水泥工厂余热发电设计规范.docx
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水泥工厂余热发电设计规范
1 总 则
为在水泥工厂余热发电工程设计中，贯彻国家能源综合利用基本方针政策，做到安全可靠、技术先进、降低能耗、节约投资，制定本规范。
本规范适用于新建、扩建、改建新型干法水泥生产线余热发电的工程设计。
新建、扩建水泥工厂的余热发电工程或既有水泥生产线改造增设余热发电系统，设计基本原则应符合国家产业政策和现行国家标准《水泥工厂设计规范》GB50295和《水泥工厂节能设计规范》GB50443。
当余热发电工程设计内容含有热电联供或设有补燃锅炉时，相关部分应符合现行国家标准《小型火力发电厂设计规范》GB50049的有关规定。
水泥工厂余热发电工程环境保护和劳动安全设计，必须贯彻执行国家有关法律、法规和标准。
水泥工厂余热发电工程设计，除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。
2 术 语
余热发电工程设计文件、图纸使用术语应符合本规范规定。
本规范未纳入与水泥工厂余热发电工程相关的术语应符合现行国家标准《工业余热术语、分类、等级及余热资源量计算办法》GB/T1028、《电力工程基本术语标准》GB50297及国家有关术语标准的规定。
余热利用 WasteHeatRecovery
以环境温度为基准，对生产过程中排出的热载体可回收热能的利用。
窑头余热锅炉 AirQuenchingCoolerBoiler
利用窑头熟料冷却机排出的废气余热生产热水或蒸汽等工质的换热装置，简称AQC炉。
窑尾余热锅炉 SuspensionPreheaterBoiler
利用窑尾预热器排出的废气余热生产热水或蒸汽等工质的换热装置，简称SP或PH锅炉。
余热发电 WasteHeatPowerGeneration
仅利用工业生产过程中排放的余热进行发电，也称纯余热发电。
热电联供Cogeneration
余热发电在生产电能的同时，还可生产热水或蒸汽供热。
设有汽轮发电机组及附属设备、设施的厂房。
具有一定温度和压力的不饱和水进入压力较低的容器中时，由于压力的突然降低使不饱和水变成容器压力下的饱和蒸汽和饱和水的容器。
双压锅炉Dual-pressureBoiler
具有两种蒸汽工作压力参数的锅炉。
凝汽式汽轮机有多个不同参数蒸汽进口，较高参数蒸汽作为汽轮机主进汽，较低参数蒸汽进入汽轮机某一级，不同参数的蒸汽共同推动汽轮机做功。
产生同一压力等级的窑头、窑尾余热锅炉，与只有一个进汽参数而构成的热力系统。
双压余热锅炉与补汽凝汽式汽轮机构成的热力系统。
由余热锅炉及闪蒸器与补汽凝汽式汽轮机而构成的热力系统。
可用于发电的水泥生产过程排放废气总余热量转化为电能的百分比。
3 基本规定
新型干法水泥生产线余热发电所利用的废气，应是水泥烧成系统不再利用或不影响物料烘干等用途的废气。
余热发电工程的设计，应符合下列规定：
1 不应影响水泥生产的正常运行。
2不应提高熟料可比综合能耗和降低熟料产量。
3 宜在水泥生产线达产稳定运行后、对运行工况进行热工调查后实施。
4当与水泥生产线同步建设时，废气参数可按已投产、条件相近的余热发电系统参数与水泥工艺设计参数确定。
5 原有水泥生产线增加余热发电系统时，应对生产线中的相关设备能力进行核算。
表余热发电设计指标
指 标
项 目余热发电系统热效率
（％）站用电率
（％）相对于窑的运转率
（％）
4000t/d及以上≥≤8≥95
2000t/d～4000t/d
（含2000t/d）≥≤9≥95
余热发电系统控制水平不应低于水泥生产线控制水平；废气调节阀门的调控应征得水泥生产线中控操作授权，其控制状态、参数值应反馈至各自控制系统。
设计中应选用安全可靠、技术先进、经济实用及节能设备，严禁选用已被淘汰产品和劣质产品。
