余热发电设计方案汇总.docx
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余热发电设计方案汇总
水泥有限公司
2000t/d水泥窑余热发电工程（5MW）
项目技术方案
附：
原则性热力系统图
1项目申报基本概况
1.1项目名称
项目名称：
水泥有限公司2000t/d水泥窑余热发电工程（5MW）
1.2项目地址
，与现有水泥生产线建在同一厂区内。
1.3项目建设规模及产品
根据2000t/d水泥窑的设计参数和实际运行情况，建设规模拟定为：
在不影响水泥熟料生产、不增加水泥熟料烧成能耗的前提下，充分利用水泥生产过程中排出的废气余热建设一座装机容量为5MW纯低温余热电站。
产品为10.5kV电力。
1.4项目主要技术经济指标
主要技术经济指标一览表
序号
指标名称
单位
指标
备注
1
装机容量
kW
5000
2
计算发电功率
kW
4600
3
平均发电功率
kW
4520
保证指标值
4
年运转小时
h
7200
窑年运转7600h
5
年发电量
104kWh
3254
按平均发电功率计
6
年供电量
104kWh
3043
按平均发电功率计
7
年少购电量
104kWh
3043
按平均发电功率计
8
电站自用电率
%
6.5
9
吨熟料平均发电量
kWh/t
41.1
熟料产量按2500t/d计
10
全站占地面积
m2
2410
11
全站建筑面积
m2
2100
12
电站年节约标准煤
t/a
11137
按0.366kg/kWh计
13
日补充水量
t/d
1105
包括生产与生活用水
14
全站劳动定员
人
18
其中：
生产工人
人
16
管理人员
人
2
15
劳动生产率（实物）
全员
104kWh/人·年
181
按年发电功率计
生产工人
104kWh/人·年
203
按年发电功率计
2拟建项目情况
2.1建设内容与范围
本项目根据2000t/d水泥生产线的实际运行情况、机构管理和辅助设施，建设一座5MW纯低温余热电站。
本项目的建设内容与范围如下：
电站总平面布置；
窑头冷却机废气余热锅炉（AQC炉）；
窑尾预热器废气余热锅炉（SP炉）；
窑头冷却机废气余热过热器（简称AQC-SH）；
锅炉给水处理系统；
汽轮机及发电机系统；
电站循环冷却水系统；
站用电系统；
电站自动控制系统；
电站室外汽水系统；
电站室外给、排水管网及相关配套的土建、通讯、给排水、照明、环保、劳动安全与卫生、消防、节能等辅助系统。
2.2建设条件
2.2.1区域概况
2.2.2余热条件
根据公司提供的水泥窑正常生产15天连续运行记录，废气余热条件如下。
（1）窑头冷却机可利用的废气余热量为：
废气量（标况）：
140000Nm3/h
废气温度：
310℃
含尘量：
20g/Nm3
为了充分利用上述废气余热用于发电，通过调整废气取热方式，将废气参数调整如下。
①冷却机前部取风参数：
废气量（标况）：
30800Nm3/h
废气温度：
450℃
含尘量：
20g/Nm3
②冷却机中部取风参数：
废气量（标况）：
71200Nm3/h
废气温度：
306℃
含尘量：
20g/Nm3
上述废气余热可全部用于发电。
③冷却机通过调整上述取风方式，冷却机直接排掉的废气参数为：
废气量（标况）：
38000Nm3/h
废气温度：
120℃
含尘量：
20g/Nm3
（2）窑尾预热器可利用的废气余热量为：
废气量（标况）：
167000Nm3/h
废气温度：
350℃
含尘浓度：
≤80g/Nm3
上述窑尾废气经余热锅炉后，温度降至170℃再用作原料粉磨烘干热源。
2.2.3水源条件
拟建电站生产用水根据当地水资源情况，拟采用污水厂二次处理水及地下水。
