預(yù)分解窯余熱發(fā)電系統(tǒng)配置的技術(shù)方案

1.   熱力單壓系統(tǒng)方案
 
　　單壓系統(tǒng)的窯尾鍋爐排氣需要提供給水泥生產(chǎn)系統(tǒng)作為烘干用熱源，因此排氣溫度不能太低，故窯尾鍋爐只設(shè)蒸發(fā)器和過熱器，蒸發(fā)器給水由窯頭鍋爐的省煤器加熱后供給。窯頭鍋爐排氣溫度要保證在系統(tǒng)中不結(jié)露和節(jié)點溫差合理的前提下盡可能低，故窯頭鍋爐由省煤器、蒸發(fā)器、過熱器組成，省煤器加熱后的熱水同時作為窯尾和窯頭蒸發(fā)器的給水。窯頭窯尾鍋爐同時生產(chǎn)一種壓力的過熱蒸汽，混合后進入汽輪機，汽輪機排氣經(jīng)凝汽器凝結(jié)成水由凝結(jié)水泵輸送到除氧器，除氧后再由給水泵加壓送回窯頭鍋爐的省煤器重新循環(huán)。 
　　該系統(tǒng)主機包括兩臺余熱鍋爐、一套凝汽式汽輪發(fā)電機組。
   
　　(1)　SP余熱鍋爐：在窯尾設(shè)置SP余熱鍋爐，利用預(yù)熱器C。筒出口廢氣作為熱源，鍋爐僅設(shè)置蒸汽段，生產(chǎn)1.35 MPa、約310－320℃的過熱蒸汽，與窯頭AQC余熱鍋爐生產(chǎn)的過熱蒸汽混合后送入汽輪發(fā)電機組，出SP余熱鍋爐廢氣溫度降到200－220℃，供生料粉磨或煤磨烘干使用。 
　　(2)　AQC余熱鍋爐：在窯頭設(shè)置AQC余熱鍋爐，利用篦式冷卻機中部抽取的廢氣(約360－380℃)作為熱源，余熱鍋爐分為蒸汽段和熱水段運行：蒸汽段生產(chǎn)1.35MPa、340－360℃的過熱蒸汽，與窯尾SP余熱鍋爐生產(chǎn)的過熱蒸汽混合后送人汽輪發(fā)電機組；熱水段生產(chǎn)的170－185℃熱水作為AQC余熱鍋爐蒸汽段及SP佘熱鍋爐的給水，出AQC鍋爐廢氣溫度降至100℃左右。 
　　(3)　汽輪發(fā)電機組：配置凝汽式汽輪機組一套。      
　　整個工藝流程是將40℃左右的化學水經(jīng)過除氧器除氧，由鍋爐給水泵加壓進入AQC鍋爐省煤器，將水加熱成170℃左右的熱水。加熱后的水分成兩部分，一部分進入AQC鍋爐鍋筒，另一部分進入SP鍋爐鍋筒，然后依次經(jīng)過各自鍋爐的蒸發(fā)器、過熱器產(chǎn)生1.35MPa、340℃和1.35MPa、310℃的過熱蒸汽，匯合后進人汽輪發(fā)電機組做功，作功后的乏汽進入凝汽器，冷凝水和補充化學水經(jīng)除氧器除氧再進行下一個熱力循環(huán)。SP鍋爐出口廢氣溫度在220℃左右，用于烘干生料或煤。 

2.　熱力雙壓系統(tǒng)方案
     
　　雙壓系統(tǒng)的窯尾鍋爐排氣需要提供給水泥生產(chǎn)系統(tǒng)作為烘干用熱源，因此排氣溫度不能太低，故窯尾鍋爐只設(shè)蒸發(fā)器和過熱器，蒸發(fā)器給水由窯頭鍋爐的高壓省煤器加熱后供給。窯頭鍋爐排氣溫度要保證在系統(tǒng)中不結(jié)露和節(jié)點溫差合理的前提下盡可能低。為了加大熱利用率，窯頭鍋爐分為兩段，分別由高壓省煤器、蒸發(fā)器、過熱器和低壓省煤器、蒸發(fā)器、過熱器組成，高壓省煤器加熱后的熱水同時作為窯尾蒸發(fā)器和窯頭高壓蒸發(fā)器的給水。窯頭低壓省煤器加熱后的熱水供窯頭低壓蒸發(fā)器使用，窯尾鍋爐及窯頭鍋爐高壓過熱器同時生產(chǎn)一種壓力的過熱蒸汽，混合后進人汽輪機人口段。窯頭低壓過熱器生產(chǎn)壓力較低的過熱蒸汽，并單獨進入汽輪機的中段。汽輪機的排氣經(jīng)凝汽器凝結(jié)成水由凝結(jié)水泵輸送到除氧器，除氧后一部分水由高壓給水泵加壓送回窯頭鍋爐的高壓省煤器重新循環(huán)，另一部分水由低壓給水泵加壓送回窯頭鍋爐的低壓省煤器重新循環(huán)。 
　　該系統(tǒng)主機包括兩臺余熱鍋爐、一套補汽式汽輪發(fā)電機組。  
  