4余热资源的确定、热力系统与装机规模
余热资源的确定
热力系统及装机方案
热力循环系统的选取，应根据废气参数、热力系统对废气余热的回收利用率确定。
蒸汽参数的选择应根据余热条件、汽轮机内效率等因素确定。
当利用同一厂区两条水泥生产线余热时，可选用1台机组。
当产量较低一条水泥窑余热锅炉产汽量低于机组额定进汽量30%或水泥窑运转率低于60%时，宜选用2台机组。
当利用同一厂区3条及以上生产线余热时，宜选用2台或多台机组。
5总平面布置
一般规定
余热发电总平面规划设计的要求，除应符合现行国家标准《水泥工厂设计规范》GB50295的有关规定外，尚应满足下列要求：
1 水泥生产线改、扩建工程的余热发电，应结合生产系统统筹规划，并应合理利用现有设施、减少拆迁和施工时对生产的影响。
2余热发电与水泥生产线的衔接应紧凑、合理，功能分区应明确。
3余热发电的建筑型式和布置，宜与水泥生产线的建筑风格相协调。
主厂房宜布置在现有生产线的扩建侧。
站区竖向布置的标高与形式、排水设计，应与工厂的总平面、竖向、排水设计相协调。
余热发电的绿化布置，应符合下列要求：
1 当余热发电与水泥生产线同步建设时，绿化应由工厂设计统一规划；
2 当余热发电为改、扩建工程时，绿化设计应与工厂绿化相协调。
建筑物和构筑物的耐火等级，应根据生产过程中的火灾危险性确定，且应符合本规范附录A的规定。
主要建筑物和构筑物的布置
主厂房位置的确定，宜符合下列要求：
1 主厂房应布置在余热锅炉附近，宜使并网接入联络线的出线顺畅。
2当同一厂区拥有三条及以上水泥窑时，经采取技术措施后、主蒸汽阻力降仍超过或温降超过20℃时，宜分设主厂房。
冷却塔或喷水池，不宜布置在室外配电装置、主厂房及主干道的冬季主导风向的上风侧。
各建筑物和构筑物之间的防火间距，除应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016、《水泥工厂设计规范》GB50295的有关规定外，还应满足本规范附录Ａ的规定。
站区道路
站区道路布置，应符合下列要求：
1 应满足生产、安装检修和消防要求，并应与绿化、管线、竖向布置相协调，同时应与厂内道路有平顺简捷的连接，路型、路面结构应协调一致。
2 应按《建筑设计防火规范》GB50016规定设置消防车道。
站区道路设计，应符合下列要求：
1 专为站区服务的支道，可采用单行车道，道宽应为～，最小曲率半径（道路弧线内边线）应为9m，路肩宽度应为～。
2 车间引道，道宽应为，最小曲率半径（道路弧线内边线）应为6m；人行道的宽度，不宜小于1m。
3 站区道路及车间引道，最大纵坡不应超过9%。
4 路面标高的确定，应与厂区竖向设计及雨水排除相适应。
公路型道路的标高，应与附近场地标高相协调。
城市型道路的路面标高，应低于附近车间室外散水坡脚标高，并应满足室外场地排水的要求。
管线布置
热力管道可与水泥工艺管道同管廊、管架敷设；当管线综合布置发生矛盾时，应按现行国家标准《工业企业总平面设计规范》GB50187规定的原则处理。
架空管线的布置，应满足下列要求：
1应利用水泥生产线的建筑物、构筑物；
2不应妨碍交通、检修及建筑物自然采光和自然通风，并应做到整齐美观；
3架空管线宜与地下管线重叠布置。
管线至建筑物和构筑物、道路、铁路及其它管线的水平距离，应根据工程地质、构架基础形式、检查井结构、管线埋深、管道直径和管内介质等确定。
地下管线最小水平净距，地下管线、架空管线与建筑物、构筑物之间的最小水平净距，地下管线之间或地下管线与铁路、道路交叉的最小垂直净距，宜符合现行国家标准《水泥工厂设计规范》GB50295的有关规定。
6主厂房布置
一般规定
主厂房布置
1主控制室的地面宜与双层布置的汽机房运转层同一标高，主控制室下层空间可设置为高低压配电室。
2除氧器、闪蒸器层标高，必须满足除氧器和闪蒸器水箱水位的要求，保证锅炉给水泵进口在各种运行工况下不发生汽化。
