毕业设计（论文）水泥生产综合利用工业.doc

山西职业技术学院毕业设计（论文） 题 目 : 水泥生产综合利用工业 指 导 教 师 : 院（系、部）: 材料工程技术 专 业 班 级 : 材A0901 学 号 : 姓 名 : 日 期 : 2012年4月25日 摘要（Abstract）余热发电技术是水泥工业相对成熟且非常有效的节能减排技术,是水泥工业可持续发展之关键节点。节能减排是我国乃至全球的一项长期战略，利用水泥生产过程中窑头、窑尾的废气余热，配置高效余热锅炉，实现水泥窑余热发电对于实现节能减排目标具有良好的经济效益和社会效益。通过对水泥厂余热来源、余热量等影响余热利用的因素进行定性定量分析,提出提高发电量的措施及设计中的注意事项。本系统是中条山水泥厂2500t/d新型干法水泥生产线的纯低温余热发电DCS控制系统。针对中条山水泥厂纯低温余热发电的工艺流程和特点，设计了一套低成本的、高性价比的新型DCS控制系统，该系统由现场控制层和操作管理层组成。工程师站采用Control Builder M（CBM）软件编程，主要完成窑头和窑尾两台余热锅炉（SP炉和AQC炉）、汽轮机等整个余热发电厂的参数采集、设备保护和启停控制等。本文论述了我国水泥工业余热发电技术的现状及发展趋势，并介绍了纯低温余热发电的工艺流程及对控制系统的要求、DCS组成、锅炉汽包水位控制方案等。关键词：节能减排，DCS，纯低温余热发电，CBM，Control system绪论 我国是世界上最大的水泥生产和消费国，也是能源紧缺国家，充分利用水泥窑余热发电已经成为水泥工业发展的一个主流方向。所谓纯低温余热发电，就是利用新型干法水泥窑窑头和窑尾废气余热进行发电的一项新技术，也是水泥企业降低电耗的有效途径。纯低温余热发电的建设不仅有较好的经济投资回报，更能够带来良好的社会效益。在国际上，水泥余热发电已不是新技术，但是对于中国的水泥工业来说，刚起步不久的余热发电技术仍然处于不断发展的阶段。 山西中条山新型建材有限责任公司日产熟料2500吨以上，年产熟料77.5万吨，年产水泥50万吨。中条山集团依据国家对水泥行业“总量控制、结构调整”发展新型干法水泥能力的政策，实现把企业做大做强的战略目标。新型建材公司在我省水泥行业首家采用纯低温余热发电，有效地利用了窑尾余热，发电量为3000kw/h；采用先进、可靠的DCS计算机控制系统，以达到高效、稳定生产，并实现优化控制。工艺方案注重生产线的整体配置，以“生产可靠、技术先进、节省投资、提高效益”为原则。环保指标符合国家规定要求，是适应国家关于“节约资源、节约能源、利用废弃资源、发展循环经济、保护环境”基本国策的需要，实施后将每年利用当地工业废渣60余万吨，有效解决环境污染和土地占用问题，促进当地经济可持续发展。水泥制造业是个高能耗产业，能源费用的支出在其生产成本中占有很大的比重，所以人们一直在寻求降低能耗的生产方式和回收能源的办法。对于余热发电项目考核中,应对"每吨熟料发电量"和"余热发电热效率"进行综合考核;只有在保证水泥生产正常稳定，不影响熟料质量和热耗的前提下,最大限度地利用余热进行发电,才能取得最佳的经济效益和最好的节能减排的环境效益。这样既可满足生产的需求，又充分利用好现有干燥设备，提高建材企业余热利用的价值和效率。解决建材企业余热过剩的问题，将大大降低企业的生产成本，并节约资源，从而推动建材企业的循环经济发展。项目技术无废水、固废污染，并削减了废气污染负荷，是一项利国利企业的的技改工程，是典型的节能、环保、增效的技术。水泥厂余热发电技术目 录1  目录. （1）2 摘要. （2）3 绪论. （3）4  水泥厂中低温纯余热发电的特点及工艺流程 . （4） .4.1余热资源的确定. （4）4.2 热力系统及装机方案. （5）4.3发电规模的确定. （6）5 系统的主要设备及系统配置. （8）  5.1余热锅炉及系统配置. （8）5.2余热锅炉设备及一般规定. （9）5.3余热锅炉与水泥生产线的连接. （9）5.4汽轮机设备及系统. （9） 6各辅助设备及系统设施. （10）6.1 给水系统及给水泵. （11）6.2凝结水系统及凝结水泵. （12）6.3 除氧器及给水箱. （12）6.4供水系统和循环水泵. （13）6.5水处理设备及系统. （14）6.6主蒸汽系统.