毕业设计(论文)水泥生产综合利用工业.doc
《毕业设计(论文)水泥生产综合利用工业.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业设计(论文)水泥生产综合利用工业.doc(26页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、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
2、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 syste
3、m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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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,
14、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
15、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
16、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
17、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
18、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
19、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
20、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4045;熟料3335。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5,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
21、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
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业设计 论文 水泥 生产 综合利用 工业

链接地址:https://www.31ppt.com/p-2691860.html