主厂房的柱距和跨度，应根据汽机容量、形式和布置方式、结合建设（扩建）规划容量确定，并应满足建筑设计统一模数的要求。
检修设施
汽机房的底层，应设置集中安装检修场地，其面积应能满足检修吊装大件和翻缸的要求。
汽机房内起重机设置，应按下列原则确定：
1双层布置的汽机房内，应设置一台电动桥式起重机。
单层布置的汽机房内，可设置手动单梁桥式或其它型式的起重设备。
2起重机的轨顶标高，应结合规划建设机组确定，并应满足起吊物件最大起吊高度的要求。
3起重机的起重量，应按检修起吊最重件确定，不包括发电机定子，同时应结合规划建设机组确定。
利用汽机房桥式起重机起吊受限的设备，其顶部应设置必要的检修吊钩。
汽机房的运转层，应留有利用桥式起重机抽出发电机转子所需要的场地和空间。
汽机房的底层，应留有抽、装、清洗凝汽器冷却管的空间位置。
综合设施
主厂房内管道阀门布置，应方便检查和操作，凡需经常操作维护的阀门而人员难以到达的场所，宜设置平台、楼梯，或设置传动机构引至楼面或地面进行操作。
主厂房内的通道和楼梯的设置，应符合下列要求：
1汽机房底层平面和运转层平面，汽机两侧应设有贯穿直通的纵向通道，其宽度不应小于。
当兼作疏散通道时，其宽度不得小于。
2双层布置并设有中间层的汽轮机运转层至底层平面，应设上下联系楼梯。
主厂房内的地下沟道、地坑、电缆隧道，应设有防水、排水设施。
主厂房内应设有卫生间，各楼层地面应设有冲洗水源。
汽机房外应设有一个事故储油箱或油池。
7余热锅炉及系统
一般规定
1非寒冷地区，应采用露天布置。
2一般寒冷地区，可采用露天布置，应对导压管、排污管等易冻损的部位采取伴热措施。
3严寒地区的余热锅炉，不宜采用露天布置。
余热锅炉设备
余热锅炉与水泥生产线的连接
1窑头废气管道风速不宜大于12m/s，窑尾废气管道风速不宜大于18m/s。
3管道应设热膨胀补偿；
4与设备连接的管道设计，应满足设备对振动、推力、荷载等要求；
5管道支架设置应稳妥可靠。
表管道倾角
气流方向
管道名称上行下行
窑头余热锅炉烟风管道45°40°
窑尾余热锅炉烟风管道50°45°
进入窑头余热锅炉的废气宜设置粉尘分离装置。
8汽轮机设备及系统
一般规定
余热发电机组容量应根据余热资源条件在保证水泥窑正常生产、提高热力系统整体循环热效率的前提下确定。
余热发电宜采用凝汽式机组，当有稳定热用户时，可采用抽凝机组等型式。
余热发电机组可在30％～110%负荷率的范围内运行。
负荷率宜在50%以上连续运行。
主蒸汽系统
当有2台或2台以上汽轮机组时，主蒸汽管道宜采用切换母管制系统。
给水系统及给水泵
给水管道应采用母管制系统，并应符合下列要求：
1给水泵吸水侧的低压给水母管，宜采用分段单母管制系统。
其管径应大于给水箱出水管径1～2级。
给水箱之间的水平衡管的设置，可根据机组的台数和给水箱间的距离等确定。
2给水泵出口的压力母管，当给水泵出力与锅炉容量不匹配时，宜采用分段单母管制系统；当给水泵出力与锅炉容量匹配时，宜采用切换母管制系统。
3给水泵出口处，宜设有再循环管和再循环母管。
4备用给水泵的吸水管，宜位于给水泵进口母管两个分段阀门之间；出口的压力管道，宜位于分段压力母管两个分段阀门之间或接至切换母管上。
余热锅炉给水系统应设置1台备用给水泵。
锅炉给水泵的总容量，应保证在任何一台给水泵停用时，其余给水泵的总出力，仍能满足全部锅炉最大蒸发量的110%。
给水泵的扬程应按满足系统最大给水压力要求进行计算，并应另加15%的裕量。
除氧器及给水箱
除氧器的总出力，应按全部锅炉最大给水量确定。
每台机组宜对应设置一台除氧器；多台相同参数的除氧器可采用母管制系统。
给水箱的总容量，宜符合下列要求：
16MW及以下机组，水箱容量为20min～30min的锅炉最大给水消耗量。
