摘要:本文介紹一種適用于中低溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電的新技術(shù)——雙壓純低溫余熱發(fā)電技術(shù)在遼源金剛水泥廠的工程應(yīng)用。該技術(shù)將低品位熱源充分用于發(fā)電,具有效率高、節(jié)能、環(huán)保和便于運(yùn)行維護(hù)等特點(diǎn),可以廣泛應(yīng)用于水泥窯等行業(yè)的余熱利用。
關(guān)鍵詞:雙壓技術(shù);余熱發(fā)電;水泥窯;應(yīng)用
1 概述
能源問題是關(guān)系經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定和國(guó)家安全的重大戰(zhàn)略問題。節(jié)能降耗和環(huán)保已成為我國(guó)的基本國(guó)策。2006年國(guó)家節(jié)能和環(huán)保兩項(xiàng)指標(biāo)未完成,一個(gè)重要原因是缺乏有效的節(jié)能環(huán)保技術(shù)。在這種形勢(shì)下,相關(guān)單位紛紛研制開發(fā)節(jié)能環(huán)保技術(shù),水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)就是一個(gè)既節(jié)能又環(huán)保的新技術(shù)。
該項(xiàng)技術(shù)目前已得到廣泛重視。國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)在《節(jié)能中長(zhǎng)期專項(xiàng)規(guī)劃》中,明確提出要在2 000 t/d以上水泥生產(chǎn)線中建設(shè)“余熱余壓利用工程”以降低生產(chǎn)成本,優(yōu)化生產(chǎn)流程,控制污染物的排放,促進(jìn)環(huán)境保護(hù)。因此水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)空間,必將推動(dòng)水泥行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步,促進(jìn)水泥行業(yè)的節(jié)能降耗和環(huán)保,實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。
水泥窯余熱發(fā)電的原則就是在保證水泥生產(chǎn)線
熟料質(zhì)量、產(chǎn)量穩(wěn)定且不增加熱耗的條件下,盡可能的回收利用余熱,提高噸熟料發(fā)電量。一方面要求盡可能多的回收低溫余熱,即提高余熱鍋爐效率,這需要在保證余熱鍋爐面積一定的條件下,降低蒸汽的壓力與溫度;另一方面,也要提高汽輪發(fā)機(jī)的效率,這需要提高蒸汽的壓力與溫度。要想提高整個(gè)余熱發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)的效率,就必須兼顧余熱鍋爐效率和汽輪機(jī)的效率。雙壓系統(tǒng)產(chǎn)生的高壓蒸汽可提高汽輪機(jī)的效率,同時(shí)產(chǎn)生的低壓蒸汽可提高余熱鍋爐效率,解決了二者的矛盾,最大限度提高了噸熟料發(fā)電量。本文介紹雙壓純低溫余熱發(fā)電技術(shù)在遼源金剛水泥廠的工程應(yīng)用。
2 雙壓純低溫余熱發(fā)電技術(shù)介紹
雙壓余熱發(fā)電技術(shù)就是按照能量梯級(jí)利用的原理,在同一臺(tái)余熱鍋爐中設(shè)置2個(gè)不同壓力等級(jí)的汽水系統(tǒng),分別進(jìn)行汽水循環(huán),產(chǎn)生高壓和低壓兩種過熱蒸汽;高壓過熱蒸汽作為主蒸汽、低壓過熱蒸汽作為補(bǔ)汽分別進(jìn)入補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī),推動(dòng)汽輪機(jī)做功發(fā)電,雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)使能量得到合理利用,熱回收效率高。