（14）6.7热力、电力系统.（15）7余热发电技术经济分析及发展趋势.（16） 7.1经济评价及投资分析.（16）7.2余热发电技术主要发展趋势 .（19）结 束 语.（21）致 谢.（22）附 录 .（23） 参考文献.（25） 4 水泥厂中低温纯余热发电的特点及工艺流程在水泥厂，中低温纯余热发电与中空窑余热发电不同，有其特殊性。1)中低温纯余热发电技术仅用在带预热器的窑上且完全利用其余热发电；2)废气余热的品位比较低，废气温度一般在200400之间；3)可利用的废气余热源在一个以上；4)余热发电配置的热力系统相对较复杂；5)热力系统的压力等级相对较低；6)单位发电量的设备体积和重量相对较大。因此，在系统的选择和配置、应用和投资分析上都是一个新的课题。中低温纯余热发电的基本工艺流程图见图1。  中条山2500t/d水泥生产线余热发电工艺流程图14.1 余热资源的确定4.1.1 水泥生产过程的废气是指水泥烧成系统的废气，一是窑头熟料冷却机在冷却物料过程中产生的废气余热；二是窑尾预热器出口废气。这些废气在水泥生产上还要用于煤粉制备、生料粉磨烘干中使用，故余热发电所用废气在梯级利用的原则下，既不能影响水泥生产用热的要求，也能回收废气余热用于发电，如窑尾废气余热利用只能用出末级预热器与生料粉磨要求风温之间温差的余热。对已建成投产的水泥生产线增设余热发电系统时，应进行能源审计，确定合理的余热资源量。4.1.2 水泥生产线的热工标定及余热资源的计算方法，应符合国家现行标准水泥回转窑热平衡测定方法JC/T733和水泥回转窑热平衡、热效率、综合能耗计算方法JC/T730的有关规定。4.1.3 废气余热的利用应满足水泥生产线物料烘干的要求。4.1.4 应依据梯级利用原则并确保在余热回收系统不影响水泥生产用热需求的前提下，确定余热利用方案。4.1.5 余热锅炉的蒸汽参数应经过优化后确定。4.2 热力系统及装机方案4.2.1  余热发电系统由于对熟料冷却机、窑尾预热器废气取热方式、系统构成、循环参数的不同，所形成的热力循环系统是不同的。目前国内水泥工厂余热发电采用的热力系统，基本可分为以下三种方式：单压热力循环系统、双压（或多压）混汽热力循环系统和带热水闪蒸器的混压热力循环系统。当经技术经济比较单压热力循环系统余热回收效率偏低、系统排出口废气温度较高时，应考虑采用双压（或多压）混汽系统或带热水闪蒸器的混压系统。热力循环系统的选取，应根据废气参数、主厂房与余热锅炉的距离经技术经济比较确定。当汽轮机主厂房与窑头余热锅炉距离较近时，采用双压或多压混汽系统有一定的适宜性；当汽轮机主厂房与窑头余热锅炉距离较远时，可考虑采用带热水闪蒸器的混压系统。4.2.2  为提高系统热效率，过热蒸汽温度尽可能接近废气温度，蒸汽压力的选择则应综合考虑汽轮机效率（单位汽耗）等因素经过多方案技术经济比较后确定。4.2.3  根据调查资料，同一厂区建有二条或三条水泥窑时，选用一台机组的余热电站，具有投资省、建设快、机组全年停机时间短的优点，但当较大一台水泥窑运转率偏低时，会造成机组效率明显下降，如长期在低负荷下运行时甚至影响到机组的寿命。4.3 发电规模的确定4.3.1 对工艺系统的余热量进行核算以便确定余热发电的规模。一般来说余热量取决于生产规模和生产工艺。 4.3.2 对于同一种生产规模若采用不同的生产工艺和设备，那么余热量也有较大的差别。一般中低温纯余热发电系统的余热回收分为两部分：其一是窑尾预热器出口的废气余热；其二是窑头冷却机出口的废气余热。  