余熱發(fā)電工程設(shè)計(jì)改良策略范文

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充分利用水泥窯余熱措施

（1）雙壓技術(shù)

中信重工首創(chuàng)了水泥窯余熱發(fā)電雙壓技術(shù)，其原理是利用較高溫度的煙氣產(chǎn)生高壓蒸汽，利用低溫度的煙氣產(chǎn)生低壓蒸汽，從而實(shí)現(xiàn)煙氣余熱的梯級(jí)利用的目的。實(shí)踐證明，當(dāng)窯頭鍋爐采用雙壓技術(shù)后，余熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量相對(duì)單壓系統(tǒng)可提高8%~10%，對(duì)大型水泥窯余熱發(fā)電尤其有利。目前，隨著水泥工藝的改進(jìn)和水泥技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)加強(qiáng)高溫風(fēng)機(jī)出口至增濕塔段管道的保溫、增濕塔旁路改造或采用管道增濕等技術(shù)手段，當(dāng)窯尾鍋爐排煙溫度在170℃~190℃以上時(shí)即可滿足烘干原料的需要，這時(shí)窯尾鍋爐也可采用雙壓技術(shù)，利用較低溫度的煙氣熱量產(chǎn)生低壓蒸汽，作為補(bǔ)汽進(jìn)入汽輪機(jī)做功發(fā)電，從而可大幅提高余熱發(fā)電量。

（2）優(yōu)化煤磨取風(fēng)工藝

煤磨運(yùn)行時(shí)需要一定的高溫?zé)犸L(fēng)用于烘干原料，在一些水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)中煤磨用風(fēng)直接從進(jìn)入窯頭鍋爐的煙氣中抽取，由于進(jìn)入窯頭鍋爐的煙氣溫度遠(yuǎn)高于煤磨用風(fēng)所需溫度，這時(shí)則采用摻入冷空氣的方法降低進(jìn)入煤磨的煙氣溫度，滿足煤磨正常工作時(shí)的用風(fēng)要求，這就造成了高溫?zé)煔獾睦速M(fèi)。實(shí)際上，可從篦冷機(jī)尾部排煙管道中抽取一部分低溫?zé)煔猓缓笤贀饺牒苌俚倪M(jìn)入窯頭鍋爐的高溫?zé)煔饩涂蓾M足煤磨正常用風(fēng)要求，這樣可大大降低煤磨運(yùn)行時(shí)所用的高溫?zé)煔饬浚瑥亩嗟母邷責(zé)煔膺M(jìn)入窯頭鍋爐，提高了系統(tǒng)發(fā)電量。

（3）窯頭鍋爐排煙循環(huán)再利用

窯頭鍋爐排煙溫度一般在100℃左右，現(xiàn)有余熱發(fā)電系統(tǒng)中窯頭鍋爐排煙一般經(jīng)除塵裝置后由窯頭排風(fēng)機(jī)排入大氣，被白白浪費(fèi)。實(shí)際上這部分熱量是可以被有效利用的，通過(guò)循環(huán)風(fēng)管道將窯頭排風(fēng)機(jī)的排煙接到篦冷機(jī)下冷卻風(fēng)機(jī)入口，則可以提高進(jìn)入窯頭鍋爐的煙氣溫度約20℃~50℃，從而可大幅提高余熱發(fā)電量。在窯頭鍋爐循環(huán)風(fēng)利用系統(tǒng)中，為了不影響水泥熟料質(zhì)量，循環(huán)風(fēng)管道只接入篦冷機(jī)二段和三段前部的冷卻風(fēng)機(jī)入口。窯頭排煙循環(huán)風(fēng)再利用的不利因素是提高了冷卻風(fēng)機(jī)功耗，但循環(huán)風(fēng)利用后余熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的增加遠(yuǎn)大于冷卻風(fēng)機(jī)功耗的增加，而且循環(huán)風(fēng)管道安裝方便、投資成本較低，所以循環(huán)風(fēng)利用是提高余熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電能力的一個(gè)重要措施，在高寒地區(qū)效果尤其明顯。

