水泥厂纯低温余热发电——毕业设计.doc

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1、毕 业 论 文水泥厂纯低温余热发电作 者 姓 名 ： 刘国胜 专 业、班 级： 发电厂及电力系统1002 学 号： 2010110821 校内指导教师： 李杰 校外指导教师： 刘振锋 完 成 日 期 ： 2013年5月29日 黄河水利职业技术学院自动化工程系摘 要纯低温余热发电由于是不用燃料的余热利用，所以更符合节能环保的要求，也是政府重点鼓励的对象。而水泥企业充分利用余热发电，既可以最大限度满足企业终身的用电需求，减少外购电量，又可以降低水泥制造成本，提高经济效益，是世界水泥工业发展的趋势。我国作为世界最大的水泥生产和消费大国，也是能源紧缺国家，充分利用水泥窑外分解系统余热发电势在必行。关键

2、词：纯低温;余热发电技术目 录摘 要I绪 论11背景21.1 背景21.2 意义32水泥窑纯低温余热发电42.1 水泥窑纯低温余热发电简介42.2 余热发电系统的原理43 水泥余热发电生产工艺及控制53.1 余热发电窑53.2 预分解窑及预热器窑53.3 发电模式53.4 生产工艺53.5 控制方案63.5.1 窑头余热炉63.5.2 窑尾余热炉63.5.3 汽机汽水64 主机设备工作原理74.1 余热锅炉74.2 汽轮机84.3 发电机94.4 闪蒸器94.5 冷却水系统104.6 化学水处理系统105热力系统115.1 常用的余热发电热力系统115.2 余热发电热力系统的比较115.3 S

3、P(卧式)锅炉结构特点125.4 窑尾卧式与立式的比较125.5 ASH过热器在系统中的作用125.6 ASH过热器AQC锅炉在系统中的作用135.7 SP锅炉在系统中的作用135.8 窑头余热锅炉设计要点135.9 AQC锅炉结构特点136 余热发电运行中的电气问题176.1 阀门的控制问题176.2 高温风机的频繁跳闸问题176.3 凝结水泵和给水泵的变频控制176.4 Woodward505调速器的使用186.5 粉尘输送系统的改进19参考文献20致 谢21绪 论随着水泥熟料煅烧技术的发展，发达国家水泥工业节能技术水平发展很快，低温余热在水泥生产过程中被回收利用，水泥熟料热能利用率已有较

4、大的提高。但我国由于节能技术、装备水平的限制和节能意识影响，在窑炉工业企业中仍有大量的中、低温废气余热资源未被充分利用，能源浪费现象仍然十分突出。新型干法水泥熟料生产企业中由窑头熟料冷却机和窑尾预热器排出的350左右废气，其热能大约为水泥熟料烧成系统热耗量的35%，低温余热发电技术的应用，可将排放到大气中占熟料烧成系统热耗35%的废气余热进行回收，使水泥企业能源利用率提高到95%以上。项目的经济效益十分可观。我国是世界水泥生产和消费的大国，近年来新型干法水泥生产发展迅速，技术、设备、管理等方面日渐成熟。目前国内已建成运行了大量2000t/d以上熟料生产线，新型干法生产线与其他窑型相比在热耗方面

5、有显著的降低，但新型干法水泥生产对电能的消耗和依赖依然强劲，因此，新型干法水泥总量的增长对水泥工业用电总量的增长起到了推动作用，一定程度上加剧了电能的供应紧张局面。而目前国内运行的新型干法水泥熟料生产线采用余热发电技术来节能降耗的企业极少，再者，国内由于经济潜力增长加剧了电力短缺的矛盾，刺激了煤电项目的增长，一方面煤电的发展会加速煤炭这种有限资源的开采、消耗，另一方面煤电生产产生大量的CO2等温室气体，加剧了对大气的环境污染。因此在水泥业发展余热发电项目是行业及国家经济发展的必然。此外，为了提高企业的市场竞争力，扩大产品的盈利空间，国内的许多水泥生产企业在建设熟料生产线的同时，也纷纷规划实施余

6、热发电项目。随着世界经济快速发展、新型节能技术的推广应用，充分利用有限的资源和发展水泥窑余热发电项目已经成为水泥业发展的一种趋势，也完全符合国家产业政策。截至2012年，全国新型干法熟料生产线为934条,熟料产能7.6亿吨, 预计到2013年全国新型干法熟料生产线为1080条左右，熟料生产能力为8.6亿吨左右。虽然在水泥行业余热发电推广和普及迅速,除已建和在建外，到2013年全国还有50%的全国新型干法熟料生产线可以配置余热发电装置,如果以上新型干法熟料线全部配套余热发电，每年可实现节电270亿度，相当于节约煤炭消耗1000万吨（标煤），可减排CO2约24400万吨。1背景1.1 背景1998