余熱資源參數(shù)不同,余熱鍋爐的低壓受熱面與高壓受熱面有不同的布置方式。根據(jù)遼源金剛水泥廠窯頭(AQC)和窯尾(SP)的余熱特點(diǎn)和工藝要求,經(jīng)過余熱利用后,要使AQC余熱鍋爐排煙溫度降到100℃左右。使窯尾SP余熱鍋爐排煙溫度降低到220℃左右后進(jìn)入原料磨烘干原料,其設(shè)置的雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1。
雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)與常規(guī)余熱發(fā)電系統(tǒng)不同之處在于其窯頭(AQC)余熱鍋爐增設(shè)了低壓汽水系統(tǒng),其汽輪機(jī)組在第四壓力級(jí)之后增加了補(bǔ)汽口,并適當(dāng)增大補(bǔ)汽口以后汽輪機(jī)通流部分面積。
采用雙壓系統(tǒng)的主要目的是為了提高系統(tǒng)循環(huán)效率。使低品位的熱源充分利用,獲得最大限度的發(fā)電功率,降低窯頭(AQC)雙壓余熱鍋爐的排氣溫度;其次是雙壓系統(tǒng)的低壓蒸汽是過熱的,進(jìn)入汽輪機(jī)后能保證汽輪機(jī)內(nèi)的蒸汽最大濕度控制在14%以下,使汽輪機(jī)葉片工作在安全范圍內(nèi),并提高機(jī)組的效率;同時(shí)低壓蒸汽還可用于供熱等其它需要熱源的地方,提高運(yùn)行靈活性。
雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)單靈活、成本低、熱利用率高。由于在余熱鍋爐上增設(shè)了低壓省煤器、低壓蒸發(fā)器,并且增設(shè)了低壓過熱器,能夠把更多的低溫余熱吸收利用,比單壓系統(tǒng)多發(fā)電10%左右,并且必要時(shí)能夠解列,維持單壓系統(tǒng)正常運(yùn)行。而對(duì)于能夠增加發(fā)電量的閃蒸系統(tǒng)來(lái)說(shuō),需要增加閃蒸器、汽水分離器等設(shè)備;閃蒸器產(chǎn)生的是飽和蒸汽,在進(jìn)入汽輪機(jī)做功后,易使汽輪機(jī)排汽干度不能滿足汽輪機(jī)的要求。
3工程應(yīng)用
3.1遼源金剛雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)概況
為了改變本地區(qū)水泥行業(yè)的落后面貌,充分利用自身的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、廉價(jià)的煤炭及電力資源,遼源金剛結(jié)合地方礦產(chǎn)資源,高標(biāo)準(zhǔn)、高起點(diǎn)建設(shè)二條5000 t/d具有五級(jí)預(yù)熱器和預(yù)分解爐的新型干法生產(chǎn)線。這對(duì)加速當(dāng)?shù)厮喈a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)升級(jí)換代,拉動(dòng)當(dāng)?shù)夭傻V、運(yùn)輸和服務(wù)的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用。
為了提高企業(yè)綜合效益,最大限度的利用水泥熟料生產(chǎn)線的窯頭、窯尾廢氣余熱,金剛集團(tuán)對(duì)國(guó)家及吉林省資源綜合利用的產(chǎn)業(yè)政策進(jìn)行認(rèn)真的學(xué)習(xí)和研究,同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的資源綜合利用電站進(jìn)行綜合調(diào)研的基礎(chǔ)上,根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)條件和現(xiàn)有新型干法水泥窯所產(chǎn)生的余熱及場(chǎng)地布置等因素,決定利用水泥熟料生產(chǎn)線窯頭、窯尾余熱資源,采用雙壓余熱發(fā)電技術(shù)建設(shè)純低溫余熱電站。