（4）窯筒體輻射熱利用

水泥回轉(zhuǎn)窯筒體表面溫度在300℃~400℃左右，時(shí)刻向周圍環(huán)境輻射熱量，因此可在窯筒體周圍設(shè)置輻射換熱面回收該部分熱量。由于輻射換熱能力與溫度的四次方成正比，而窯筒體表面溫度不是太高，僅靠窯筒體輻射不足以加熱給水產(chǎn)生高溫蒸汽，因此很難將此部分熱量用于余熱發(fā)電。目前廣泛采用的利用措施是采用一套獨(dú)立的水循環(huán)系統(tǒng)，利用窯筒體輻射產(chǎn)生熱水，用于采暖或?qū)ν夤崴〉昧撕芎玫慕?jīng)濟(jì)效益。

（5）其它措施

在水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中還有一些其它的充分利用水泥窯余熱措施，如對(duì)窯尾增濕塔旁路改造、采用新型熱力除氧和加強(qiáng)煙氣、蒸汽管道保溫等，都可以將水泥窯余熱進(jìn)一步利用，提高余熱發(fā)電能力。

提高余熱發(fā)電系統(tǒng)效率措施

（1）優(yōu)化篦冷機(jī)取風(fēng)工藝

水泥線中原有篦冷機(jī)尾部排煙管道中煙氣量大，但煙氣溫度較低而且很不穩(wěn)定。若將篦冷機(jī)尾部排煙直接用于余熱發(fā)電不僅效率較低，而且鍋爐時(shí)刻處于變負(fù)荷運(yùn)行，給操作帶來(lái)很大的不便。因此，在余熱發(fā)電設(shè)計(jì)過(guò)程中，需將進(jìn)窯頭鍋爐的煙氣取風(fēng)口設(shè)在篦冷機(jī)中部，此時(shí)煙氣溫度一般在360℃以上且較為穩(wěn)定。尾部排煙管道作為一個(gè)旁路，當(dāng)窯頭鍋爐運(yùn)行不正常時(shí)，煙氣從篦冷機(jī)尾部煙道中排出。采用優(yōu)化后的篦冷機(jī)取風(fēng)工藝可提高鍋爐產(chǎn)汽溫度，從而可提高余熱發(fā)電系統(tǒng)熱效率。

（2）公共過(guò)熱器

對(duì)于水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)，蒸汽溫度和壓力越高，系統(tǒng)的發(fā)電效率越高，因此可以通過(guò)提高蒸汽溫度來(lái)提高余熱發(fā)電系統(tǒng)效率。一些水泥熟料生產(chǎn)線，窯尾鍋爐進(jìn)口煙溫在310℃以下，受此制約窯尾鍋爐出口蒸汽溫度在290℃左右；而窯頭鍋爐循環(huán)風(fēng)利用后進(jìn)余熱鍋爐煙溫可達(dá)380℃以上，因此可以將窯尾鍋爐溫度較低的蒸汽引入窯頭鍋爐過(guò)熱，提高蒸汽溫度，從而可提高發(fā)電系統(tǒng)熱效率。

（3）提高凝汽器真空度

凝汽器真空度決定了汽輪機(jī)蒸汽排汽焓，蒸汽排汽焓越低則轉(zhuǎn)化為電能的蒸汽焓差越大，系統(tǒng)發(fā)電量也就越大，反之亦然。在設(shè)計(jì)中為提高凝汽器真空度可采取的措施主要有：①增加射水抽氣器抽干空氣量，降低凝汽器中不凝氣體的含量，從而提高凝汽器真空度；②采用膠球清洗裝置增強(qiáng)凝汽器換熱效果，減少換熱端差，降低凝汽溫度；③設(shè)計(jì)中選用合理的循環(huán)冷卻水倍率，增加循環(huán)冷卻水流量。

（4）合理布局工藝流程

合理布局余熱發(fā)電系統(tǒng)工藝流程降低蒸汽沿程的溫度、壓力損失，則可提高進(jìn)入汽輪機(jī)蒸汽的品質(zhì)，從而提高發(fā)電量。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)合理利用水泥廠現(xiàn)有場(chǎng)地，將汽機(jī)房布置在窯頭鍋爐附近，縮短鍋爐和汽機(jī)房間距。

（5）其它措施

加強(qiáng)窯尾鍋爐清灰效果和窯頭沉降室沉降效果，可提高鍋爐效率，從而提高了余熱發(fā)電系統(tǒng)效率。另外，采用新型熱力除氧提高給水品質(zhì)，防止鍋爐管道中的結(jié)垢，也可提高鍋爐效率。

