃295

窑头锅炉进口温度/℃309出口温度/℃160

汽轮发电机发电功率/kW2126

03∶00

窑尾锅炉进口温度/℃421出口温度/℃294

窑头锅炉进口温度/℃327出口温度/℃147

汽轮发电机发电功率/kW1946

04∶00

窑尾锅炉进口温度/℃425出口温度/℃272

窑头锅炉进口温度/℃145出口温度/℃145

汽轮发电机发电功率/kW2043

05∶00

窑尾锅炉进口温度/℃422出口温度/℃294

窑头锅炉进口温度/℃307出口温度/℃161

汽轮发电机发电功率/kW2042

06∶00

窑尾锅炉进口温度/℃423出口温度/℃293

窑头锅炉进口温度/℃330出口温度/℃157

汽轮发电机发电功率/kW2047

07∶00

窑尾锅炉进口温度/℃405出口温度/℃288

窑头锅炉进口温度/℃350出口温度/℃165

汽轮发电机发电功率/kW2045

1）回转窑14∶00开窑，15∶00并网发电。

2）窑头烟气温度小于350℃时，窑头锅炉旁路阀可全关，烟乞温度大于350℃时，只能部分通过窑头锅炉。

窑尾锅炉的启停和入炉烟气量的调节涉及到窑系统工况的波动和窑尾高温风机电流的波动。

窑尾锅炉启停操作时，原则上只要保持窑尾一级筒出口负压、温度不变，则锅炉启停和风量调节就不会影响窑系统的稳定。

实现这一原则的重要手段是窑尾锅炉进口风门、旁路风门及窑尾高温风机风门三者的协调操作。

前两个风门操作设在余热发电中控室，高温风机风门操作设在窑系统控制室。

发电中控室在启停锅炉和大幅度调节入炉烟气量前须通知窑系统中控室，并且应视窑尾高温风机电流变化情况缓慢操作，以便让窑系统中控室适应沿程管路工况变化引起的出一级筒负压及高温风机电流的变化，及时调节高温风机进口风门。

高温风机进口风门的控制目标是：

在尽量维持一级筒出口负压稳定的同时，兼顾高温风机电流不超过额定值。

窑头锅炉的启停对工艺操作影响不大。

但因窑头余风温度波动较大（180℃～500℃），波动周期短，导致窑头锅炉的旁路调节阀频繁动作。

窑头余风温度正常时（250℃～350℃），窑头锅炉能正常出力，发电量可达2300kW左右。

当窑头温度过高时，因汽化率太高、系统不稳定，导致窑头汽包压力过大。

此外，由于窑尾的过热能力不够，当窑头产汽量太大时,过热蒸汽温度下降,只能开启旁路调节阀，以减少入窑头锅炉的烟气量,保证系统稳定。

为此，正在采取的措施有：

（1）改善工艺操作，减少窑头余风的温度波动；

（2）改进窑尾锅炉汽包的汽水分离装置，提高分离效率；

　　（3）在可能的情况下增加窑尾锅炉的过热器换热面积。

目前的发电量（2300kW）为设计负荷的82％，系统年发电能力1623万kWh，扣去自耗电，年供电量为1428万kWh，吨熟料回收电力27.6kWh,节能效果明显。

从目前运行的情况看，只要有效地解决好上述问题,该系统能达到设计发电量。

　　5低温余热发电的发展方向

　　发展低温余热发电符合国家能源政策，减少温室气体排放有利于环境保护，应当在全国新型干法窑中大力推广。

其自身的技术进步方向主要有：

（1）进行篦冷机废气循环改造,提高出篦冷机废气温度,既可有效提高发电量,又可减少废气排放。

根据日本川奇公司对宁国厂4000t/d窑系统推算,废气循环系统改造后,篦冷机排汽温度由250℃提高到350℃，系统发电能力可由5000kW左右增加到6480kW,增幅约30%。

（2）优化热力系统参数，特别是采用多点混汽凝汽式汽轮机，以多级闪蒸技术充分利用废气余热，同时提高汽轮机内效率，进一步提高单位熟料发电量。

以适应新型干法窑废气排放温度不断降低的要求。

余热发电（2009-01-0315:

04:

53）

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wasteheatgenerating

其原理与火力发电相同。

携带余热较多的是生产中排出的废烟气、废汽、废液、废渣等。

余热发电不仅可节约能源，还有利于环境保护。

　　余热发电的重要设备是余热锅炉，又称废热锅炉。

它是利用废气、废液等各种工质中的热或可燃质作为热源，加热工质产生蒸汽。

若只利用余热，则无需燃烧设备；

若利用可燃质，则需设置特殊燃烧设备。

余热锅炉设计时，通常按工质和流程的特点以及废气特性（包括流量、温度、成分、含灰量、压力等参数）合理布置受热面。

其中流量和温度是确定锅炉容量的主要判据。

由于余热种类繁多，余热锅炉的结构型式也有多种，并与一般锅炉差异较大。

又因工质温度不高，故余热锅炉体积大，金属耗量多。

对于高压排放工质，锅炉结构中还包括能承受相应压力的烟道和烟室。

为适应各种排放工质特性，余热锅炉常采用自然循环方式。

也有辅助循环汽包锅炉和直流锅炉。

　　用于发电的余热主要有高温烟气余热、化学反应余热、废气、废液、低温余热、工质多余压差等。

　　高温烟气余热发电　利用工厂生产中产生的大量高温烟气、煤气等发电。

如水泥厂用于焙烧水泥熟料的回转窑中,有大约900℃的高温烟气从烟囱排出。

若在烟囱前安置一废热锅炉，即可利用高温烟气加热工质产生蒸汽，用以发电；

冶金厂中用来加热金属锭的加热炉，其排烟温度约700℃，也可装一废热锅炉,用于回收烟气中的余热