由于設(shè)計(jì)時(shí)生產(chǎn)線尚未投產(chǎn),原始廢氣參數(shù)只能根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和其它同類型線的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)取值,確定為:出窯尾預(yù)熱器SP的廢氣流量為340 000Nm3/h、溫度為320~350℃;冷卻機(jī)AQC排出廢氣量為300 000 Nm3/h、溫度為260℃,為了使窯頭AQC鍋爐產(chǎn)生參數(shù)稍高一些的蒸汽,以便與窯尾SP鍋爐產(chǎn)生的蒸汽能混合進(jìn)入汽輪機(jī),對(duì)AQC進(jìn)行了改造,從中部開孔,抽出的煙氣量設(shè)計(jì)值為180 000 Nm3/h、溫度為350℃。
3.2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)
3.2.1電站工藝系統(tǒng)特點(diǎn)
根據(jù)遼源金剛水泥廠的余熱條件,結(jié)合朗肯循環(huán)原理,對(duì)能量進(jìn)行梯級(jí)利用,采用雙壓工藝熱力系統(tǒng),可使相對(duì)高溫?zé)嵩矗?10~350℃煙氣)產(chǎn)生較高參數(shù)的蒸汽,使相對(duì)低溫?zé)嵩矗?00~210℃煙氣)產(chǎn)生較低參數(shù)的蒸汽,使能量分布優(yōu)化,提高熱力系統(tǒng)循環(huán)效率。
在窯尾預(yù)熱器廢氣出口設(shè)置SP余熱鍋爐。從預(yù)熱器出來(lái)的350℃左右的煙氣從頂部進(jìn)入SP余熱鍋爐,由于其煙氣粉塵濃度高為80-100g/Nm3、粉塵顆粒細(xì)、粉塵比電阻高、粉塵硬度低等特點(diǎn),對(duì)鍋爐受熱面的磨損不嚴(yán)重、但容易積灰,因此在SP余熱鍋爐內(nèi)設(shè)置振打除灰裝置。煙氣在鍋爐內(nèi)經(jīng)過能量交換后,溫度為220℃左右,進(jìn)入原水泥系統(tǒng)。
在窯頭冷卻機(jī)廢氣出口設(shè)置AQC余熱鍋爐,采用雙壓技術(shù)。由于窯頭煙氣帶著磨損性較強(qiáng)的熟料微粒,含塵濃度為20-30g/Nm3左右,具有干燥,粉塵粒徑粗、磨損性大、粘附性不強(qiáng)等特點(diǎn);為減輕鍋爐磨損,提高鍋爐的使用壽命,在AQC鍋爐前設(shè)置沉降室。350℃左右的煙氣從篦冷機(jī)中部抽出后進(jìn)入沉降室,在沉降室內(nèi)約有60%的灰塵沉降下來(lái),灰塵通過拉鏈機(jī)送到水泥熟料系統(tǒng),煙氣再?gòu)捻敳窟M(jìn)入AQC余熱鍋爐,在鍋爐內(nèi)經(jīng)過能量交換成為溫度為100℃左右的煙氣,進(jìn)入水泥系統(tǒng)的窯頭電收塵器。
余熱發(fā)電汽水系統(tǒng)流程為:給水經(jīng)高壓給水泵進(jìn)入AQC余熱鍋爐公共省煤器后,被加熱成為飽和水后,分成二路分別進(jìn)入AQC鍋爐高壓系統(tǒng)和SP鍋爐。另一路低壓給水經(jīng)低壓給水泵進(jìn)入低壓省煤器后,進(jìn)入AQC鍋爐低壓系統(tǒng)。進(jìn)入AQC高壓系統(tǒng)和SP鍋爐的水經(jīng)過鍋爐內(nèi)部循環(huán)被加熱成過熱蒸汽;進(jìn)入AQC低壓系統(tǒng)的水被加熱成低壓補(bǔ)汽 ,兩臺(tái)鍋爐的過熱蒸汽混合后和低壓補(bǔ)汽分別進(jìn)入汽輪機(jī)前端高壓進(jìn)汽口和中部低壓補(bǔ)汽口做功發(fā)電。
為了保證電站事故時(shí)不影響水泥窯生產(chǎn)順利進(jìn)行,余熱鍋爐均設(shè)有旁通廢氣管道,一旦余熱鍋爐或電站發(fā)生事故時(shí),可以將余熱鍋爐從水泥生產(chǎn)系統(tǒng)中解列,不影響水泥生產(chǎn)的正常運(yùn)行。
以上電站工藝系統(tǒng)特點(diǎn),可以使電站運(yùn)行方式靈活、可靠,很好地與水泥生產(chǎn)配合,并最大限度地利用余熱。