本工程日总消耗水量为1105t/d，其中生活及其他日耗水量为206t/d；循环冷却水消耗量为899t/d。
2.3装机方案
根据水泥生产线的设计和运行情况，结合以往余热电站的设计、调试及运行经验；在充分利用余热资源的条件下，以“稳定可靠，技术先进，降低能耗，节约投资”为原则，确定本方案。
2.3.1装机方案选择
根据目前国内外纯低温余热发电技术及装备，针对的废气余热资源，可供选择的纯低温余热发电热力系统及装机方案主要有两个：
一是我公司开发的1.57～2.45MPa次中压参数的余热发电技术方案——专利技术方案（专利证号为ZL2005201017839，以下简称“第二代”）；二是以日本KHI技术及装备为蓝本结合上海万安集团金山水泥厂1500t/d水泥窑余热电站建设所推出的0.69～1.27MPa低压参数余热发电技术方案（以下简称“第一代”）。
对于第二代与第一代的原则比较结论叙述如下。
根据我们总承包并已投产的昌乐、潍坊、创新、龙游、山水、兴宝龙等水泥公司余热电站生产、运行、调试情况及所所取得的经验：
（1）在各台余热锅炉进出口废气温度相同的条件下，第二代纯余热发电技术由于实现了废气余热按其温度梯级利用，其发电能力比第一代提高14.5%～31.25%；
（2）第二代余热发电技术能在水泥窑临时事故状态下（比如因窑尾系统结皮、积料、堵塞或窑内结蛋、结圈等原因引起的临时断料）不停机；
（3）第二代余热发电技术系统可采用滑参数运行，主蒸汽压力和温度运行变化范围可以达到1.27～2.57MPa、310℃～390℃,在提高余热发电能力的同时，由于主蒸汽参数运行范围比较宽，发电系统的运转率、可靠性、对水泥窑生产波动的适应性都大大优于第一代；
（4）第二代余热发电技术系统可以方便地调整主蒸汽温度，可保证汽机进汽参数能够长期处于汽机为保证寿命和效率所要求的进汽参数,从而保证汽机寿命和效率；
（5）由于第二代余热发电技术系统采用较高蒸汽参数,汽水管道规格、配套辅机、阀门及水消耗量都小于第一代，即单位kW装机投资远小于第一代；
（6）第二代余热发电技术采用常规热力除氧器，用130℃以下低温废气余热除氧，与第一代技术的化学或真空除氧相比降低了药品或电站自用电即降低了电站运行成本同时提高了除氧的可靠性；
（7）第二代余热发电技术解决了SP、AQC两台锅炉给水串联从而互相影响的问题。
综合上述因素,我们确定采用第二代余热发电技术。
经热力计算，2000t/d水泥窑在正常生产时所产生的废气余热设计可发电4600kW，设计平均发电功率为4520kW。
考虑到水泥生产线废气参数的波动，发电装机容量按一台5000kW装机方案予以确定。
2.3.2热力系统
根据上述方案比较，本项目装机容量为5MW，系统主机包括二台余热锅炉、一台余热过热器及一套补汽凝汽式汽轮发电机组。
窑尾余热锅炉—SP余热锅炉
利用窑尾废气余热，在窑尾设置SP余热锅炉。
余热锅炉分为蒸汽Ⅰ段、蒸汽Ⅱ段运行：
蒸汽Ⅰ段生产2.5MPa-222.87℃饱和蒸汽通入设在窑头熟料冷却机旁的AQC-SH余热过热器过热，蒸汽Ⅱ段生产0.3MPa-160℃过热蒸汽一部分用于汽轮机补汽，另一部分可通入窑尾电收尘器入口风管用于降低废气比电阻。
出SP余热锅炉废气温度降到160～200℃后作原料磨烘干热源。
窑头余热锅炉—AQC余热锅炉
利用冷却机中部抽取的废气（中温端：
～306℃）与AQC-SH余热过热器出口废气混合，在窑头设置AQC余热锅炉。
余热锅炉分为蒸汽Ⅰ段、蒸汽Ⅱ段和热水段运行：
蒸汽Ⅰ段生产2.5MPa-222.87℃的饱和蒸汽通入AQC-SH余热过热器过热；蒸汽Ⅱ段生产0.3MPa-160℃的过热蒸汽，一部分去除氧器用于热力除氧，另一部分用于汽轮机补汽；热水段生产的105℃热水通至除氧器除氧后，经锅炉给水泵作为SP、AQC余热锅炉Ⅰ段的给水，出AQC锅炉废气温度降至90～100℃后再由原来的窑头收尘系统排入大气。
