淺析水泥純低溫余熱發(fā)電原則熱力系統(tǒng)方案

　　1 重慶X水泥公司新型干法水泥生產(chǎn)線的廢氣余熱資源概況

　　水泥純低溫余熱電站的規(guī)模和熱力系統(tǒng)的選擇取決于水泥工藝廢氣的余熱量及其性質(zhì)，進(jìn)而取決于水泥生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)工藝，對(duì)于同一種生產(chǎn)規(guī)模若采用的生產(chǎn)工藝和設(shè)備不同，那么余熱性質(zhì)也有較大的差別。對(duì)重慶X水泥公司的1×4500t/h新型干法水泥生產(chǎn)線，低溫純余熱發(fā)電系統(tǒng)的余熱回收分為兩部分：其一是窯尾預(yù)熱器出口的廢氣余熱；其二是窯頭冷卻機(jī)（篦冷機(jī)）出口的廢氣余熱。

　　本工程水泥生產(chǎn)線窯頭冷卻機(jī)采用的是第三代充氣梁篦冷機(jī)。窯頭冷卻風(fēng)根據(jù)的工藝配置和原燃料特性，設(shè)窯用二次風(fēng)和分解爐用三次風(fēng)，窯頭廢氣余熱主要來(lái)自篦冷機(jī)的冷卻風(fēng)，其余熱量與熟料的燒成狀態(tài)和篦冷機(jī)的效率有關(guān)。經(jīng)過(guò)比較采取對(duì)窯頭冷卻機(jī)局部改造后從中部抽氣的取氣方案，可保證抽取的廢氣溫度達(dá)到350℃以上，排氣溫度根據(jù)熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)確定，廢氣量為18×104m³/h(標(biāo)況)。

　　本工程水泥生產(chǎn)線窯尾預(yù)熱器廢氣量(標(biāo)況)為32萬(wàn)m³/h，廢氣溫度330℃。這部分廢氣還要用于生料粉磨的烘干用風(fēng)，其用風(fēng)溫度隨生料入磨水分而變化，本工程入窯生料烘干用風(fēng)需要的溫度為220℃?？紤]到上述水泥生產(chǎn)工藝要求，窯尾廢氣余熱可利用的廢氣量為32×104m³/h(標(biāo)況)，進(jìn)/出口廢氣溫度：330℃/220℃。

　　2 熱力系統(tǒng)方案分析選擇

　　現(xiàn)在國(guó)內(nèi)水泥純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，已經(jīng)從當(dāng)初的進(jìn)口引進(jìn)到現(xiàn)在的全部國(guó)產(chǎn)化，取得了很大進(jìn)步。目前采用的主要熱力系統(tǒng)工藝有雙壓系統(tǒng)，單壓系統(tǒng)和閃蒸系統(tǒng)三種。此外還有一些改進(jìn)技術(shù)方案如增設(shè)次中壓過(guò)熱器，將窯頭窯尾的蒸汽進(jìn)一步過(guò)熱以提高蒸汽初參數(shù)的技術(shù)方案，但是該方案的過(guò)熱器是從波動(dòng)較大的窯頭廢氣中取出，因此運(yùn)行穩(wěn)定性受到影響，目前工程應(yīng)用較少。結(jié)合本工程余熱條件，只對(duì)雙壓系統(tǒng)，單壓系統(tǒng)和閃蒸系統(tǒng)三種主要的熱力系統(tǒng)方案進(jìn)行分析比較。

　　2.1單壓系統(tǒng)

　　單壓系統(tǒng)是目前最普遍采用的熱力系統(tǒng)。本熱力系統(tǒng)中，窯頭余熱鍋爐和窯尾余熱鍋爐生產(chǎn)相同或相近參數(shù)的主蒸汽，混合后進(jìn)入汽輪機(jī)，主蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)作功在凝汽器凝結(jié)成水，經(jīng)窯頭鍋爐加熱后到熱力除氧器除氧，由給水泵送入窯頭余熱鍋爐加熱，窯頭余熱鍋爐生產(chǎn)的熱水再為窯頭余熱鍋爐蒸汽段和窯尾余熱鍋爐供水，兩臺(tái)余熱鍋爐生產(chǎn)出合格的主蒸汽，從而形成一個(gè)完整的熱力循環(huán)。

　　單壓系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是汽輪機(jī)只設(shè)置一個(gè)進(jìn)汽口，窯頭余熱鍋爐和窯尾余熱鍋爐只生產(chǎn)參數(shù)相同或相近的主蒸汽。

　　2.2熱水閃蒸補(bǔ)汽系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱閃蒸系統(tǒng)

