苏州绿叶集团徐建成:预分解窑余热发电系统配置的技术方案-技术研讨-中国水泥网

预分解窑余热发电系统配置的技术方案

1.   热力单压系统方案
 
　　单压系统的窑尾锅炉排气需要提供给水泥生产系统作为烘干用热源，因此排气温度不能太低，故窑尾锅炉只设蒸发器和过热器，蒸发器给水由窑头锅炉的省煤器加热后供给。窑头锅炉排气温度要保证在系统中不结露和节点温差合理的前提下尽可能低，故窑头锅炉由省煤器、蒸发器、过热器组成，省煤器加热后的热水同时作为窑尾和窑头蒸发器的给水。窑头窑尾锅炉同时生产一种压力的过热蒸汽，混合后进入汽轮机，汽轮机排气经凝汽器凝结成水由凝结水泵输送到除氧器，除氧后再由给水泵加压送回窑头锅炉的省煤器重新循环。 
　　该系统主机包括两台余热锅炉、一套凝汽式汽轮发电机组。
   
　　(1)　SP余热锅炉：在窑尾设置SP余热锅炉，利用预热器C。筒出口废气作为热源，锅炉仅设置蒸汽段，生产1.35 MPa、约310－320℃的过热蒸汽，与窑头AQC余热锅炉生产的过热蒸汽混合后送入汽轮发电机组，出SP余热锅炉废气温度降到200－220℃，供生料粉磨或煤磨烘干使用。 
　　(2)　AQC余热锅炉：在窑头设置AQC余热锅炉，利用篦式冷却机中部抽取的废气(约360－380℃)作为热源，余热锅炉分为蒸汽段和热水段运行：蒸汽段生产1.35MPa、340－360℃的过热蒸汽，与窑尾SP余热锅炉生产的过热蒸汽混合后送人汽轮发电机组；热水段生产的170－185℃热水作为AQC余热锅炉蒸汽段及SP佘热锅炉的给水，出AQC锅炉废气温度降至100℃左右。 
　　(3)　汽轮发电机组：配置凝汽式汽轮机组一套。      
　　整个工艺流程是将40℃左右的化学水经过除氧器除氧，由锅炉给水泵加压进入AQC锅炉省煤器，将水加热成170℃左右的热水。加热后的水分成两部分，一部分进入AQC锅炉锅筒，另一部分进入SP锅炉锅筒，然后依次经过各自锅炉的蒸发器、过热器产生1.35MPa、340℃和1.35MPa、310℃的过热蒸汽，汇合后进人汽轮发电机组做功，作功后的乏汽进入凝汽器，冷凝水和补充化学水经除氧器除氧再进行下一个热力循环。SP锅炉出口废气温度在220℃左右，用于烘干生料或煤。 

2.　热力双压系统方案
     
　　双压系统的窑尾锅炉排气需要提供给水泥生产系统作为烘干用热源，因此排气温度不能太低，故窑尾锅炉只设蒸发器和过热器，蒸发器给水由窑头锅炉的高压省煤器加热后供给。窑头锅炉排气温度要保证在系统中不结露和节点温差合理的前提下尽可能低。为了加大热利用率，窑头锅炉分为两段，分别由高压省煤器、蒸发器、过热器和低压省煤器、蒸发器、过热器组成，高压省煤器加热后的热水同时作为窑尾蒸发器和窑头高压蒸发器的给水。窑头低压省煤器加热后的热水供窑头低压蒸发器使用，窑尾锅炉及窑头锅炉高压过热器同时生产一种压力的过热蒸汽，混合后进人汽轮机人口段。窑头低压过热器生产压力较低的过热蒸汽，并单独进入汽轮机的中段。汽轮机的排气经凝汽器凝结成水由凝结水泵输送到除氧器，除氧后一部分水由高压给水泵加压送回窑头锅炉的高压省煤器重新循环，另一部分水由低压给水泵加压送回窑头锅炉的低压省煤器重新循环。 
　　该系统主机包括两台余热锅炉、一套补汽式汽轮发电机组。  
  
　　(1)　SP余热锅炉：在窑尾设置SP余热锅炉，利用预热器C。筒出口废气作为热源，锅炉仅设置蒸汽段，生产1.6]lPa、310～320℃的过热蒸汽，与窑头AQC余热锅炉生产的过热蒸汽混合后送入汽轮发电机组，出SP余热锅炉废气温度降到200～220℃，供生料粉磨和煤磨烘干使用。
　　(2)　AQC余热锅炉：在窑头设置AQC双压余热锅炉，利用篦式冷却机中部抽取的废气(约360～380℃)作为热源，余热锅炉分为高压蒸汽段、低压蒸汽段和热水段运行：高压蒸汽段生产1.6/VIPa、340～360℃的过热蒸汽，与窑尾SP余热锅炉生产的过热蒸汽混合后送入汽轮发电机组；低压蒸汽段生产0.351VIPa、185℃的过热蒸汽，热水段生产的145℃热水作为AQC余热锅炉蒸汽段及SP余热锅炉的给水，出AQC锅炉废气温度降至90℃左右。 
　　(3)　汽轮发电机组：配置补汽式汽轮机组一套。      
　　整个工艺流程是将40℃左右的化学水经过除氧器除氧，由锅炉给水泵加压进入AQC锅炉省煤器，将水加热成145℃左右的热水。加热后的水分成两部分，一部分进入AQC锅炉锅筒，另一部分进入S‘P锅炉锅筒，然后依次经过各自锅炉的蒸发器、过热器产生1.61MPa、340℃，0.35 MPa、1 85℃，1.6MPa、3 10℃的过热蒸汽，1.6MPa的过热蒸汽汇合后作为主蒸汽进入汽轮发电机组做功，0.35MPa、185℃的过热蒸汽作为补汽进入汽轮发电机组做功，作功后的乏汽进入凝汽器，冷凝水和补充化学水经除氧器除氧再进行下一个热力循环。SP锅炉出口废气温度在220℃左右，用于烘干生料或煤。
 