4.3.3 对于窑尾余热一般生产工艺考虑出预热器的废气余热部分回收作为生料磨的烘干热源，多余部分经增湿除尘后排放。若增加余热回收装置，不能只简单地回收多余部分的废气余热，而要与生料磨系统综合起来考虑，尽可能将高温废气提供给余热锅炉，而将余热锅炉的排气送给生料磨，这样余热锅炉可以利用较大的温差生产蒸气，回收的热焓高，锅炉的受热面小，耗钢量小，产气的压力等级相对较高，有利于提高整个系统的效率。通过作比较，其结果见表1。  表1窑尾余热回收情况  注：废气量为标准状况下。  锅炉的排烟温度受到给水温度的限制，不可能很低，而生料磨的排气温度可到90左右。余热锅炉设在生料磨前，余热锅炉的排烟温度就是入生料磨的废气温度。这一温度的确定受两个条件的制约。1)入生料磨的原料综合水分；2)生料磨的操作风量。对此可通过生料磨系统的热平衡计算来初定。然后兼顾考虑余热回收热力系统的蒸气参数，可确定余热锅炉的排烟温度，即可确定窑尾锅炉的余热量。若窑尾有煤磨系统也需一并考虑。  窑头冷却机的余热量的大小除与生产规模有关外还与烧成热耗和冷却机的效率有关。一般是热耗高，余热量小；冷却机热效率高，余热量少。篦冷机的余热回收有下面三种形式：1)余风直接利用；2)中部抽气；3)带回热循环。三种形式分别见图2、图3、图4。  图2余风直接利用形式  图3中部抽气形式  图4带回热循环形式  从三种情况看第一种系统简单，篦冷机无需改造，但废气温度低，温差小，余热锅炉体积大，耗钢量大；第二种系统简单，回收的废气温度高，可减小锅炉体积和耗钢量，且生产的蒸气温度、压力均可提高，但篦冷机需进行一定的改造。第三种系统较复杂，但余热回收量可显著提高。具体采用何种形式要根据各个厂的实际情况确定。窑头篦冷机的形式及取气方式决定了窑头回收的余热量。最终根据窑头窑尾的余热量可确定发电的规模。5 系统的主要设备及系统配置5.1 余热锅炉及系统 5.1.1余热锅炉  余热锅炉按布置形式可分为立式和卧式两种，按循环方式又可分为强制循环和自然循环。在中低温纯余热发电系统中，一般设置两台余热锅炉，一台为窑尾锅炉通常称SP炉，一台为窑头锅炉通常称AQC炉。5.1.2 SP炉设置在最后一级预热器和窑尾主排风机之间。废气温度一般在300400之间，含尘量高，一般为标准状况下5080g/m3，废气的负压较大。要求锅炉的换热原件不易积灰，受热面布置便于清灰，且锅炉的密封性能要好。采取的布置形式一般根据工厂的场地、粉尘的堆积特性等条件确定。宁国水泥厂的SP炉选用了卧式锅炉。卧式锅炉的特点是烟气在炉中水平流动，受热面是蛇形光管，竖直布置上端固定在构架上，下端为自由端，并焊有振打装置之连杆，特殊设计的振打装置对受热面定期振打，加之蛇形管为竖直悬吊在构架上，可使受热面保持干净无灰，从而保证了很高的传热效果。由于工作介质在蛇形管内上下流动，无法利用其重度差进行自然循环，所以采用强制循环。锅炉下部用一内置式拉链机将灰输送至锅炉的一端经一锁风喂料机输出。台湾花莲水泥厂的SP炉采用了立式锅炉。立式锅炉的特点是烟气在炉中垂直流动，受热面也采用蛇形光管，但水平布置，分组采用特殊的挂件悬挂在构架上，分组设置振打装置，从上至下逐组振打，也能满足清灰的要求，但这种布置方式比起竖管的清灰干净程度略差，所以在受热面的设置上要考虑上述因素，以确保锅炉的高效率。但立式锅炉占地面积小，布置方便。  5.1.3 冷却机的废气虽然含尘量不大，标准状况下约1020g/m3，但磨蚀性大。所以AQC炉的设置分前置式和后置式两种。前置式即AQC炉设在冷却机与电除尘器之间，这种设置一般还需加预除尘装置以减轻粉尘对AQC炉内的换热管磨蚀，因此系统阻力增加较多，但可以利用图3、图4流程。后置式即AQC炉设在电除尘和窑头排风机之间，粉尘对换热管磨耗小，且系统阻力增加不大，但电除尘器必须密封性能好，漏风量小，热损失小。窑头粉尘为熟料颗粒，粘附性不强，所以AQC炉的结灰不严重，一般均选为立式锅炉。