　　(1)　SP余熱鍋爐：在窯尾設(shè)置SP余熱鍋爐，利用預(yù)熱器C。筒出口廢氣作為熱源，鍋爐僅設(shè)置蒸汽段，生產(chǎn)1.6]lPa、310～320℃的過熱蒸汽，與窯頭AQC余熱鍋爐生產(chǎn)的過熱蒸汽混合后送入汽輪發(fā)電機組，出SP余熱鍋爐廢氣溫度降到200～220℃，供生料粉磨和煤磨烘干使用。
　　(2)　AQC余熱鍋爐：在窯頭設(shè)置AQC雙壓余熱鍋爐，利用篦式冷卻機中部抽取的廢氣(約360～380℃)作為熱源，余熱鍋爐分為高壓蒸汽段、低壓蒸汽段和熱水段運行：高壓蒸汽段生產(chǎn)1.6/VIPa、340～360℃的過熱蒸汽，與窯尾SP余熱鍋爐生產(chǎn)的過熱蒸汽混合后送入汽輪發(fā)電機組；低壓蒸汽段生產(chǎn)0.351VIPa、185℃的過熱蒸汽，熱水段生產(chǎn)的145℃熱水作為AQC余熱鍋爐蒸汽段及SP余熱鍋爐的給水，出AQC鍋爐廢氣溫度降至90℃左右。 
　　(3)　汽輪發(fā)電機組：配置補汽式汽輪機組一套。      
　　整個工藝流程是將40℃左右的化學水經(jīng)過除氧器除氧，由鍋爐給水泵加壓進入AQC鍋爐省煤器，將水加熱成145℃左右的熱水。加熱后的水分成兩部分，一部分進入AQC鍋爐鍋筒，另一部分進入S‘P鍋爐鍋筒，然后依次經(jīng)過各自鍋爐的蒸發(fā)器、過熱器產(chǎn)生1.61MPa、340℃，0.35 MPa、1 85℃，1.6MPa、3 10℃的過熱蒸汽，1.6MPa的過熱蒸汽匯合后作為主蒸汽進入汽輪發(fā)電機組做功，0.35MPa、185℃的過熱蒸汽作為補汽進入汽輪發(fā)電機組做功，作功后的乏汽進入凝汽器，冷凝水和補充化學水經(jīng)除氧器除氧再進行下一個熱力循環(huán)。SP鍋爐出口廢氣溫度在220℃左右，用于烘干生料或煤。
 
3.    雙壓系統(tǒng)和單壓系統(tǒng)分析   
  
　　(1)　雙壓系統(tǒng)窯尾鍋爐的蒸發(fā)量比單壓系統(tǒng)低，因為受窯頭鍋爐低壓蒸汽段的限制，給水溫度不能過高，為了保證窯尾鍋爐出口廢氣溫度220℃，只能降低窯尾鍋爐的蒸發(fā)量。 
　　(2)　雙壓系統(tǒng)窯頭鍋爐出口廢氣溫度比單壓系統(tǒng)低，因此窯頭鍋爐的蒸發(fā)量要高些。      
　　(3)　正如前文所述，雙壓系統(tǒng)比單壓系統(tǒng)發(fā)電量略高。但是雙壓系統(tǒng)比較復雜，而且低壓補汽受窯頭波動影響比較大。因此，最好能夠結(jié)合水泥企業(yè)的實際生產(chǎn)狀況考慮，如果水泥生產(chǎn)中窯頭工況波動小，推薦采用雙壓系統(tǒng)，以保證較高的發(fā)電量，節(jié)約能源；如果水泥生產(chǎn)中窯頭工況波動大，推薦采用單壓系統(tǒng)，以保證系統(tǒng)安全可靠。
 