7、年3月，日本政府赠送的中国首套水泥纯低温余热发电机组在海螺建成投运，十年来，该项目取得了良好的社会和经济效益，起到了很好的示范作用。海螺集团公司集成创新，在原有的基础上，针对水泥工艺特性改进设计，自行研发DCS系统，个性化设计，国产化装备。所开发的纯低温水泥窑余热发电技术余热回收效率高、发电过程中无需补充燃料，不产生任何污染，已处于国际领先地位。该技术是符合国家产业政策的绿色发电技术，是一种环保的、节能减排的、符合可持续发展要求的循环经济技术，经济效益也非常显著。海螺集团水泥纯低温余热发电装机容量居全球水泥企业之首。2005年，海螺开始大规模建设余热发电项目，为了落实国家关于节能减排的号召和政

8、策，承担应尽的社会责任，海螺引进川崎先进的余热发电技术，结合海螺的工程设计、设备成套能力、项目实施能力和调试运行经验，和川崎成套设备工程株式会社合资成立了安徽海螺川崎工程有限公司和安徽海螺川崎节能设备制造有限公司，以便更好的在中国推广纯低温余热发电技术。2006年8月，首条自主设计、自行成套的日产5000吨水泥熟料余热发电项目在宁国水泥厂建成投运；到09年上半年，海螺集团内已建成投运28套余热发电机组，装机规模达到465.5兆瓦，在建机余热发电组15套，装机规模达到162兆瓦。总装机规模达到627兆瓦,上述机组全部投运后年发电量47.69亿度，按火力发电同口径计算，年可以节约标煤172万吨，减

9、少二氧化碳排放413万吨。到2009年5月，安徽海螺川崎工程有限公司还向其他国内外20家水泥企业集团进行了推广应用，共97套机组，涉及156条水泥熟料生产线，装机规模达到1334.6兆瓦，上述项目全部建成后预计年发电量101.48亿度，将减排 880万吨，节约标煤365.5万吨，环保效益和经济效益十分显著。其中国内除海螺外，海螺川崎工程公司还向其他14家水泥企业进行了推广，涉及71条水泥熟料生产线配套余热发电项目，共49套机组,装机规模达到618兆瓦。余热发电市场已覆盖到全国21个省、市。其中在国外，承担了泰国、巴基斯坦等国水泥企业共11条水泥熟料生产线配套的6套余热发电总包工程项目，装机规模

10、达到90兆瓦。新型干法水泥熟料生产企业中由窑头熟料冷却机和窑尾预热器排出的350左右废气，其热能大约为水泥熟料烧成系统热耗量的35%，低温余热发电技术的应用，可将排放到大气中占熟料烧成系统热耗35%的废气余热进行回收，使水泥企业能源利用率提高到95%以上。项目的经济效益十分可观。我国是世界水泥生产和消费的大国，近年来新型干法水泥生产发展迅速，技术、设备、管理等方面日渐成熟。目前国内已建成运行了大量2000t/d以上熟料生产线，新型干法生产线与其他窑型相比在热耗方面有显著的降低，但新型干法水泥生产对电能的消耗和依赖依然强劲，因此，新型干法水泥总量的增长对水泥工业用电总量的增长起到了推动作用，一定

11、程度上加剧了电能的供应紧张局面。而目前国内运行的新型干法水泥熟料生产线采用余热发电技术来节能降耗的企业极少，再者，国内由于经济潜力增长加剧了电力短缺的矛盾，刺激了煤电项目的增长，一方面煤电的发展会加速煤炭这种有限资源的开采、消耗，另一方面煤电生产产生大量的CO2等温室气体，加剧了对大气的环境污染。因此在水泥业发展余热发电项目是行业及国家经济发展的必然。此外，为了提高企业的市场竞争力，扩大产品的盈利空间，国内的许多水泥生产企业在建设熟料生产线的同时，也纷纷规划实施余热发电项目。随着世界经济快速发展、新型节能技术的推广应用，充分利用有限的资源和发展水泥窑余热发电项目已经成为水泥业发展的一种趋势，也