由于窑头的废气温度低，量大，且对锅炉的排气无特殊要求，应尽可能地回收余热。为了增大换热面积，强化换热效果，AQC炉的换热管应采用螺旋翅片管或蟹形针管等能显著增加换热面积而又耐磨蚀的管形。5.2余热锅炉设备及一般规定5.2.1 一般规定 为确保余热发电系统故障时不影响水泥生产的正常运行，在余热锅炉的进出烟气管道之间应设旁通管道，并在锅炉进出口和旁通烟道分别设置阀门。当余热发电系统故障时，通过开关烟道阀门实施余热锅炉从烧成系统中解列，而烧成系统仍可正常运行。 由于余热锅炉设置于水泥生产最主要的烟气管道上，一旦发生事故（如锅炉爆管、漏水、粉尘堵塞等）将影响水泥生产的正常运行。为防止此类情况发生，余热锅炉的汽水管路的设计必须设置余热锅炉事故、检修状态下从发电系统中迅速解列的措施。余热锅炉应尽量靠近水泥生产废气热源布置，使废气管道紧凑合理，在减少热损失的同时，也可降低管道及支架的投资。当故障条件下余热锅炉需要从烧成系统中解列时，要求余热锅炉进出口管道及旁通管道上设置的控制阀门要可靠灵活，这些阀门在生产运行中只要不停窑或余热发电系统不出故障它就没有动作，时间可长达几个月。因此，阀门的选型很重要，要确保运行的可靠性。同时为提高可靠性，在阀门处设置日常维护和故障操作维修平台是十分必要的。5.2.2 余热锅炉设备窑头废气含尘浓度虽然不大，但粉尘颗粒较粗且较硬，磨蚀性很强，为了减少对余热锅炉的磨损，必须设置有效的防磨损措施。窑尾废气含尘浓度较高，窑尾余热锅炉必须采取有效的清灰设计，防止堵灰。为减少粉尘的二次污染和资源的浪费，窑头余热锅炉及粉尘分离装置收集下的熟料粉尘应送回到熟料输送系统，窑尾余热锅炉收下的生料灰应送回到生料输送系统。5.3余热锅炉与水泥生产线的连接5.3.1 余热锅炉进、出口的废气管道的设计，应简捷顺畅、附件少、气密性高和具有较好的空气动力特性，且应符合下列规定：（1）窑头废气管道风速不宜大于12m/s，窑尾废气管道风速不宜大于18m/s。（2）管道应设热膨胀补偿；（3）与设备连接的管道设计，应满足设备对振动、推力、荷载等要求；（4）管道支架设置应稳妥可靠。5.3.2 为了防止积灰，针对倾斜管道的倾角做出了要求。含尘管道积灰与风速、倾角有关。关于管道的倾角，在水泥工厂工艺设计手册（中国建筑工业出版社）推荐，管道溜角：窑灰40º45º；熟料33º35º。为确保粉尘在烟风管道内不沉积，避免因余热锅炉烟风系统故障而影响余热发电正常运行，多年来设计上采取烟道倾角比手册推荐的管道溜角再大5º，考虑到窑头余热锅炉烟风管道风速通常取值较低，其管道倾角又适当加大一点。经调查按本规定的角度设计，在实际使用上尚未发生过烟道积灰事故。窑头废气粉尘颗粒较大硬度高，磨蚀性很强。为减少熟料粉尘对锅炉受热面的冲刷磨损，延长锅炉的使用寿命，要求增加防磨损措施，从源头减少粉尘浓度是治本的措施，规定了窑头余热锅炉废气入口前设置粉尘分离装置。5.4 汽轮机设备及系统5.4.1汽轮发电机  用于余热利用的汽轮发电机的特点是以汽定电，所以要求带负荷的能力可在较大范围内波动，尤其是发电机的选型要考虑能超过设计发电量的15%左右。目前市场上可用于中低温纯余热发电系统的汽轮发电机有两种：一种为单压系统的低参数凝汽式汽轮机。特点是系统简单，适合3000kW左右的小机组。另一种为混压系统，除主蒸气进口外还有一至两个补气口，并辅助采用了热水闪蒸技术，用闪蒸的饱和蒸气混入汽轮机做功。特点是系统较复杂，但系统热效率较高，适合6000kW以上机组。余热发电机组容量的选择，应充分考虑水泥窑废气参数波动的影响，在机组负荷率为30110的范围内，能够安全、稳定运行。因为余热发电是受水泥窑的运行状态起伏而波动的特征，往往低负荷是短时现象，为最大限度地回收余热资源此时可不考虑机组效率，这种合理利用汽轮机的变工况适应能力，通过近几年的生产运行是可行的。 