4.    除氧系統(tǒng)方案選擇  

　4.1   真空除氧 
    
　　真空除氧器是一種使水在真空下低溫沸騰，脫除水中的氧氣、氮氣、二氧化碳等氣體的設(shè)備。一般在30～60℃溫度下進行?？蓪崿F(xiàn)水面低溫狀態(tài)下除氧(在60℃或常溫)，對熱力鍋爐和負荷波動大而熱力除氧效果不佳的蒸汽鍋爐，均可用真空除氧而獲得滿意除氧效果。 
　　真空除氧能利用低品位余熱，可用射氣抽汽器加熱軟化水，又能分級及低位安裝，除氧可靠，運行穩(wěn)定，操作簡單，適應(yīng)性強。當負荷在40%～120%范圍內(nèi)變化時，除氧效果都能達標。對于低壓蒸汽鍋爐，其給水含氧量≤0.05吼即可符合要求，真空除氧器能滿足要求。
 
　　4.2  熱力除氧    
 
　　熱力除氧的工作原理即利用蒸汽對水進行加熱，使水達到一定壓力下的飽和溫度，即沸點。這時除氧器的空間充滿著水蒸汽，而氧氣的分壓力逐漸降低為零，溶解于水的氧氣將全部逸出，以保證給水含氧量合格，同時還能去除其他的氣體。低參數(shù)的小型電站采用的是大氣式除氧器，工作壓力0.02MPa，工作溫度104℃，給水含氧量≤0.015吼。合理設(shè)計的熱力系統(tǒng)，在余熱電站中使用熱力除氧器的同時，可以使AQC鍋爐出口的廢氣溫度≤100℃，余熱利用效率還有所提高。 

　　4.3  化學除氧     
 
　　化學除氧是利用容易和氧發(fā)生化學反應(yīng)的一些藥劑，使之與水中溶解氧化合而達到除氧目的?；瘜W除氧能夠徹底除去水中溶氧，但不能除去其他氣體。現(xiàn)在常用的化學藥劑是聯(lián)氨(N2H)，它不僅能除氧，還可提高給水的pH值，同時還可在管道內(nèi)表面形成一層保護膜。 

5.    除氧效果分析
      
　　(1) 從除氧效果來說，熱力除氧好些；但是對于低壓蒸汽鍋爐，真空除氧的出水含氧量也可以滿足運行要求；化學除氧理論上能夠徹底除去水中溶氧，但是要消耗藥劑，后期運行費用上升。 
　　(2) 真空除氧是負壓、常溫狀態(tài)運行，而熱力除氧是正壓、高溫狀態(tài)運行，化學除氧則是常壓常溫狀態(tài)運行。真空除氧和化學除氧相對安全些，但是熱力除氧在火電行業(yè)經(jīng)過多年的檢驗，只要正確使用，安全性是毋庸置疑的。
　　(3) 熱力除氧運行中沒有機械部件，只有水和蒸汽換熱，需要消耗蒸汽，導致發(fā)電量有所減少。真空除氧和化學除氧的輔助設(shè)備都需要電機帶動，增加了耗電量和出故障的機率。 
　　(4) 大氣式除氧器工作溫度104℃，真空除氧和化學除氧的工作溫度30～60℃，較低的工作溫度更有利于鍋爐給水泵的正常運行。  
　　(5) 綜合考慮：幾種除氧方式各有利弊，如果鍋爐廠家要求給水質(zhì)量達到《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量標準》，則推薦采用化學除氧；如果鍋爐廠家只要求給水質(zhì)量達到《工業(yè)鍋爐水質(zhì)標準》，則推薦采用真空除氧；如果企業(yè)對發(fā)電行業(yè)的管理和運行比較熟悉，則推薦采用熱力除氧。

6.    結(jié)束語
      
　　經(jīng)過不斷的努力，我院已具備了提供各種規(guī)模水泥廠余熱發(fā)電系統(tǒng)的能力，在預(yù)分解窯余熱利用方面實現(xiàn)了水泥生產(chǎn)系統(tǒng)與余熱發(fā)電系統(tǒng)的科學合理的配置，并結(jié)合具體工程條件將優(yōu)選的設(shè)計方案成功地運用到了3000t/d和5 000t/d熟料水泥生產(chǎn)線上。