26MW以上机组，水箱容量为10min～15min的锅炉最大给水消耗量。
凝结水系统及凝结水泵
余热发电的凝结水系统宜采用母管制。
凝汽式机组的凝结水泵的台数、容量，宜符合下列要求：
1每台凝汽式机组，宜设置两台凝结水泵，每台流量应为最大凝结水量的110%。
2最大凝结水量应为下列各项之和：
1）汽机最大进汽工况时的凝汽量；
2）进入凝汽器的经常补水量和经常疏水量；
3）进入热井的其他水量。
凝结水泵的扬程应按满足凝结水系统最大给水压力要求进行计算，应另加15%的裕量。
凝汽器及其辅助设施
当循环水有腐蚀性时，凝汽器的水室、管板、管束应采用耐腐蚀的材质。
缺水地区经过技术经济比较，可选用空冷式凝汽器。
9给水排水及设施
一般规定
余热发电的供水设计，应与水泥生产线供水统一规划。
技改工程的余热发电水源宜在水泥生产线水源的基础上扩容。
当需要另辟水源时，应符合现行国家标准《水泥工厂设计规范》GB50295的有关规定。
在条件允许的情况下，锅炉辅机循环冷却水、生活、消防给水和排水管网应与水泥生产线对应的管网相接。
取水构筑物、水泵房、水工建筑物和生活、消防、给水、排水设计应符合现行国家标准《水泥工厂设计规范》GB50295的有关规定。
供水系统
生产用水量应根据发电工艺的要求确定。
生活用水量、绿化与浇洒道路用水量、设计未预见水量的确定应符合现行国家标准《水泥工厂设计规范》GB50295的有关规定。
余热发电供水系统设计，应符合现行国家标准《小型火力发电厂设计规范》GB50049的有关规定。
附属设备冷却用水水质和水温，应满足设备的要求。
冷却塔循环供水系统水质标准应符合现行国家标准《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050的有关规定。
冷却构筑物和循环水泵
冷却塔塔间净距以及与附近建筑物的距离应符合附录A的规定。
循环水泵运行的总流量，应采用最大的计算冷却水量。
循环水泵宜设置备用泵。
给水、炉水校正处理及热力系统水汽取样
炉水校正处理的设施，宜布置在余热锅炉附近。
每台锅炉应设置1台加药泵，并宜另设1台备用泵。
热力系统应设置水汽取样器。
其系统、布置及选材的设计，宜符合下列要求：
1水汽取样冷却器，宜布置在余热锅炉附近，并应便于运行人员取样及通行。
2露天布置锅炉的水汽取样冷却器，应有防雨、防冻措施。
循环冷却水处理
11电力系统
1余热发电与总降压变电站或厂区配电站必须设置并网联络线；
发电机组与电力系统接入点应选择在总降压变电站低压侧某母线段，也可选择在厂区某配电站的某母线段；联络线的回路数量宜根据发电机组数量确定。
2应在发电机出口断路器处设置余热发电并网同期点。
3发电机组解列点可设置在并网联络线的电站侧、总降侧或厂区配电站侧断路器处。
力发电厂设计规范》GB50049有关规定。
12电气设备及系统
电气主接线
发电机额定电压应按下列要求选择：
1发电机电压为直配线时，应根据水泥生产线电力网络发电机并网点的电压等级进行选择。
2发电机与变压器组为单元连接时，宜根据水泥生产线电力网络中压系统电压等级进行选择。
1当发电机为1台时，宜采用单母线接线。
2当发电机为2台及以上时，宜采用单母线分段接线。
站用电系统
1余热发电为单台机组时，可选用1台低压站用变压器。
变压器负荷率不宜超过80%。
2余热发电为2台机组及以上时，可选用2台低压站用变压器。
当2台变压器采用暗备用方式配设时，每台变压器的负荷率不宜超过50%；当2台变压器采用明备用方式配设时，备用变压器负荷率不宜超过80%。
站用电力室与主控制室布置
站用电力室宜布置在主厂房内，其高、低压配电设备可合并布置在同一配电间内。
高压配电设备与低压配电设备应保持一定的安全绝缘距离和操作、检修距离，以及必要的巡检通道。
余热发电主控制室的布置，应符合下列要求：
1主控制室应位于主厂房的汽机运转层。
主控制室的面积宜按规划容量设计。