12、完全符合国家产业政策。截至2009年，全国新型干法熟料生产线为934条,熟料产能7.6亿吨, 预计到2010年全国新型干法熟料生产线为1080条左右，熟料生产能力为8.6亿吨左右。虽然在水泥行业余热发电推广和普及迅速,除已建和在建外，到2010年全国还有50%的全国新型干法熟料生产线可以配置余热发电装置,如果以上新型干法熟料线全部配套余热发电，每年可实现节电270亿度，相当于节约煤炭消耗1000万吨（标煤），可减排CO2约24400万吨。根据国家现行产业政策和“八部委”文件要求，截止2013 年国内新型干法水泥生产线配套建设纯低温余热电站的比例将达到40%，即到2010 年底以前还将有约400

13、多座纯低温余热电站建成并投入运行。1.2 意义水泥制造业是一个高能耗产业，不仅每年要消耗大量的煤炭等一次能源（每吨水泥熟料消耗燃料折标准煤为100115kg），而且还要消耗大量的二次能源电力（每吨水泥约消耗90115kwh），虽然随着水泥煅烧技术的发展，系统热效率得到了较大地提高，但由窑尾预热器、窑头熟料冷却机等排掉的400以下低温废气余热，其热量仍约占水泥熟料烧成总耗热量35%以上，造成的能源浪费非常严重，如果将排掉的400以下低温废气余热转换为电能并回用于水泥生产，可使水泥熟料生产综合电耗降低60%或水泥生产综合电耗降低30%以上，可以大幅减少向水泥生产企业的购电量，并且可避免水泥窑废气余

14、热直接排入大气造成的热岛现象，同时由于减少了水泥生产企业的燃料消耗，可减少CO2等燃烧废物的排放而有利于保护环境。2水泥窑纯低温余热发电2.1 水泥窑纯低温余热发电简介即在新型干法生产线生产过程中，通过余热回收装置余热锅炉将水泥窑窑头、窑尾排出大量低品位的废气余热进行回收换热产生过热蒸气和饱或蒸汽推动汽轮机实现热能机械能的转换，再带动发电机发出电能，并供给水泥生产过程中的用电负荷。2.2 余热发电系统的原理纯低温余热发电技术的基本原理就是以30左右的软化水经除氧器除氧后，经水泵加压进入窑头余热锅炉省煤器，加热成190左右的饱和水，分成两路，一路进入窑头余热锅炉汽包，另一路进入窑尾余热锅炉汽包，

15、然后依次经过各自锅炉的蒸发器，过热器产生1.2MPa、310左右的过热蒸汽，汇合后进入汽轮机作功，或闪蒸出饱和蒸汽补入汽轮机辅助作功，作功后的乏汽进入冷凝器，冷凝后的水和补充软化水经除氧器除氧后再进入下一个热力循环。3 水泥余热发电生产工艺及控制3.1 余热发电窑水泥余热发电，随着熟料生产工艺线的不同，一般有两种窑型，三种发电模式。采用立式余热锅炉和补汽式汽轮发电机组的二级余热发电系统。立式余热锅炉彻底解决了卧式余热锅炉漏风及炉内温度场实际分布与锅炉设计时所假想的温度完全不相同的问题，可以大大提高锅炉蒸汽产量；篦冷机或立式余热锅炉排出的200左右废气余热可以充分回收并用以发电。这样可使吨熟料余

16、热发电量在熟料热耗不变的前提下提高到195千瓦小时以上，使水泥窑综合能耗达到同规模预分解窑的能耗水平。3.2 预分解窑及预热器窑为了克服带补燃锅炉的中低温余热发电系统存在的缺点，采用补汽式汽轮机组，充分回收200以下的废气余热，同时补燃锅炉应当以煤矸石等劣质煤或垃圾为燃料，除节约优质煤外，还可为水泥生产提供原料，降低发电成本，进一步提高经济效益。3.3 发电模式中空窑高温余热发电预分解窑及带补燃锅炉的中低温余热发电纯低温余热发电中低温余热发电主要是回收利用预分解窑或悬浮预热器窑窑头冷却机200废气、窑尾400废气，用于发电或热电联供。余热电站一般采用4.5MW（不等）汽机装机容量，所涉及到的控