　　閃蒸系統(tǒng)應(yīng)用熱力學(xué)上的閃蒸原理，根據(jù)廢氣余熱品質(zhì)的不同而生產(chǎn)一定壓力的主蒸汽和熱水，主蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)高壓進(jìn)汽口；熱水則在閃蒸容器里產(chǎn)生出低壓的飽和蒸汽，然后補(bǔ)入補(bǔ)汽式汽輪機(jī)專門設(shè)計(jì)的低壓進(jìn)汽口；主蒸汽及低壓飽和蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)一起作功，然后拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。低壓蒸汽發(fā)生器內(nèi)的飽和水進(jìn)入除氧器，與冷凝水一起經(jīng)除氧后由給水泵供給鍋爐。

　　2.3雙壓補(bǔ)汽系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱雙壓系統(tǒng)

　　雙壓系統(tǒng)是根據(jù)水泥窯廢氣余熱的品位的不同，余熱鍋爐分別生產(chǎn)較高壓力和較低壓力的兩路蒸汽。余熱鍋爐生產(chǎn)出較高壓力的蒸汽后，煙氣溫度降低，余熱品位下降，根據(jù)低溫?zé)煔獾钠肺?，再生產(chǎn)低壓蒸汽。較高壓力的蒸汽作為主蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)主進(jìn)汽口；較低壓力的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的低壓進(jìn)汽口；一起在汽輪機(jī)作功，推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。作功后的乏汽在凝汽器凝結(jié)成水后經(jīng)凝結(jié)水泵加壓到除氧器除氧，再進(jìn)入熱力循環(huán)。

　　2.4不同熱力系統(tǒng)的比較

　　2.4.1不同熱力系統(tǒng)的發(fā)電能力的計(jì)算

　　根據(jù)公司水泥生產(chǎn)線的廢氣余熱資源情況，三種熱力系統(tǒng)配置下發(fā)電能力計(jì)算結(jié)果如下表所示：

　　發(fā)電能力計(jì)算表：

　　2.4.2投資和收益估算

　　按年運(yùn)行7680h，年平均折舊15年估算如下：

　　投資和收益估算比較表：

　　2.4.3方案比較選擇

　?。?）經(jīng)濟(jì)性比較：雙壓系統(tǒng)由于補(bǔ)汽汽輪機(jī)及其系統(tǒng)均比單壓系統(tǒng)復(fù)雜，因此投資和運(yùn)行維護(hù)成本均高于單壓系統(tǒng)。閃蒸系統(tǒng)目前主要石引進(jìn)日本的川崎技術(shù)，投資和運(yùn)行維護(hù)成本較高。估算表明，和單壓系統(tǒng)相比較，雙壓系統(tǒng)增加的投資和其增加的收益相比，需要約9年才能收回增加的投資。

　?。?）技術(shù)性能比較：?jiǎn)螇合到y(tǒng)的系統(tǒng)是最簡(jiǎn)單的，相應(yīng)的也是最可靠和穩(wěn)定的閃蒸系統(tǒng)和雙壓系統(tǒng)在理論上具有能源梯級(jí)利用的優(yōu)勢(shì)，比單壓系統(tǒng)的發(fā)電能力略強(qiáng)一些，技術(shù)比單壓系統(tǒng)先進(jìn)。但作為工程應(yīng)用，兩者增加的發(fā)電效益與其增加的投資相比，在經(jīng)濟(jì)上反不如單壓系統(tǒng)。

　　（3）運(yùn)行維護(hù)比較：由于單壓系統(tǒng)的熱力系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，沒(méi)有補(bǔ)汽的中間環(huán)節(jié)和設(shè)備，因此對(duì)運(yùn)行人員的要求較低，其運(yùn)行維護(hù)也較其余兩者簡(jiǎn)便。

　　綜合上述分析比較，同時(shí)考慮到該公司的水泥生產(chǎn)是主業(yè)、余熱發(fā)電是副業(yè)的技術(shù)原則，發(fā)電技術(shù)人員配備情況及公司的意見(jiàn)，本工程最終選擇單壓系統(tǒng)為施工圖設(shè)計(jì)方案。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　本工程已經(jīng)投運(yùn)了半年，設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)全部達(dá)到，除氧系統(tǒng)的加熱蒸汽基本未投（達(dá)到了真空除氧耗汽少的要求），運(yùn)行簡(jiǎn)便可靠，業(yè)主反饋意見(jiàn)滿意。可見(jiàn)純低溫余熱發(fā)電鍋爐給水的除氧方式對(duì)于電站的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義，必須結(jié)合水泥生產(chǎn)線的實(shí)際余熱資源情況，優(yōu)選除氧系統(tǒng)，從整個(gè)熱力系統(tǒng)的角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)合鍋爐的噸位、熱力參數(shù)和水質(zhì)要求、負(fù)荷變化、運(yùn)行成本等情況綜合考慮施工圖設(shè)計(jì)。