窑头余热过热器—AQC-SH余热过热器
利用冷却机中部靠前位置抽取的废气（高温端：
～450℃），在窑头设置AQC-SH余热过热器。
余热过热器将来自本窑SP余热锅炉和AQC余热锅炉2.5MPa饱和蒸汽过热到380℃，出AQC-SH余热过热器的废气温度降至255～258℃后，再与冷却机中部（中温端）抽取的废气混合后进入AQC余热锅炉。
热力系统
汽轮机凝结水经凝结水泵送入疏水箱，经疏水泵为窑头AQC余热锅炉热水段供水，AQC余热锅炉热水段生产的100～105℃热水通至除氧器被除氧后，经锅炉给水泵作为AQC、SP余热锅炉蒸汽段的给水；AQC、SP余热锅炉蒸汽Ⅰ段生产的2.5MPa-222.87℃的饱和蒸汽汇合后进入AQC-SH余热过热器过热到380℃，过热蒸汽作为主蒸汽进入汽轮机的主进汽口；AQC余热锅炉蒸汽Ⅱ段生产的0.3MPa-160℃低压过热蒸汽，一部分通入汽机补汽口，另一部分去除氧器用于热力除氧；SP余热锅炉蒸汽Ⅱ段生产的0.3MPa-160℃低压过热蒸汽，一部分用于汽轮机补汽，另一部分可通入窑尾电收尘器入口风管用于降低废气比电阻。
汽轮机做功后的乏汽通过冷凝器冷凝成凝结水，经凝结水泵送入疏水箱，从而形成完整的热力循环系统。
2.3.3主机设备
根据热力系统和国内外余热锅炉、汽轮机的生产及使用情况，确定主、辅机设备如下：
序号
设备名称及型号
数量
主要技术参数、性能、指标
1
凝汽式汽轮机
1
型号：
BN5-370/23/1.5
额定功率：
5MW
额定转速：
3000r/min
额定进汽压力：
2.29MPa
额定进汽温度：
370℃
额定进汽量：
18.88t/h
额定补汽压力：
0.2MPa
额定补汽温度：
150℃
额定补汽量：
6.78t/h
额定排汽压力：
0.007MPa
2
发电机
1
型号：
QF-5-2
额定功率：
5MW
额定转速：
3000r/min
出线电压：
10.5kV
3
SP余热锅炉
1
入口废气量：
163600Nm3/h（标况）
入口废气温度：
346℃
入口废气含尘浓度：
80g/m3（标况）
出口废气温度：
160～200℃
锅炉蒸汽段：
I段：
产汽量：
15.53t/h－2.5MPa（饱和）
给水温度：
100℃
II段：
产汽量：
2.71t/h－0.3MPa—160℃
给水温度：
40℃
锅炉总漏风：
≤3%
布置方式：
露天
4
AQC余热锅炉
1
入口废气量：
105350Nm3/h（标况）
入口废气温度：
285℃
入口废气含尘浓度：
20g/m3（标况）
出口废气温度：
90～100℃
锅炉蒸汽段：
I段：
产汽量：
3.35t/h－2.5MPa（饱和）
给水温度：
100℃
II段：
产汽量：
4.5t/h－0.3MPa—160℃
给水温度：
40℃
锅炉热水段：
热水量：
19.05t/h
给水温度：
105℃
给水温度：
40℃
锅炉总漏风：
≤3%
布置方式：
露天
5
AQC-SH余热过热器
1
入口废气量：
31416Nm3/h（标况）
入口废气温度：
440℃
入口废气含尘浓度：
20g/m3（标况）
出口废气温度：
258℃
入口蒸汽：
18.88t/h－2.45MPa（饱和）
出口蒸汽：
18.88t/h－2.40MPa-380℃
布置方式：
露天
6
除氧器
1
出力：
20t/h
工作压力：
0.02MPa
工作温度：
104℃
除氧水箱：
20m3
7
锅炉给水泵
2
流量：
15～25～28t/h
扬程：
360～405～420mH2O
8
循环冷却水泵
3
升级会员 