3.2.2余熱發(fā)電系統(tǒng)的接入
由于水泥線工藝布置較緊湊,現(xiàn)場(chǎng)空地不多,而窯尾SP鍋爐又采用立式鍋爐,所以將窯尾SP爐布置在窯尾預(yù)熱器后的高溫風(fēng)機(jī)之上。在每條線最上一級(jí)(C1級(jí))預(yù)熱器至窯尾高溫風(fēng)機(jī)的下行管道上引出廢氣管道與SP鍋爐相連。鍋爐出口煙氣溫度在220℃左右,送到窯尾高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口的管道上,以滿足下道工序烘干原料和煤的需要。烘干原料和煤后的廢氣由原廢氣處理系統(tǒng)的收塵器凈化后排入大氣??刂棋仩t的煙氣阻力≤1000Pa,使系統(tǒng)的阻力在窯尾高溫風(fēng)機(jī)的能力允許范圍之內(nèi)。在原預(yù)熱器出口至高溫風(fēng)機(jī)的煙道引出管道、原下行管道以及鍋爐出口管道上均增設(shè)電動(dòng)百葉閥門,對(duì)氣流進(jìn)行控制和切換,原下行管道可做為鍋爐的旁通煙道。當(dāng)需要提高烘干原料和煤的煙氣溫度時(shí),可適當(dāng)調(diào)節(jié)下行煙道調(diào)節(jié)閥,讓鍋爐出口的低溫?zé)煔夂虲1級(jí)出口直接下行的高溫?zé)煔饣旌希岣哌M(jìn)窯尾風(fēng)機(jī)(原料磨)的煙溫,其調(diào)節(jié)范圍從220℃或更低直至C1級(jí)出口溫度(即煙氣一點(diǎn)不通過SP鍋爐),而且SP爐的進(jìn)口煙道閥和旁路煙道閥,正常設(shè)計(jì)在窯控制室操作,窯操可隨時(shí)根據(jù)具體情況調(diào)整,既滿足了水泥生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行,又保證了SP爐的安全。通過旁通煙道的調(diào)節(jié)作用還可使水泥生產(chǎn)及余熱鍋爐的運(yùn)行均達(dá)到理想的運(yùn)行工況。
在熟料冷卻機(jī)與窯頭收塵器之間設(shè)一臺(tái)AQC鍋爐,由廢氣管道連接。為保證鍋爐正常產(chǎn)汽量,需對(duì)冷卻機(jī)進(jìn)行改造,從冷卻機(jī)中部(原煤磨抽風(fēng)處)引出管道,抽出350℃左右的廢氣送至沉降室,濾去大顆粒粉塵后再由管道引向AQC鍋爐。從冷卻機(jī)中部抽風(fēng)的目的是提高進(jìn)入AQC余熱鍋爐的廢氣溫度,提高整個(gè)系統(tǒng)的循環(huán)效率。
每條線出AQC鍋爐的廢氣進(jìn)入原有的窯頭收塵器收塵后,由原有窯頭排風(fēng)機(jī)排放,冷卻機(jī)剩余的低溫余風(fēng)仍由原管路進(jìn)窯頭收塵器。原余風(fēng)管路系統(tǒng)可做為鍋爐的旁通煙道,當(dāng)鍋爐故障或水泥生產(chǎn)不正常時(shí)可關(guān)閉去AQC鍋爐的閥門,氣流可不經(jīng)鍋爐而由此旁路系統(tǒng)直接排至窯頭收塵器。在冷卻機(jī)原余風(fēng)管路上、新設(shè)的去鍋爐管路上和出鍋爐管路上均增設(shè)電動(dòng)百葉閥門,以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣流的控制和切換。鍋爐和沉降室的煙氣總阻力控制小于1000Pa,使改造后的氣體流量和壓力在窯頭排風(fēng)機(jī)的能力允許范圍之內(nèi)。
3.2.3廢灰處理
窯尾SP余熱鍋爐管束上的積灰經(jīng)過振打裝置振下后通過螺旋輸送機(jī)送到原水泥系統(tǒng)增濕塔下面的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī),與增濕塔下來(lái)的料混合后,溫度降低,對(duì)系統(tǒng)設(shè)備不會(huì)造成影響,再通過鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)送到原料庫(kù);AQC余熱鍋爐及沉降室的積灰量清下后通過拉鏈機(jī)送到熟料輸送機(jī),再由熟料輸送機(jī)送到熟料庫(kù)。