5.4.2 汽轮机： （1）产地：洛阳发电设备厂 2006年8月制造N3.31.25型单缸低压冲动凝汽式汽轮机 运行规程：以水利电力部制定的汽轮机组运行规程和洛阳发电设备厂安装使用说明书提供的技术参数并参考同类型机组运行规程。（2）运行岗位上应有：运行规程及系统图 设备运行记录、缺陷登记薄等有关记录本 配置必要的工器具 消防器材充足 重要地方要有一足够的事故照明（3）汽轮机本体：产品型号：N3.31.25额定功率：3.3MW 经济功率：3.3MW 最大功率：3.6MW汽轮机额定转速/发电机额定转速 5600/3000r/min（4）一般汽轮机不允许长期的超发和低负荷运行，考虑水泥窑的正常检修时间一般在57天左右，故规定负荷率允许在30%运行，而长期低负荷运行，不仅汽轮机效率显著下降，还会导致汽轮机末级叶片因带水运行而造成的受损，因此在汽轮机订货时一定要特别注明超发和低负荷运行要求。5.4.3 一般规定：（1）余热发电机组容量应根据余热资源条件在保证水泥窑正常生产、提高热力系统整体循环热效率的前提下确定。（2）余热发电宜采用凝汽式机组，当有稳定热用户时，可采用抽凝机组等型式。 （3）余热发电机组可在30110%负荷率的范围内运行。负荷率宜在50%以上连续运行。6 各辅助设备及系统设施6.1 给水系统及给水泵6.1.1为了提高余热发电系统运行的安全性、可靠和灵活性，给水系统应采用母管制系统。  给水泵吸水侧的给水母管管径的选择，当采用分段母管时，其管径比给水箱出水管径大12级。给水箱之间水平衡管的设置，根据不同情况通常作法：当2台机组时，2台给水箱之间距离不远时，可用低压给水母管兼作水平衡管；当有3台及以上机组，或给水箱之间距离较远、低压给水母管难以平衡各给水箱的水位时，应单独设置水平衡管。当给水泵出力与余热锅炉容量不匹配时，所有给水泵产生的高压给水先送往给水泵出口压力母管集中后，再由该母管送往各机组的余热锅炉。为提高系统的可靠性，用闸阀将母管分为两个或以上的区段。正常运行时，分段阀门开启；当发生某台窑停运、事故或分段检修时，将分段阀门关闭，其他管段及设备仍能继续运行。6.1.2 当给水泵出力和锅炉容量相匹配时，给水泵与余热锅炉之间的给水管的连接，为使系统灵活可靠，也宜采用切换母管制系统。6.1.3 为了防止给水泵在启动和低负荷时产生汽化，设置循环管是必要的。具体可在给水泵出口处设置给水再循环管和再循环母管，把给水送回给水箱。备用给水泵应位于低压给水母管和压力分段母管的两个分段阀门之间，这样便于分段阀门任何一侧的给水泵停运检修时，备用泵能接替其工作。6.1.4 锅炉给水泵的总容量，应保证在任何一台给水泵停用时，其余给水泵的总出力，仍能满足全部锅炉最大蒸发量的110%。 给水泵的扬程应按满足系统最大给水压力要求进行计算，并应另加15%的裕量。6.2 凝结水系统及凝结水泵6.2.1 余热发电的凝结水系统宜采用母管制。6.2.2凝汽式机组的凝结水泵的台数、容量，宜符合下列要求：（1）每台凝汽式机组，宜设置两台凝结水泵，每台流量应为最大凝结水量的110%。（2）最大凝结水量应为下列各项之和：   汽机最大进汽工况时的凝汽量；进入凝汽器的经常补水量和经常疏水量；进入热井的其他水量。6.2.3凝结水泵的扬程应按满足凝结水系统最大给水压力要求进行计算，应另加15%的裕量。计算凝结水流动阻力时，流量是采用取最大凝结水量，是不加裕量的，故对凝结水流动阻力，则应另加15%的裕量。为计算从凝汽器热井到除氧器内喷雾头的凝结水流动阻力符合实际，采用的凝结水量，应分两段计算，当装有低加疏水泵时，在低加疏水并入主凝结水管道并入点之前的，按最大凝结水量计算；在并入点之后的，则应加上低加疏水量。6.2.4  当循环水有腐蚀性时，凝汽器的水室、管板、管束应采用耐腐蚀的材质。6.3   除氧器及给水箱6.3.1   对于余热发电，每台机组按照锅炉额定蒸发量的给水量配置一台除氧器。汽轮机厂进行热平衡计算时，按汽机额定工况计算了用于除氧器加热的抽汽量，但其抽汽量有富裕。