降低余熱發(fā)電廠用電措施

（1）雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔

自然通風(fēng)冷卻塔運(yùn)行和檢修成本低，但占地面積大、初投資成本高。對(duì)于裝機(jī)容量較小的余熱發(fā)電系統(tǒng)采用機(jī)力通風(fēng)冷卻塔更具優(yōu)勢(shì)，而當(dāng)余熱發(fā)電系統(tǒng)所需循環(huán)水量很大，如萬(wàn)噸線水泥窯余熱發(fā)電或兩條5000t/d水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)共用一套循環(huán)冷卻設(shè)備時(shí)，采用雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔比機(jī)力通風(fēng)冷卻塔更具優(yōu)勢(shì)。

（2）水輪機(jī)冷卻塔

對(duì)于產(chǎn)量較低水泥窯余熱發(fā)電站，若選用自然通風(fēng)冷卻塔時(shí)則存在投資回收期較長(zhǎng)或廠區(qū)占地條件限制，這時(shí)可選用水輪機(jī)冷卻塔代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)力通風(fēng)冷卻塔以降低廠用電。其原理是將水輪機(jī)與冷卻塔頂風(fēng)機(jī)連接，利用循環(huán)冷卻水回水余壓帶動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)冷卻塔頂風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，形成空氣-水強(qiáng)制循環(huán)，將循環(huán)水冷卻。水輪機(jī)冷卻塔廢除了傳統(tǒng)機(jī)力通風(fēng)冷卻塔中用電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的方式，節(jié)省了風(fēng)機(jī)電耗。其不利因素是一定程度上提高了循環(huán)水泵揚(yáng)程，在循環(huán)水泵選型中需選用揚(yáng)程稍大的循環(huán)水泵，造成水泵電耗有所增加，但循環(huán)水泵電耗的增加量比風(fēng)機(jī)電耗小，另外水輪機(jī)冷卻塔還具有震動(dòng)、噪音較小，檢修方便等優(yōu)點(diǎn)，因此采用水輪機(jī)冷卻塔具有顯著的綜合效益。

（3）采用變頻電機(jī)

余熱發(fā)電系統(tǒng)中泵與風(fēng)機(jī)的選型一般按額定工況條件加上一定的安全余量進(jìn)行選擇，但在實(shí)際工作過(guò)程中余熱發(fā)電工況條件不斷變化，泵與風(fēng)機(jī)所選的額定流量、揚(yáng)程較大，實(shí)際所需較小，需通過(guò)閥門節(jié)流調(diào)節(jié)至合適的流量與揚(yáng)程，而閥門節(jié)流存在較大的節(jié)流損失，導(dǎo)致電機(jī)消耗的電量大于實(shí)際所需電量，廠用電率較高。當(dāng)使用變頻電機(jī)時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)所需流量較小時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)泵與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速而調(diào)節(jié)流量，因此不存在閥門節(jié)流損失，功耗較小。根據(jù)水泥窯余熱發(fā)電運(yùn)行中經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)凝結(jié)水泵、給水泵、循環(huán)水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)均采用變頻時(shí)，廠用電率可降低至6%左右，大大降低運(yùn)行成本。

（4）采用新型熱力除氧

采用新型熱力除氧方式，將除氧器布置在窯頭鍋爐平臺(tái)上。汽輪機(jī)來(lái)的凝結(jié)水加壓后進(jìn)入窯頭鍋爐尾部受熱面加熱到一定溫度（如110℃）后，進(jìn)入窯頭鍋爐上的熱力除氧器，除氧器采用大氣式熱力除氧，進(jìn)入除氧器的給水可自身降壓后沸騰，滿足系統(tǒng)除氧要求。采用新型熱力除氧方式可充分利用窯頭鍋爐尾部煙氣低溫余熱，一般不需占用鍋爐產(chǎn)生的蒸汽，所以不影響系統(tǒng)發(fā)電量。而且熱力除氧效果更好，并可省去化學(xué)除氧中的藥物和電力消耗，運(yùn)行成本更低。

結(jié)論

隨著水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)的大力推廣，工程設(shè)計(jì)中對(duì)水泥線余熱參數(shù)和余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)更加清晰，余熱發(fā)電技術(shù)也得到了進(jìn)一步的提高。在水泥窯余熱發(fā)電設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)不同的水泥線余熱情況，合理布局余熱發(fā)電工藝、應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)措施，可進(jìn)一步提高水泥窯余熱發(fā)電能力、降低運(yùn)行成本。

作者：彭巖劉懷亮王新建時(shí)小寶單位：中信重工機(jī)械股份有限公司