17、制系统主要是MCS（模拟量控制）和SCS（顺序控制），在控制方案中，逻辑（顺序）控制占多数，主要是各电器设备的逻辑启停；模拟量控制回量以常规PID为主，水位控制以减温水控制回路以串级控制算法为主。3.4 生产工艺窑头篦冷机和窑尾预热器来的废气，通过锅炉与锅炉内布置的过热器、蒸发器、省煤器产生热交换，加热水产生高压饱和蒸汽，带动汽轮机转动做功，从而带动发电机发电。一般主机为两台余热锅炉(窑头AQC锅炉和窑尾SP锅炉)和一套汽轮发电机组。为减轻废气对AQC锅炉的磨损，在锅炉前设置了沉降室、AQC炉输灰系统除去烟气中的粉尘，SP炉设机械振打解决粉尘附着问题。AQC省煤器出水分两路：一路进入AQC汽包

18、，另一路进SP锅炉省煤器。AQC锅炉产生的主蒸气和SP锅炉产生的主蒸气混合后进汽轮机进汽口。SP锅炉汽包进水由AQC省煤器供给，当AQC锅炉未投用时也可由锅炉给水泵直接供给而独立运行。两台锅炉都设计有旁路系统，当锅炉停用时水泥生产系统可正常运行。3.5 控制方案3.5.1 窑头余热炉主蒸汽温度、压力及汽包压力的检测。汽包水位的三冲量控制：以汽包水位作为主调，以主蒸汽流量和给水量为参考的三冲量液位调节系统。在三参数液位调节时，如果产汽量或给水量发生变化，在液位未变化前就调整给水量，以保证汽包液位稳定，特别是能克服产气量突然增加造成汽包假液位现象。窑头余热锅炉输灰系统：AQC1炉星型下料器、AQC

19、炉2#链式输送机、AQC炉1#链式输送机间的顺序起停（由后向前开，由前向后关），以及故障保护（当后面的电机出现故障时，前面的电机必须停）汽包水位报警。3.5.2 窑尾余热炉主蒸汽温度、压力及汽包压力的检测。汽包水位的三冲量控制：以汽包水位作为主调，以主蒸汽流量和给水量为参考的三冲量液位调节系统。在三参数液位调节时，如果产汽量或给水量发生变化，在液位未变化前就调整给水量，以保证汽包液位稳定，特别是能克服产气量突然增加造成汽包假液位现象,汽包水位报警。3.5.3 汽机汽水凝结水泵、给水泵、循环水泵各两台，分别是一用一备的关系，当联锁投上,工作泵出现故障跳闸时，备用泵自动启动。热井水位控制（单回路P

20、ID）。主气门开关报警。汽机轴向位移报警、汽机转速报警、汽机润滑油压报警、汽机前后轴承温度报警。汽机、发电机前后轴承回油温度检测。凝汽器压力报警。发电机进风温度、出风温度报警。电动油泵与主油泵出口油压间的联锁。4 主机设备工作原理主要设备配置窑头采用余热锅炉（或热交换器），简称为AQC炉，国内都为立式；国外也是。窑尾采用余热锅炉（或热交换器），国内大多采用的是立式，简称SP锅炉，安徽海螺川崎工程有限公司采用的是卧式，简称PH锅炉；国外为卧式。卧式锅炉和立式锅炉的性能比较见下表：表4.1PH锅炉性能表PH锅炉SP锅炉工质循环方式强制循环自然循环体积小，现场布置方便大，现场布置不方便重量轻重积灰废

21、气流动的方向和换热管垂直，不易积灰，清灰效果好废气流动的方向和换热管水平，易积灰，清灰难度大维护量少多换热端差小大蒸发量比立式高15%30%比卧式低15%30%换热效率比立式高8%10%比卧式低8%10%上表中的换热端差是指锅炉入口废气温度与过热器出口蒸汽温度之间的差值，其值越小，表明锅炉过热器换热充分，传热效率高，蒸汽热焓高，热能利用率高。PH锅炉换热端差约为10，而SP锅炉的换热端差接近30。汽轮机，国内采用补汽凝汽式汽轮机；国外为混压式汽轮机。发电机，国内采用空冷式发电机；国外也是。水处理设备。循环冷却设备。4.1 余热锅炉余热锅炉:AQC炉和PH炉AQC锅炉的设计特点如下:锅炉型式为立

22、式,锅炉由省煤器、蒸发器、过热器、汽包及热力管道等构成。锅炉前设置一预除尘器（沉降室），降低入炉粉尘。废气流动方向为自上而下,换热管采用螺旋翅片管,以增大换热面积、减少粉尘磨损的作用。锅炉内不易积灰，由烟气带走，故未设置除灰装置，工质循环方式为自然循环方式。过热器作用：将饱和蒸汽变成过热蒸汽的加热设备，通过对蒸汽的再加热，提高其过热度（温度之差），提高其单位工质的做功能力。蒸发器作用：通过与烟气的热交换，产生饱和蒸汽。省煤器作用：设置这样一组受热面，对锅炉给水进行预热，提高给水温度，避免给水进入汽包，冷热温差过大，产生过大热应力对汽包安全形成威胁，同时也避免汽包水位波动过大，造成自动控制困难。