目前国产除氧器的容量一般与锅炉容量相匹配，按锅炉额定蒸发量每台机组配置一台除氧器。   在余热发电系统中，相同参数的除氧器一般都并列运行。为了使运行工况一致，除氧器给水箱的汽空间和水空间分别设有汽、水平衡管相连。连续排污扩容器分离出来的蒸汽，一般送入汽平衡管。水平衡管可以用给水泵入口的低压给水母管来代替，也可以单独设置。为了适应各种运行工况，多台机组的加热蒸汽、化学补给水、主凝结水、高加疏水、给水再循环管、疏水箱来水管等有母管相连为好。6.3.2   给水箱的功能是凝结水泵、化学补给水泵与给水泵之间的缓冲容器，在锅炉爆管、机组启动、负荷大幅度变化以及凝结水系统或化学补给水系统故障造成除氧器进水中断时，可保证在一定时间内不间断地满足余热锅炉给水的需要。考虑到余热发电的控制水平及操作水平、余热发电的负荷变化较大等因素，对于给水量小于或等于35t/h 的6MW及以下机组，宜按满足全部余热锅炉额定蒸发量20min30min的给水量确定。随机组容量的增大，适当减少给水箱容量，对设备布置和节约投资均有利，故对于给水量大于35t/h 的6MW以上机组，规定给水箱的总容量为10min15min全部余热锅炉额定蒸发量时的给水量。6.3.3  给水箱的总容量是指给水箱正常水位至出水管顶部水位之间的有效容量。  给水箱的总容量，宜符合下列要求：(1)6MW及以下机组，水箱容量为20min30min的锅炉最大给水消耗量;(2)6MW以上机组，水箱容量为10min15min的锅炉最大给水消耗量。6.4 供水系统和循环水泵6.4.1 供水系统 6.4.1.1 若水源的水质或水温不能满足要求时，可采取相应处理措施或使用其它水源。相应处理措施诸如除去水中杂物，当水中含沙量较大，且沙粒较粗、较硬时，宜对冷却用水进行沉沙处理等。6.4.1.2 补充水带入的悬浮物在循环供水系统中沉积，加上水泥工厂的特殊环境粉尘对冷却塔淋水装置和集水池里都有不少污垢，给余热发电的安全运行和检修带来麻烦。当循环水补充水中各项指标超过规定值时，作预处理是十分必要的。6.4.1.3  对于采用直流或混合供水系统的，其进水口、排水口的位置和型式的选定正确与否，直接关系到项目的投资、运行的安全性和经济性，以及对水域生态的影响。因此，应根据河流的水文特性和河床地形、环境保护的具体要求，以及施工条件，通过技术经济比较确定进水口、排水口的合理布置和型式。6.4.2 循环水泵为了提高余热资源回收率，循环水泵应设置备用泵。当循环水泵故障时，火力发电厂可以通过少投煤来控制蒸汽量此时仅少发电而已，在能源上不会造成浪费。而余热发电的蒸汽量是水泥烧成系统的生产废气产生的，当循环水泵故障时，而水泥窑仍在正常运行，只有通过余热锅炉旁通烟道的阀门调节放掉余热减少蒸汽产量，这是浪费能源。所以本条文规定循环水泵应有备用，以确保余热的回收。 6.5水处理设备及系统6.5.1   原水预处理6.5.1.1  水处理系统的选择的依据是原水的水质全分析资料，要求提供的水质全分析资料必须是将来锅炉用水的水源。由于我国的经济发展迅猛，无论是地表水还是地下水几年间的变化是大的，多年前的资料反映不出目前真实状况。为准确合理制定水处理系统，应扎实做好水源、水质分析等前期工作。6.5.1.2 关于原水预处理设备的出力、预处理方式、澄清过滤设施选型与设置，现行国家标准小型火力发电厂设计规范GB50049执行。6.5.2锅炉补给水处理6.5.2.1锅炉补给水处理系统的选择，应根据原水水质、锅炉给水和炉水的水质的现行国家标准工业锅炉水质GB1576的要求、补给水率、设备和药品的供应条件以及废液和其它有害物质的排放等确定。根据目前国内投产余热发电的运行经验，系统水汽循环损失35、排污损失12，加上其他损失水处理设备的出力应是锅炉最大蒸发量的58左右，但考虑到多数水泥工厂均存在超产的运行状况，余热锅炉产汽量会有所增加，为确保余热发电稳定运行，适当提高水处理设备的能力是必要的。故水处理设备的出力，应不小于全部余热锅炉最大蒸发量的10。 