3.2.4 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)
循環(huán)冷卻水系統(tǒng)包括循環(huán)冷卻水泵站、冷卻構(gòu)筑物、循環(huán)水池及循環(huán)水管網(wǎng)。運(yùn)行時(shí),循環(huán)冷卻水泵自循環(huán)水池抽水送至各生產(chǎn)車間供生產(chǎn)設(shè)備冷卻用水,冷卻過設(shè)備的水(循環(huán)回水)利用循環(huán)水泵的余壓送至冷卻構(gòu)筑物,冷卻后的水流至循環(huán)水池,供循環(huán)水泵繼續(xù)循環(huán)使用。為確保該系統(tǒng)良好、穩(wěn)定的運(yùn)行,系統(tǒng)中設(shè)置了加藥和旁濾設(shè)備。
加藥系統(tǒng)采用兩套自動(dòng)加藥裝置定期加入阻垢劑與殺菌劑,分別投加HEDP和ClO2。HEDP除去水中的Ca2+ ,Mg2+等金屬離子,降低水的硬度,防止設(shè)備、管道結(jié)垢;ClO2防止水中滋生藻類,同時(shí)可以殺菌作用。
3.2.5化學(xué)水處理系統(tǒng)
為了保證鍋爐給水水質(zhì),提高供水安全可靠性考慮,建設(shè)一條一級(jí)反滲透+一級(jí)混床除鹽的除鹽水系統(tǒng)??紤]采用一級(jí)反滲透+混床水處理系統(tǒng)的原因?yàn)椋?
① 用一級(jí)反滲透+混床制除鹽水,與用軟化水相比較:
可降低鍋爐排污率,從而降低熱量的損失,提高了余熱的利用效率。用一級(jí)反滲透+混床制除鹽水的排污率為0.4%,用軟化水的排污率為7.5%。
可大大提高了補(bǔ)給水水質(zhì),解決了中低壓鍋爐中常用軟化水作補(bǔ)給水而引起的硅酸鹽結(jié)垢的問題。有利于鍋爐的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,延長(zhǎng)了鍋爐的使用壽命。
由于純低溫余熱發(fā)電利用廢煙氣,溫差波動(dòng)較大,造成鍋爐負(fù)荷變化大,因此蒸汽中攜帶的鹽分較多,在過熱器及汽輪機(jī)中造成鹽類的積聚,引起過熱器堵塞及汽輪機(jī)故障,選用純度較高的除鹽水,能在負(fù)荷不穩(wěn)的情況下保證蒸汽的品質(zhì),提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
② 用一級(jí)反滲透+混床制除鹽水與用一級(jí)除鹽水相比較,
可降低酸堿耗量,一級(jí)反滲透+混床的再生酸堿耗量為一級(jí)除鹽水的5%,從而減少了酸堿廢水的排放量,有利于環(huán)境保護(hù)。
減少了系統(tǒng)的頻繁再生操作,使系統(tǒng)的運(yùn)行操作更簡(jiǎn)單,
系統(tǒng)的出水水質(zhì)更易得到保證,且大大提高了出水水質(zhì)。
采用一級(jí)反滲透+混床水處理系統(tǒng)符合系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)的條件,有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
3.2.6 除氧系統(tǒng)
為控制鍋爐給水的含氧量,減少溶解氧對(duì)熱力系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕,根據(jù)余熱發(fā)電工藝要求,進(jìn)入鍋爐的給水含氧量必須≤0.05mg/l。采用化學(xué)藥劑除氧,在給水中加入化學(xué)還原藥劑聯(lián)氨(N2H4),使其與氧反應(yīng)生成無(wú)腐蝕的穩(wěn)定化合物,將水中的溶解氧除去。
其反應(yīng)方程式如下:N2H4 +O2 = N2↑+2H2O