23、一方面最大限度地利用余热，降低排烟温度，另一方面，给水预热后形成高温高压水，作为闪蒸器产生饱和蒸汽的热源。沉降室作用：利用重力除尘的原理将烟气中的大颗粒熟料粉尘收集，避免粉尘对锅炉受热面的冲刷、磨损。PH锅炉的设计特点如下:锅炉型式为卧式,锅炉由蒸发器、过热器、汽包及热力管道构成，废气流动方向为水平流动,换热管采用蛇形光管,以防止积灰。因生料具有粘附性，故锅炉设置振打装置进行除灰,工质循环为采用循环泵进行强制循环方式。4.2 汽轮机汽轮机是用具有一定温度和压力的蒸汽来做功的回转式原动机。依其做功原理的不同，可分为冲动式汽轮机和反动式汽轮机两种类型。两种型式汽轮机各具特点，各有其发展的空间。冲动

24、式汽轮机：蒸汽的热能转变为动能的过程，仅在喷嘴中发生，而工作叶片只是把蒸汽的动能转变成机械能的汽轮机。即蒸汽仅在喷嘴中产生压力降，而在叶片中不产生压力降。反动式汽轮机：蒸汽的热能转变为动能的过程，不仅在喷嘴中发生，而且在叶片中也同样发生的汽轮机。即蒸汽不仅在喷嘴中进行膨胀，产生压力降，而且在叶片中也进行膨胀，产生压力降。冲动式与反动式在构造上的主要区别在于：冲动式：动叶片出、入口侧的横截面相对比较匀称，汽流通道从入口到出口其面积基本不变。反动式：动叶片出、入口侧的横截面不对称，叶型入口较肥大，而出口侧较薄，汽流通道从入口到出口呈渐缩状。最简单的汽轮机单级汽轮机结构，工作原理为：具有一定压力和温

25、度的蒸汽通入喷嘴膨胀加速，此时蒸汽压力、温度降低，速度增加，蒸汽热能转变为动能，然后，具有较高速度的蒸汽由喷嘴流出，进入动叶片流道，在弯曲的动叶片流道内，改变汽流方向，给动叶片以冲动力，产生了使叶轮旋转的力矩，带动主轴旋转，输出机械功，完成动能到机械能的转换。热能动能机械能，这样一个能量转换的过程，便构成了汽轮机做功的基本单元，通常称这个做功单元为汽轮机的级，它是由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅所构成。由于单级汽轮机的功率较小，且损失大，故使汽轮机发出更大功率，需要将许多级串联起来，制成多级汽轮机。汽轮机分类按热力过程可分为：凝汽式汽轮机：进入汽轮机做功的蒸汽，除少量漏汽外，全部或大部分排

26、入凝汽器，形成凝结水。背压式汽轮机：蒸汽在汽轮机内做功后，以高于大气压力被排入排汽室，以供热用户采暖和工业用汽。调整抽汽式汽轮机：将部分做过功的蒸汽以某种压力下抽出，供工业用或采暖用。中间再热式汽轮机：将在汽轮机高压缸做完功的蒸汽，再送回锅炉过热器加热到新蒸汽温度，回中、低压缸继续做功。按蒸汽初蒸汽分类：低压汽轮机：新汽压力为1.21.5MPa；中压汽轮机：新汽压力为2.04.0MPa； 次高压汽轮机：新汽压力为5.06.0MPa；高压汽轮机：新汽压力为6.010.0MPa；还有超高压、亚临界压力、超临界压力汽轮机等等。4.3 发电机余热发电所用汽轮发电机为三相交流同步发电机，型式为卧式，无刷

27、励磁全封闭式。通风冷却,全封闭水冷热交换器型,通过安装在转子的冷却风机,采用空气冷却方式。发电机额定参数:额定输出容量:8100KVA，额定电压:6300V，额定电流:742A，额定频率:50HZ，极数4P，功率因数:80%滞后，励磁方式:旋转整流器式无刷励磁方式，绝缘等级:F级，润滑方式:强制润滑。4.4 闪蒸器所谓闪蒸，是指高温高压水经节流突然进入一个压力较低的空间，由于该压力低于该热水温度相对应的饱和压力，部分热水迅速汽化，因为汽化反应几乎是在瞬间完成，形象地称之为“闪蒸”。闪蒸器就是这样一个完成闪蒸功能的设备。为了充分利用余热热能,本厂装备两台闪蒸器,它的作用是使锅炉给水保持一定温度,