6.5.2.2 为保证锅炉补给水系统供水的连续性，清水箱的总有效容积按连续运行的最大一台余热锅炉额定蒸发量的2h出力计算。中间水箱的容积以满足水量调整为原则，不宜过小。适当增大除盐（软化）水箱容量，以适应水泥窑、余热锅炉故障停运余热锅炉炉水回收和重新启动上水的需要，同时也可减少离子交换水处理设备的投资。故凝汽式机组的除盐（软化）水箱的总有效容积按最大一台锅炉2h3h 的额定蒸发量计算。如果是抽汽或抽凝机组，除盐（软化）水箱的总有效容积还应加大，应按供热系统正常补水量来确定。6.5.3 给水、炉水校正处理6.5.3.1 目前，部分余热发电的炉水磷酸盐的加药泵是一炉配一泵。该系统是，若泵故障时，炉水加药只能修好泵再运行，形成间断运行。6.5.3.2 炉水的磷酸盐存在的问题是浓度不易控制，应设1台备用泵。6.5.4 循环冷却水处理在循环冷却水系统在防垢处理方面，所采取的措施有石灰处理、加酸处理和专对水泥工厂余热发电的专用配方，但均未能达到满意的程度。近年来，采用添加缓蚀、阻垢剂处理的电站越来越多，并取得了一定的效果。值得注意的是阻垢剂若采用磷酸盐类处理时，菌、藻繁殖较快，此时还宜同时进行加氯处理。加氯可阻止冷却水系统内的生物滋长，并能防止管材和硫化氢起作用。但氯是一种极毒物质，不利于环境保护，余氯排放应符合有关标准规定。但氯对苔藓虫等一般不起作用。因此，也有采用其它类的氧化型防除剂，或在管内壁加衬里等措施。鉴于上述种种原因，加上水泥行业循环水被污染的特点，循环水的处理方式可根据冷却水水质、药品供应等情况确定。处理措施应符合国家现行标准工业循环冷却水处理设计规范GB50050的有关规定。6.6 主蒸汽系统6.6.1 当有2台或2台以上汽轮机组时，主蒸汽管道设计应做到安全、可靠与灵活的最基本要求。在机组发生事故需切换管路时，对发电的影响应降低到最低限度。切换母管制系统的作法，为每条窑的余热锅炉与其对应的汽轮机用两只串联的切换阀门组成一个单元，在两只串联的切换阀门之间T接管路并设切换阀门与母管相连。余热锅炉产生的蒸汽，既可以直接供应相对应的汽轮机，也可以通过切换母管向其他汽轮机供汽，即汽轮机既可以从相对应的余热锅炉受汽，也可以切换从母管受汽。6.6.2 对于水泥工厂具有多台窑的余热发电系统，水泥窑因故障突然停窑时有发生，要求主蒸汽管道应有较高的调度灵活性和运行安全可靠性，因此采用切换母管制是必须的。在切换母管制中，为了便于母管检修或将来扩建需要时，母管可以用阀门分段。母管管径一般按能通过最大一台窑的余热锅炉总蒸发量来确定。正常运行时切换母管应为热备用，并设置经常疏水点以确保随时启动的运行安全。 6.7 热力、电力系统6.7.1 热力系统在热力系统的设计上一般是根据废气温度及废气量经过合理配置来确定蒸气参数和蒸气量，一般选用的汽轮机的参数比较低。在余热锅炉设置上，对SP炉来说因出炉的废气还要用于原料的烘干，所以一般SP炉带汽包仅设置过热器和蒸发器。AQC炉的排烟无特殊要求，主要设置省煤器，也可带汽包设置蒸发器，有可能的情况下也可适当的设置过热器(如窑头采用图3、图4流程)。余热锅炉的受热面的配置，最终是根据余热资源及最大产气量配置的。所以各水泥厂之间不尽相同，一般余热锅炉采用非标设计。由于系统用于水泥厂的余热发电，所以汽轮机必须带有前压调节装置，当机组在正常运行时，以汽轮机的进口压力作为主要控制参数，来调节机组输出功率以保证压力基本稳定，这种方式可适应废气余热参数的变化，使整个系统有较高的适应性和可靠性。 6.7.2 电力系统6.7.2.1 水泥工厂一般配套建设有总降压变电站或厂区配电站。余热发电接入总降压变电站或厂区配电站的电压等级，应根据发电机组的单台容量、建设规模、总降压变电站或厂区配电站的具体情况，在接入系统设计中，通常都是经技术经济比较后确定的。6.7.2.2 水泥工厂余热发电通常采用并网运行方式，为此余热发电与总降压变电站或厂区配电站必须设置并网联络线，通常采用电缆联络线。