3.    双压系统和单压系统分析   
  
　　(1)　双压系统窑尾锅炉的蒸发量比单压系统低，因为受窑头锅炉低压蒸汽段的限制，给水温度不能过高，为了保证窑尾锅炉出口废气温度220℃，只能降低窑尾锅炉的蒸发量。 
　　(2)　双压系统窑头锅炉出口废气温度比单压系统低，因此窑头锅炉的蒸发量要高些。      
　　(3)　正如前文所述，双压系统比单压系统发电量略高。但是双压系统比较复杂，而且低压补汽受窑头波动影响比较大。因此，最好能够结合水泥企业的实际生产状况考虑，如果水泥生产中窑头工况波动小，推荐采用双压系统，以保证较高的发电量，节约能源；如果水泥生产中窑头工况波动大，推荐采用单压系统，以保证系统安全可靠。
 
4.    除氧系统方案选择  

　4.1   真空除氧 
    
　　真空除氧器是一种使水在真空下低温沸腾，脱除水中的氧气、氮气、二氧化碳等气体的设备。一般在30～60℃温度下进行。可实现水面低温状态下除氧(在60℃或常温)，对热力锅炉和负荷波动大而热力除氧效果不佳的蒸汽锅炉，均可用真空除氧而获得满意除氧效果。 
　　真空除氧能利用低品位余热，可用射气抽汽器加热软化水，又能分级及低位安装，除氧可靠，运行稳定，操作简单，适应性强。当负荷在40%～120%范围内变化时，除氧效果都能达标。对于低压蒸汽锅炉，其给水含氧量≤0.05吼即可符合要求，真空除氧器能满足要求。
 
　　4.2  热力除氧    
 
　　热力除氧的工作原理即利用蒸汽对水进行加热，使水达到一定压力下的饱和温度，即沸点。这时除氧器的空间充满着水蒸汽，而氧气的分压力逐渐降低为零，溶解于水的氧气将全部逸出，以保证给水含氧量合格，同时还能去除其他的气体。低参数的小型电站采用的是大气式除氧器，工作压力0.02MPa，工作温度104℃，给水含氧量≤0.015吼。合理设计的热力系统，在余热电站中使用热力除氧器的同时，可以使AQC锅炉出口的废气温度≤100℃，余热利用效率还有所提高。 

　　4.3  化学除氧     
 
　　化学除氧是利用容易和氧发生化学反应的一些药剂，使之与水中溶解氧化合而达到除氧目的。化学除氧能够彻底除去水中溶氧，但不能除去其他气体。现在常用的化学药剂是联氨(N2H)，它不仅能除氧，还可提高给水的pH值，同时还可在管道内表面形成一层保护膜。 

5.    除氧效果分析
      
　　(1) 从除氧效果来说，热力除氧好些；但是对于低压蒸汽锅炉，真空除氧的出水含氧量也可以满足运行要求；化学除氧理论上能够彻底除去水中溶氧，但是要消耗药剂，后期运行费用上升。 
　　(2) 真空除氧是负压、常温状态运行，而热力除氧是正压、高温状态运行，化学除氧则是常压常温状态运行。真空除氧和化学除氧相对安全些，但是热力除氧在火电行业经过多年的检验，只要正确使用，安全性是毋庸置疑的。
　　(3) 热力除氧运行中没有机械部件，只有水和蒸汽换热，需要消耗蒸汽，导致发电量有所减少。真空除氧和化学除氧的辅助设备都需要电机带动，增加了耗电量和出故障的机率。 
　　(4) 大气式除氧器工作温度104℃，真空除氧和化学除氧的工作温度30～60℃，较低的工作温度更有利于锅炉给水泵的正常运行。  
　　(5) 综合考虑：几种除氧方式各有利弊，如果锅炉厂家要求给水质量达到《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》，则推荐采用化学除氧；如果锅炉厂家只要求给水质量达到《工业锅炉水质标准》，则推荐采用真空除氧；如果企业对发电行业的管理和运行比较熟悉，则推荐采用热力除氧。

6.    结束语
      
　　经过不断的努力，我院已具备了提供各种规模水泥厂余热发电系统的能力，在预分解窑余热利用方面实现了水泥生产系统与余热发电系统的科学合理的配置，并结合具体工程条件将优选的设计方案成功地运用到了3000t/d和5 000t/d熟料水泥生产线上。