2主控制室的盘柜布置应满足运行、维护和操作的要求。
余热发电主控制室的环境设施，应符合下列要求：
1主控制室面向汽轮机组的一方，应设便于观察的玻璃窗。
2主控制室内应有良好的采暖、通风、照明、隔音、隔热、防火、防尘、防水等设施。
3主控制室内不应有任何工艺管道穿行通过。
4主控制室下的电缆夹层或电缆主通道，不应有高温汽、水管道、热风管道和油管道穿行通过。
5主控制室上层不宜设置有振动的设备。
直流系统
余热发电直流系统设计，除应符合现行国家标准《小型火力发电厂设计规范》GB50049的有关规定外，尚应符合下列规定：
1直流电源装置应为双电源380/220V输入，并应设置双电源自动切换装置，宜采用高频开关电源装置。
直流电源宜采用1组铅酸免维护蓄电池，并宜配置2组充电、浮充电设备，同时每只电池应带有在线自动监测功能，站用电事故停电时间应按1h计算。
2直流输出应设置合闸母线和控制母线，控制母线应带有自动调压功能，输出电压宜为220V或110V。
3高压开关柜合闸电源、直流润滑油泵动力电源、事故照明电源等均应引自合闸母线，电站系统所需的直流控制电源均应引自控制母线。
4直流动力电源及控制电源开关选择，应选用直流型微型断路器或直流型塑壳断路器，并应按各回路容量选择断路器的额定电流。
电气测量仪表
余热发电的电气测量仪表设计，应符合现行国家标准《电力装置的电测量仪表装置设计规范》GBJ63的有关规定。
设置在并网计量关口的双向计量电能表、CT的精度为级，PT的精度为级。
继电保护和安全自动装置
余热发电的继电保护和安全自动装置设计，应符合现行国家标准《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB50062的有关规定。
电缆选择与敷设
余热发电的电缆选择与敷设的设计，应符合现行的国家标准《电力工程电缆设计规范》GB50217的有关规定。
过电压保护和接地
余热发电的过电压保护和接地，应符合现行相应国家标准《交流电力工程接地设计规范》GB50065的有关规定。
厂内通信
余热发电的厂内通信，应包括余热发电系统与水泥生产线系统的联络通信和发电系统内部生产调度通信。
可利用水泥生产线程控交换总机的富裕量，增加各岗位生产管理和调度通讯电话。
余热发电主控制室应设置与地调通讯的直拨电话。
爆炸火灾危险环境的电气装置
余热发电爆炸火灾危险环境的电气装置的设计，应符合现行国家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058的有关规定。
13热工自动化
一般规定
热工自动化的设计，应包括热工检测、热工报警、热工保护、热工控制等方面内容。
当余热发电分期建设时，对控制方式、设备选型、公共辅助生产系统等有关设施，应全面规划、合理安排。
主控制室热工报警及保护，应符合现行国家标准《小型火力发电厂设计规范》
GB50049的有关规定。
控制方式
余热锅炉系统、汽轮机系统、除氧给水系统、循环水系统、化学水处理系统的除盐水泵等，应采用DCS系统进行控制。
辅助车间的工艺系统（如化学水处理系统等），宜在本车间控制。
电站主控制室集中控制时，应满足下列要求：
1应能实现运行工况的监视和控制；
2应能实现异常工况的报警和紧急事故的处理。
余热发电DCS系统的设计，应能实现内部、或与水泥生产线DCS系统的实时通讯、数据互传、联锁及程序控制。
热工检测与自动调节
热工检测的设计，应符合现行国家标准《小型火力发电厂设计规范》GB50049的有关规定。
余热发电DCS系统设计，应能对主设备及发电系统运行工况的主要参数实现显示、累计、储存、数据处理及打印功能。
自动调节系统的设置，应符合下列规定：
1余热锅炉汽包水位，应设自动调节。
2 当余热锅炉设有喷水混合式减温时，宜设过热蒸汽温度自动调节。
3 汽机自动调节项目，应根据发电系统的特点和汽机设备的要求确定。