发电机组与电力系统并网点宜选择在总降压变电站6kV或10kV某母线段或厂区配电站某母线段。余热发电与总降压变电站或厂区配电站的两侧均需设置联络线断路器。6.7.2.3 关于并网联络线的回路数量，规范中仅规定宜根据发电机组数量确定。通常做法单台发电机组设置单回联络线，当两台及以上发电机组才设置两回或多回联络线。关于并网同期点的设置，可在发电机出口断路器设置并网同期点，也可在电站侧联络线断路器设置余热发电系统并网同期点。当余热发电设置为单母线分段接线方式时，其母线联络断路器也应设置同期并列点。为安全起见，同期操作都设置在余热发电侧。6.7.2.4 由于余热发电最终与电力系统并网运行，发电机组的启动电源宜利用并网联络线，由总降或厂区配电站的并网母线段系统提供。发电机组启动电源的投入将选择同期闭锁操作，闭合电站侧联络线断路器来实现。当站用电系统仅为低压负荷，且不设置站用变压器时，此时余热发电启动电源也可由水泥生产线某就近电力室提供。为确保发电机及余热发电系统安全运行，所设置的发电机安全自动保护装置通常的做法：发电机出口断路器设置双高（高频、高压）解列保护装置；电站侧并网联络线断路器设置双低（低频、低压）解列保护装置。7 余热发电技术经济分析及发展趋势7.1 经济评价及投资分析  7.1.1 纯余热发电系统完全是利用水泥生产过程中产生的余热发电，因此投资这种项目可带来如下好处：  （1)余热发电系统运行费用少，仅消耗部分水和少量药品，增加少量管理人员，成本约0.08元/kW·h左右，在不增加水泥烧成热耗的情况下，每吨熟料可发电2540kW·h，可节约大量电力费用，降低水泥产品成本，提高企业的经济效益。 (2)对电力紧张的地区，可以缓解因供电不足影响生产的矛盾，发电自给率可达20%30%。  (3)建设用地可利用厂区空地，不需另外征地。项目的实施不会影响正常的水泥生产。  (4)可为国家节约大量的能源，减少环境污染。 7.1.2工厂是否投资纯余热发电项目和系统装备的选择应考虑到如下因素：  （1)工厂的余热源。因为这里仅用水蒸气作为工质考虑的，所以如果有两个以上热源一个必须大于300，另一个也必须大于200。  （2)工厂的管理水平和运转率。工厂必须具备有一定的管理水平且水泥窑的运转率必须大于70%以上，否则由于水泥窑的开停频繁，发电系统的运转率也会降低，影响投资效率和设备的使用寿命。  （3)发电规模。针对水泥厂的余热发电项目，发电规模越大，单位发电量投资越低，反之越高。当然还需结合当地的电价考虑，以及能源价格的趋势，将投资回收控制在35年以内时投资风险较小，反之投资风险加大，需慎重考虑。  （4)系统装备的选择。采用进口设备和技术的特点：技术装备先进、可靠，热效率高，但投资大，发电机容量在6000kW以上的机组投资约1800022000元/kW。容量在30006000kW，投资在22 00030000元/kW。采用国产设备和技术的特点：技术装备安全可靠，系统简单，系统热效率较进口装备略低，但投资可大大降低。发电装机容量在3000kW左右的机组，投资约65007500元/kW。根据上述情况，我们认为，对于4000t/d以上规模即装机容量在6 000kW以上的系统可考虑选用进口设备，而对于2 000t/d规模以下即装机容量在3000kW以下的系统选用国产设备较为适用。7.1.3  评价余热发电涉及的指标，国内、国际上尚无一个明确的标准，水泥烧成系统的熟料热耗、熟料形成热、原料烘干所需废气温度与热量等对余热发电是有影响的。运用“吨熟料余热发电量”的指标，其前提是当熟料产量、熟料热耗、用于发电的废气参数、用于原燃料烘干的废气参数条件大体相同的条件下，采用“吨熟料余热发电量”来对不同的余热电站技术方案进行评价是可行的；当熟料的热耗不同、原料水分不同（涉及原料烘干在窑尾取风温度不同），对余热发电的影响是不同的，此时用“吨熟料