其反應(yīng)產(chǎn)物N2和H2O對(duì)熱力系統(tǒng)沒有任何害處,在200℃以上的高溫水中,N2H4還可以將Fe2O3還原成Fe3O4、FeO以及Fe。聯(lián)氨的這些性質(zhì)對(duì)防止鍋爐內(nèi)的鐵垢有一定的作用。被廣泛地應(yīng)用于中、高壓鍋爐給水的化學(xué)除氧處理。
常用的除氧方法有熱力除氧、真空除氧、化學(xué)除氧(包括藥劑除氧和鋼屑除氧)、解析除氧等。
熱力除氧不符合工藝要求(給水水溫55℃,鍋爐排煙溫度95℃左右),如果改變工藝,則造成系統(tǒng)的復(fù)雜;
采用真空除氧造成操作及系統(tǒng)復(fù)雜,由于在真空狀態(tài)下,被除氧的水溫度對(duì)除氧效果有著直接關(guān)系,除鹽水溫度應(yīng)高出除氧器運(yùn)行的真空度所對(duì)應(yīng)的飽和溫度3-5℃,水噴射真空泵工作的循環(huán)水溫應(yīng)低于該飽和溫度3-5℃。兩者溫差為6-10℃,只有控制好這一溫差,除氧效果才能好,在實(shí)際運(yùn)行中,由于運(yùn)行條件的變化及四季的變換,這一溫差不好控制、操作困難,除氧不很可靠。
采用化學(xué)除氧的鐵屑除氧在運(yùn)行時(shí)需要反洗,要經(jīng)常更換濾芯,維護(hù)費(fèi)用較大。
采用解析除氧要消耗燃料,工藝復(fù)雜。
采用化學(xué)除氧的藥劑除氧??梢院?jiǎn)化全廠的熱力系統(tǒng)并保證除氧效果。綜合考慮,采用化學(xué)藥劑除氧系統(tǒng)。
3.2.7 保溫
由于本工程地處東北嚴(yán)寒地區(qū),需對(duì)室外的儀表等設(shè)備進(jìn)行伴熱保溫。電氣設(shè)備各測(cè)點(diǎn)的導(dǎo)壓管、變送器設(shè)置自限溫伴熱帶,同時(shí)設(shè)置保溫箱以確保儀表靈敏、準(zhǔn)確工作;對(duì)于室外液位計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)控制箱等需防凍的設(shè)備,設(shè)置保溫箱進(jìn)行保護(hù)。
3.3 主要設(shè)備
3.3.1 窯頭(AQC)雙壓余熱鍋爐
其型號(hào)為:QC180/350-14(4)-1.6(0.35)/330(165)
①。是為滿足5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線的窯頭冷卻機(jī)的余熱回收而設(shè)計(jì)的。
鍋爐規(guī)范及主要參數(shù)為:
1、 鍋爐額定蒸發(fā)量:14(4) t/h
2、 額定蒸汽壓力:1.6(0.35) MPa(g)
3、 額定蒸汽溫度:330(165) ℃
4、 給水溫度:55 ℃
5、 余熱煙氣量:180 000 Nm 3/h
6、 余熱煙氣進(jìn)口溫度:350 ℃
7、 設(shè)計(jì)煙氣出口溫度:95 ℃
8、 煙氣含塵量:30 g/Nm3
AQC 余熱鍋爐采用雙壓結(jié)構(gòu),高壓段出口額定蒸汽壓力為1.6MPa(g),低壓段出口額定蒸汽壓力為0.35MPa(g)。AQC 鍋爐整體采用管箱式結(jié)構(gòu),自上而下有高壓過熱器管箱、兩級(jí)高壓蒸發(fā)器管箱、高壓省煤器管箱、低壓過熱器管箱、低壓蒸發(fā)器管箱,高低壓省煤器管箱。管箱采用左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)共14 只管箱,這些管箱均通過底座型鋼將自身重量傳遞到鋼架的橫梁上。采用這種管箱式結(jié)構(gòu),可將鍋爐漏風(fēng)降至最低,提高鍋爐效率,減少現(xiàn)場(chǎng)安裝的工作量。
3.3.2 窯尾(SP)余熱鍋爐
其型號(hào)為:QC340/350-24-1.6/320。是為滿足5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線的窯尾預(yù)熱器(SP)的余熱回收而設(shè)計(jì)的。
鍋爐規(guī)范及主要參數(shù)為:
1 鍋爐額定蒸發(fā)量:24 t/h
2 額定蒸汽壓力:1.6 MPa(g)
3 額定蒸汽溫度:320 ℃
4 給水溫度:134 ℃
5 余熱煙氣量:340 000 Nm3/h