28、并回收热水所附带的热量产生蒸汽做功；其次,它还起到闪蒸除氧作用。4.5 冷却水系统冷却水系统的作用主要是为凝汽器及其他冷却设备提供冷却循环用水。包括两台冷却水泵和一套强制通风冷却塔及相应的冷却水管道等。两台冷却水泵日常一台备用，采用强制通风冷却塔在场地受到限制的情况下可以大大减少占地面积，另外还可以减少初期投资；但因采用风扇强制通风，故厂用电量增加，同时增加了日常维护工作量。组成主要有冷却水泵、冷却风扇、集水槽、散水嘴、散水管、填料、分离器和相应的连接管道等。冷却风扇：对冷却塔内进行强制通风，对冷却水进行强制换热。散水嘴与散水管：将循环冷却水呈水滴状均匀地洒向填料层。填料：将散水嘴喷射出的水滴

29、在填料的表面形成水膜，增大冷却面积。分离器：防止散水嘴喷射出的水滴因强制通风造成飞沫损失，从而降低循环冷却水损失。4.6 化学水处理系统纯水装置纯水装置主要是通过阴阳离子交换树脂来置换出原水中的阴阳离子形成软化除盐水，作为发电系统的补充水，达到减少热力系统结垢与腐蚀的目的。运行中失效的阳离子树脂和阴离子树脂分别通过盐酸HCL和烧碱NaOH作为再生剂进行再生，以恢复树脂交换能力。工艺流程为：原水、原水箱、原水泵、多级砂过滤器、过滤水箱、阳床、阴床、纯水箱、凝汽器热水井炉内水处理为了防止锅炉内腐蚀结垢,主要采用化学方法处理。通过加药泵向锅炉内加磷酸三钠Na3PO4药品,使进入炉水中的钙离子、镁离子

30、等形成不粘附的水渣,通过连续、定期排污排掉.给水加药装置所加药品为吗啉和联氨。吗啉作用是调节给水的PH值.联氨作用是除去水中溶解的氧气。 冷却水处理冷却水加药装置所加药品为HEDP（有机化合物）和二氧化氯。HEDP主要作用是防止冷却水系统管道结垢；二氧化氯主要作用是防止冷却水系统管道内部及冷却塔水槽内微生物繁殖及粘垢形成，起杀菌灭藻作用。5热力系统 常用的有单压不补汽、闪蒸（单压补汽）、双压补汽余热发电三种方式；单压不补汽系统指窑头余热锅炉和窑尾余热锅炉产生相近参数的主蒸汽，混合后进入汽轮机；窑头余热锅炉生产的热水供窑头余热锅炉蒸汽段和窑尾余热锅炉。柜内的技术代表有中材节能天津院和南京凯盛公司

31、。双压补汽系统指余热锅炉生产较高压力和较低压力的蒸汽，分别进入汽轮机的高、低压进汽口。国内的技术代表有洛阳中信和大连易事达。闪蒸系统指锅炉产生一定压力的主蒸汽和热水，主蒸汽进入汽轮机高压进汽口，热水经过闪蒸，生产低压的饱和蒸汽，补入补汽式汽轮机的低压进汽口。国内的技术代表有安徽海螺川崎工程有限公司。5.1 常用的余热发电热力系统常用的有单压、闪蒸、双压余热发电三种方式；单压系统指窑头余热锅炉和窑尾余热锅炉产生相近参数的主蒸汽，混合后进入汽轮机；窑头余热锅炉生产的热水供窑头余热锅炉蒸汽段和窑尾余热锅炉。闪蒸系统指锅炉产生一定压力的主蒸汽和热水，主蒸汽进入汽轮机高压进汽口，热水经过闪蒸，生产低压的