4 除氧器和闪蒸器应设压力和水位自动调节。
5 减温减压器应设压力、温度自动调节。
6 需要保持一定液位运行的容器，宜设液位自动调节。
联锁
热力系统重要辅机的自动联锁，应符合现行国家标准《小型火力发电厂设计规范》GB50049的有关规定。
余热发电系统的输灰装置与下游的水泥工艺系统输送设备之间应设置电气联锁。
设置在水泥工艺系统烟风道上的余热锅炉进口、出口及旁通烟风道的各电动调节阀之间，应设置电气联锁。
电源
热工仪表和控制应设安全可靠的电源。
DCS系统应采用不间断电源供电。
热工系统电源的配置，应符合下列规定：
1热工配电箱应设两路交流380/220V电源进线。
2热工控制盘应设两路交流220V电源进线。
两路交流电源的进线应分别引自不同的低压站用母线段。
电缆、导管和就地设备布置
电缆、导管和就地设备布置，应符合现行国家标准《小型火力发电厂设计规范》GB50049的有关规定。
露天布置的热控设备及导管、阀门等部件，应采取防尘、防雨、防冻、防高温、防震、防腐、防止机械损伤等措施。
在寒冷地区布置时，要采取有效的伴热措施。
14采暖通风与空气调节
采暖设计应符合下列要求：
1 位于非集中采暖地区的余热发电如要求采暖时，其主厂房、控制室、值班室及化学水、循环水泵房等，可设置集中采暖。
2 设置集中采暖的生产和辅助生产建筑，在非工作时间或中断使用时间，应按5℃设置值班采暖。
采暖通风、空气调节室外气象计算参数，应按现行国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019的规定选用。
当该规范中无建厂地区的气象资料时，可采用周围地理条件相似地区的气象资料。
余热发电采暖热媒应与工厂的采暖热媒保持一致。
当由余热发电供热时，采暖热媒应选用热水。
一般地区，宜采用95℃～70℃低温热水；严寒地区，宜采用110℃～70℃高温热水。
当由余热发电向厂区采暖供热时，供热系统中仅有一台水泥窑设有余热锅炉时，应设置备用热源。
当有两台及以上水泥窑设有余热锅炉时，可不设置备用热源。
当位于非集中采暖地区设有集中采暖时，可不设置备用热源。
炎热地区有人值班的控制室可设置单体空调器。
汽机房以外各建筑的通风设计，应根据消除有害气体计算风量，当缺乏必要资料时，可按房间换气次数确定。
换气次数应符合现行国家标准《水泥工厂设计规范》GB50295的规定。
主控制室、计算机房、工程师站等，当通风不能满足工艺对室内温度、湿度要求时，应设空气调节装置。
站用高、低压开关柜室的通风，应符合下列规定：
1 事故通风量，应按换气次数不少于12次/h计算。
事故排风机宜兼作通风换气用。
2 事故通风通风机的电气开关，应分别设置在室内、室外便于操作的位置。
北方地区露天布置的酸、碱贮罐应设有伴热保温设施。
15 建筑结构
一般规定
建筑结构设计，应满足发电工艺设备布置要求，通道布置应简捷、顺畅。
建筑结构设计，应根据环境保护、地区气候特点，满足采光、通风、防寒、隔热、节能、防水、防雨、隔声等要求，并应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016、《工业企业设计卫生标准》GBZ1、《厂房建筑模数协调标准》GBJ1、《建筑模数统一协调标准》GBJ2、《水泥工厂设计规范》GB50295、《水泥工厂节能设计规范》GB50443的规定。
主厂房、汽轮发电机基础、余热锅炉平台应设沉降观测点，沉降观测点的设置应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的规定。
汽轮发电机基础应按现行国家标准《动力机器基础设计规范》GB50040并按制造厂的要求设计；汽机房的吊
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