6 余熱煙氣進(jìn)口溫度:350 ℃
7 設(shè)計(jì)煙氣出口溫度:220 ℃
SP 余熱鍋爐采用單鍋筒自然循環(huán)方式、露天立式布置,結(jié)構(gòu)緊湊、占地小。煙氣從上向下分別橫向沖刷過熱器、五級(jí)蒸發(fā)器、省煤器,氣流方向與粉塵沉降方向一致。
3.3.3 補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)
其型號(hào)為:BN6.5-1.5/0.35。是為滿足水泥行業(yè)5000 t/d熟料生產(chǎn)線雙壓余熱發(fā)電而設(shè)計(jì)的低參數(shù)汽輪機(jī),適合水泥廠及其它具有中低溫廢熱資源單位使用。其主要參數(shù)為:
裝機(jī)功率:6.5 MW
額定轉(zhuǎn)速:3000r/min
進(jìn)汽壓力:1.5 Mpa(a)
進(jìn)汽溫度:300℃
進(jìn)汽量:38 t/h
補(bǔ)汽壓力:0.35Mpa(a)
補(bǔ)汽溫度:155℃
補(bǔ)汽量: 4 t/h
排汽壓力:0.007 Mpa(a)
排汽溫度:39.02℃
汽輪機(jī)補(bǔ)汽缸采用漸縮蝸殼式結(jié)構(gòu),保證低壓蒸汽能均勻補(bǔ)進(jìn)汽輪機(jī),補(bǔ)進(jìn)后能與主蒸汽均勻混合;末級(jí)葉片采用扭葉片,提高汽輪機(jī)后缸熱力性能和汽輪機(jī)的效率。對(duì)于補(bǔ)汽式汽輪機(jī),在主蒸汽及補(bǔ)汽參數(shù)確定后,補(bǔ)汽點(diǎn)的選取和補(bǔ)汽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。補(bǔ)汽點(diǎn)位置選取不當(dāng)會(huì)造成蒸汽補(bǔ)不進(jìn)去或補(bǔ)汽損失太大,在經(jīng)過詳細(xì)的汽輪機(jī)通流部分計(jì)算,兼顧額定工況、最大工況和變工況以及汽輪機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)后,確定補(bǔ)汽點(diǎn)為第四壓力級(jí)后。
汽輪機(jī)高壓主蒸汽參數(shù)的確定:高壓主蒸汽壓力增加使蒸汽焓降有所增加,但同時(shí)壓力增加使進(jìn)汽比容減小,由于高壓級(jí)葉片較短,損失增加;壓力增加也使排汽濕度增加,對(duì)末級(jí)葉片的安全性及經(jīng)濟(jì)性不利。而且壓力增加也使系統(tǒng)耗功增加,所以汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力并非越高越好,經(jīng)過優(yōu)化后取汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力為1.5 MPa(a)。機(jī)組出力隨主蒸汽溫度的提高而明顯地增加,但它受余熱煙氣溫度的限制??紤]鍋爐投資同增加出力的關(guān)系取熱端溫差為25℃。同時(shí)考慮到沿途散熱及損失的影響,進(jìn)汽輪機(jī)的主蒸汽溫度定為300℃。
汽輪機(jī)低壓補(bǔ)汽參數(shù)的確定:低壓補(bǔ)汽參數(shù)的選取從三個(gè)方面來(lái)考慮:(1) 最佳的經(jīng)濟(jì)性,補(bǔ)汽壓力的確定要使汽輪機(jī)出力最大。 (2) 補(bǔ)汽溫度同主流溫度要匹配,補(bǔ)汽與主蒸汽溫差不宜太大,這是為了降低補(bǔ)汽口處缸體的熱應(yīng)力。 (3) 補(bǔ)汽過熱度要求,補(bǔ)入蒸汽帶有濕度不利于機(jī)組安全運(yùn)行,設(shè)計(jì)要求在任何工況下補(bǔ)汽的過熱度大于11 ℃。綜合以上情況選取補(bǔ)汽壓力為0. 35MPa (a) ,補(bǔ)汽溫度為155 ℃,過熱度為16℃。
3.4 調(diào)試、運(yùn)行情況