32、饱和蒸汽，补入补汽式汽轮机的低压进汽口。双压系统指余热锅炉生产较高压力和较低压力的蒸汽，分别进入汽轮机的高、低压进汽口。5.2 余热发电热力系统的比较选择的依据：水泥窑自身特点决定的烟气量和烟气温度，以及烟气用于物料烘干温度的高低。锅炉吸热量的高低，取决于锅炉排烟温度的高低、锅炉散热量、锅炉漏风量。吸热量：双压系统高于闪蒸系统，闪蒸系统高于单压系统。发电量：双压系统高于闪蒸系统，闪蒸系统高于单压系统。单压发电系统可靠，投资成本低，但有明显的适用范围。总供水量AQC产汽量SP产汽量锅炉的排污量。在通常情况下，受限的总供水量不能使AQC的排烟温度降到100以下，则不能最大限度的利用余热。闪蒸、双压

33、系统是更好的选择。闪蒸较适合于余热锅炉与汽机房距离较远的场合。5.3 SP(卧式)锅炉结构特点采用辅助循环结构，特殊的水循环结构设计保证了锅炉的安全运行；过热器、蒸发器采用蛇形光管受热面，整体模块出厂，每个模块有各自独立的包装运输框架，现场安装时利用锅炉厂提供的专用翻转架安装就位；受热面管与集箱采用特殊的连接结构，减轻了机械振动的冲击。采用较低烟速，减轻磨损，降低烟气侧阻力，减少锅炉自身的动力消耗。采用机械振打清灰方式，卧式结构清灰更方便，连续清灰模式对系统运行影响小，与其它清灰方式相比更加节能。布置密封式刮板出灰机，大大降低锅炉尾部灰浓度。5.4 窑尾卧式与立式的比较卧式清灰效果较好。换热管

34、垂直布置，不存在累积搭桥现象，且采用吊挂形式，振打效果好。卧式炉占地面积较大，当窑尾设计排烟温度取值较低(采用闪蒸、双压)时，结构布置较为困难。卧式炉烟气为水平流动，锅炉烟道入口要采取针对性设计，以保证烟气直角拐弯后的流场均匀。卧式采用错列管束布置，换热效果较好。而立式一般采用顺利管束布置。卧式炉采用带有节流孔板的辅助循环设计，立式炉为自然循环，因此，卧式炉的水质控制更为重要。锅炉管束下端没有排污口，对锅炉的运行操作增加不便，不太适合用于高寒冷地区。热水循环泵工作要求高，检修工作量大。双压系统特点为利用水泥窑的窑头、窑尾废气余热进行发电。为充分利用窑头冷却机排放的废气余热，设置独立的ASH窑头

35、低温过热器，AQC窑头余热锅炉，SP窑尾余热锅炉。5.5 ASH过热器在系统中的作用水泥窑熟料冷却机废气经ASH低温余热过热器后再进窑头AQC锅炉。ASH的作用是将AQC炉、SP炉生产的2.5MPa饱和蒸汽过热为380过热蒸汽以供汽轮机发电用。由于布置与热效率要求，结构上采用立式布置，过热器出口废气温度控制范围为300340左右。设计时应考虑水泥窑熟料冷却机废气对余热过热器的严重磨损特性，同时注意漏风、防磨、防堵等措施。5.6 ASH过热器AQC锅炉在系统中的作用水泥窑熟料冷却机废气经AQC低温余热锅炉后进窑头收尘。AQC锅炉的作用为生产2.5MPa饱和蒸汽经过热器过热后供汽轮机发电用；生产0

36、.25MPa饱和蒸汽用于锅炉给水除氧及汽机补汽；生产的热水进入除氧器除氧(同时作为0.25MPa蒸汽段的给水)，除氧后的水由锅炉给水泵为SP炉、AQC炉2.5MPa蒸汽段供水。由于占地面积与锅炉热效率要求，结构上采用模块立式布置，锅炉出口废气温度控制范围为90100左右。锅炉设计时应考虑水泥窑熟料冷却机废气对余热锅炉的严重磨损特性，同时注意漏风、防磨、防堵等措施。5.7 SP锅炉在系统中的作用水泥窑窑尾废气经SP低温余热锅炉后进窑尾收尘。SP锅炉的作用为生产2.5MPa饱和蒸汽经窑头熟料冷却机低温余热过热器过热后供汽轮机发电用。由于占地面积与锅炉热效率要求，结构上采用立式布置，锅炉出口废气温度

