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，進而取決于水泥生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)工藝，對于同一種生產(chǎn)規(guī)模若采用的生產(chǎn)工藝和設備不同，那么余熱性質也有較大的差別。對重慶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：其一是窯尾預熱器出口的廢氣余熱；其二是窯頭冷卻機（篦冷機）出口的廢氣余熱。

　　本工程水泥生產(chǎn)線窯頭冷卻機采用的是第三代充氣梁篦冷機。窯頭冷卻風根據(jù)的工藝配置和原燃料特性，設窯用二次風和分解爐用三次風，窯頭廢氣余熱主要來自篦冷機的冷卻風，其余熱量與熟料的燒成狀態(tài)和篦冷機的效率有關。經(jīng)過比較采取對窯頭冷卻機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到350℃以上，排氣溫度根據(jù)熱力系統(tǒng)設計確定，廢氣量為18×104m³/h(標況)。

　　本工程水泥生產(chǎn)線窯尾預熱器廢氣量(標況)為32萬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，其用風溫度隨生料入磨水分而變化，本工程入窯生料烘干用風需要的溫度為220℃。考慮到上述水泥生產(chǎn)工藝要求，窯尾廢氣余熱可利用的廢氣量為32×104m³/h(標況)，進/出口廢氣溫度：330℃/220℃。

　　2 熱力系統(tǒng)方案分析選擇

　　現(xiàn)在國內(nèi)水泥純低溫余熱發(fā)電技術的經(jīng)過幾年的發(fā)展，已經(jīng)從當初的進口引進到現(xiàn)在的全部國產(chǎn)化，取得了很大進步。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。此外還有一些改進技術方案如增設次中壓過熱器，將窯頭窯尾的蒸汽進一步過熱以提高蒸汽初參數(shù)的技術方案，但是該方案的過熱器是從波動較大的窯頭廢氣中取出，因此運行穩(wěn)定性受到影響，目前工程應用較少。結合本工程余熱條件，只對雙壓系統(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，混合后進入汽輪機，主蒸汽在汽輪機內(nèi)作功在凝汽器凝結成水，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，兩臺余熱鍋爐生產(chǎn)出合格的主蒸汽，從而形成一個完整的熱力循環(huán)。

　　單壓系統(tǒng)的主要特點是汽輪機只設置一個進汽口，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熱水閃蒸補汽系統(tǒng)，簡稱閃蒸系統(tǒng)

　　閃蒸系統(tǒng)應用熱力學上的閃蒸原理，根據(jù)廢氣余熱品質的不同而生產(chǎn)一定壓力的主蒸汽和熱水，主蒸汽進入汽輪機高壓進汽口；熱水則在閃蒸容器里產(chǎn)生出低壓的飽和蒸汽，然后補入補汽式汽輪機專門設計的低壓進汽口；主蒸汽及低壓飽和蒸汽在汽輪機內(nèi)一起作功，然后拖動發(fā)電機發(fā)電。低壓蒸汽發(fā)生器內(nèi)的飽和水進入除氧器，與冷凝水一起經(jīng)除氧后由給水泵供給鍋爐。

　　2.3雙壓補汽系統(tǒng)，簡稱雙壓系統(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)低溫煙氣的品位，再生產(chǎn)低壓蒸汽。較高壓力的蒸汽作為主蒸汽進入汽輪機主進汽口；較低壓力的蒸汽進入汽輪機的低壓進汽口；一起在汽輪機作功，推動發(fā)電機發(fā)電。作功后的乏汽在凝汽器凝結成水后經(jīng)凝結水泵加壓到除氧器除氧，再進入熱力循環(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)電能力計算結果如下表所示：

　　發(fā)電能力計算表：

　　2.4.2投資和收益估算

　　按年運行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

　　（1）經(jīng)濟性比較：雙壓系統(tǒng)由于補汽汽輪機及其系統(tǒng)均比單壓系統(tǒng)復雜，因此投資和運行維護成本均高于單壓系統(tǒng)。閃蒸系統(tǒng)目前主要石引進日本的川崎技術，投資和運行維護成本較高。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。

　　（2）技術性能比較：單壓系統(tǒng)的系統(tǒng)是最簡單的，相應的也是最可靠和穩(wěn)定的閃蒸系統(tǒng)和雙壓系統(tǒng)在理論上具有能源梯級利用的優(yōu)勢，比單壓系統(tǒng)的發(fā)電能力略強一些，技術比單壓系統(tǒng)先進。但作為工程應用，兩者增加的發(fā)電效益與其增加的投資相比，在經(jīng)濟上反不如單壓系統(tǒng)。

　?。?）運行維護比較：由于單壓系統(tǒng)的熱力系統(tǒng)簡單可靠，沒有補汽的中間環(huán)節(jié)和設備，因此對運行人員的要求較低，其運行維護也較其余兩者簡便。

　　綜合上述分析比較，同時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)的技術原則，發(fā)電技術人員配備情況及公司的意見，本工程最終選擇單壓系統(tǒng)為施工圖設計方案。

　　3 結束語

　　本工程已經(jīng)投運了半年，設計的技術指標全部達到，除氧系統(tǒng)的加熱蒸汽基本未投（達到了真空除氧耗汽少的要求），運行簡便可靠，業(yè)主反饋意見滿意?？梢娂兊蜏赜酂岚l(fā)電鍋爐給水的除氧方式對于電站的穩(wěn)定和經(jīng)濟運行具有重要意義，必須結合水泥生產(chǎn)線的實際余熱資源情況，優(yōu)選除氧系統(tǒng)，從整個熱力系統(tǒng)的角度進行優(yōu)化設計，結合鍋爐的噸位、熱力參數(shù)和水質要求、負荷變化、運行成本等情況綜合考慮施工圖設計。