遼源金剛水泥廠首次應(yīng)用雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行余熱利用。經(jīng)過5個(gè)多月時(shí)間的建設(shè),于2006年9月27日一次并網(wǎng)發(fā)電成功。在水泥生產(chǎn)線熟料產(chǎn)量穩(wěn)定在5000 t/d且不增加熱耗的條件下,噸熟料發(fā)電量達(dá)到37 kwh/t.cl以上,實(shí)際發(fā)電功率達(dá)到7726 kw,自用電量小于7%。窯頭AQC鍋爐排煙溫度在100℃以下。窯尾預(yù)熱器排煙溫度為220℃,在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。該余熱發(fā)電技術(shù)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平,并達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。
以下為遼源金剛余熱發(fā)電的設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)比表:
項(xiàng)目
|
設(shè)計(jì)參數(shù)
|
運(yùn)行參數(shù)
|
優(yōu)化后可以達(dá)到參數(shù)
|
AQC煙氣參數(shù)
|
流量(Nm3/h)
|
180 000
|
約150 000
|
220 000
|
溫度(℃)
|
350
|
約360
|
380
|
SP煙氣參數(shù)
|
流量(Nm3/h)
|
340 000
|
約340 000
|
340 000
|
溫度(℃)
|
350
|
350
|
350
|
AQC蒸汽參數(shù)
|
流量(t/h)
|
14(4)
|
18(3.8)
|
20(4)
|
溫度(℃)
|
320(165)
|
330(160)
|
350(180)
|
壓力(MPag)
|
1.6(0.35)
|
1.51(0.17)
|
1.6(0.35)
|
SP蒸汽參數(shù)
|
流量(t/h)
|
24
|
18.7
|
24
|
溫度(℃)
|
320
|
320
|
320
|
壓力(MPag)
|
1.6
|
1.54
|
1.6
|
發(fā)電量(kw)
|
6500
|
7726
|
>9000
|
汽耗(kg/kwh)
|
6.46
|
5.24
|
<5
|
噸熟料發(fā)電量kwh/t.cl
|
30
|
37
|
43
|
4 結(jié)論
雙壓余熱發(fā)電技術(shù)是一項(xiàng)成熟的技術(shù),可適用于多種中、低溫余熱發(fā)電的專利技術(shù),屬于國(guó)家發(fā)改委重點(diǎn)支持和推廣的節(jié)能項(xiàng)目。該技術(shù)能夠在成本投資較小的情況下,極大限度地利用溫度在200~400 ℃之間的低品位熱源,比同條件下的常規(guī)余熱發(fā)電系統(tǒng)能多發(fā)電10%左右。遼源金剛水泥廠余熱發(fā)電建成投產(chǎn),并網(wǎng)發(fā)電一次成功,表明國(guó)內(nèi)純低溫余熱發(fā)電技術(shù)有了重大突破,已經(jīng)步入國(guó)際先進(jìn)行列。整個(gè)余熱發(fā)電系統(tǒng)工程造價(jià)低、熱效率高、設(shè)備均為國(guó)產(chǎn),具有很好社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益可觀,符合我國(guó)能源政策的節(jié)能和環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì),有極大的推廣價(jià)值。
參考文獻(xiàn):
[1] 彭巖..純低溫余熱發(fā)電雙壓技術(shù)分析.中國(guó)水泥,2006(6).
[2]劉志江.新型干法水泥技術(shù).北京.中國(guó)建材工業(yè)出版社,2005.
[3] 遼源市金剛水泥廠純低溫余熱發(fā)電技改工程可行性研究報(bào)告
(中國(guó)水泥網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處)