37、控制范围为195210左右。锅炉设计时应考虑水泥窑余热锅炉的特性，注意漏风、防磨、防堵等措施。对于随季节变化，要求的烘干温度差异比较大的地区，可考虑锅炉增设低压段调节，以最大限度的利用余热。5.8 窑头余热锅炉设计要点窑头烟气中灰颗粒硬，受热面的防磨问题；锅炉设计时要考虑窑头烟气变化大的问题；可以接受的积灰保证有效换热。可靠的密封结构，尽可能减少漏风，减少热损失，减轻对水泥窑生产的影响。合适的烟气侧阻力，可接受的动力消耗。5.9 AQC锅炉结构特点立式自然循环，从上而下布置2.5MPa段蒸发管、2.5MPa段省煤器、0.25MPa段蒸发管、热水器。蒸发管、省煤器、热水器均与框架一起组成各自独立

38、管箱，组装出厂。受热面管采用螺旋绕翅管。锅炉内护板密封结构减少漏风。绕翅管的设计结构：翅片节距、翅片高度、翅片厚度与防磨性能。翅片节距、翅片高度、翅片厚度与扩展面积、传热效果和经济性。蒸发器绕翅管规格为51X3.5，翅片节距为6.25mm，高度为24mm，厚度为1.2mm。其它部件绕翅管规格为38X3.5，翅片节距为6.25mm，高度为21mm，厚1.2mm。管材采用20/GB3087,翅片采用08AL。防磨设计锅炉AQC锅炉的防靡设计是关鍵,设计时，选取较低烟气流速，低于5m/s；烟气进口变径烟道，设有烟气均流装置,采用小螺距高绕翅片管。管组内设有隔板、导流板，减少烟气流动不均匀密封设计水泥

39、窑余热锅炉的运行工况对锅炉的密封设计提出更高要求；负压高，要采取可靠结构密封；漏风量大会造成水泥窑运行不稳定；漏风量大会造成余热锅炉效率降低；采用管箱组装出厂，优良的制造质量保证。采用内护板密封，所有密封焊在厂内进行密封试验检查,集箱采用内置式,确保漏风率低于1%。保温设计水泥窑余热锅炉要充分利用余热，对锅炉的保温设计提出更高要求；采用轻型护板炉墙；材料采用硅酸铝纤维板；保温层厚度为160mm；在环境温度为25时，护板外表面温度低于40。窑尾烟气中灰尘浓度大，可靠防积灰措施。负压大，必须采用可靠的密封结构，尽可能减少漏风，减少热损失，减轻对水泥窑生产的影响。合适的烟气侧阻力，可接受的动力消耗锅

40、炉结构特点：立式自然循环，从上而下布置蒸发管、省煤器。蒸发管、省煤器均采用悬吊结构。光管蛇形管组的结构解决了管束受热膨胀。锅炉内护板密封结构减少漏风。采用内置式集箱，大大减少了穿墙管。采用机械振打，一种节能、连续清灰方式。水泥窑余热锅炉的运行工况对锅炉的密封设计提出更高要求；负压更高，要采取可靠结构密封；漏风量大会造成水泥窑运行不稳定；漏风量大会造成余热锅炉效率降低。采用内置式集管，大大减少了穿墙管的漏风,通风梁、管箱等采用金属膨胀节密封,机械掁打穿墙处采用柔性密封,确保漏风率低于2%。立式窑尾锅炉采用自然循环水平蒸发受热面的结构形式；对所有参数均进行水动力计算，考虑锅炉钢耗、占用空间、锅炉基

41、础投资等经济指标，确保循环高度提供足够的自然水循环动力；根据合理的含汽率和质量流速确定水平蒸发管的管径和安全可靠的循环倍率，高循环倍率可强化传热；同等的受热面根据布置空间尽量增加管圈数，可减少沿程管子总长和质量含汽率降低流阻；最低循环高度处蒸发管采用倾斜布置，防止蒸发面发生传热危机和汽水分层，强化传热提高热效率；采用大口径下降管、引出管，降低自身流阻，下降管总截面fxj、引出管总截面fyc与蒸发管总截面fs比值大于0.4。蒸发管循环流速满足带走管内污垢的流速Wo0.4m/s，确保锅炉的安全可靠。ASH过热器设计要点窑头烟气中灰颗粒硬，受热面的防磨问题；锅炉设计时要考虑窑头烟气变化大的问题；可以

42、接受的积灰保证有效换热；可靠的密封结构，尽可能减少漏风，减少热损失，减轻对水泥窑生产的影响；合适的烟气侧阻力，可接受的动力消耗；ASH过热器的结构特点：ASH过热器采用立式布置,受热面采用合金螺旋翅片管。管子弯头、集箱布置在烟道外，不会磨损。整体组装出厂。漏风的影响：理论上漏风率由2增加到3，锅炉蒸发量下降0.8%左右。实际在锅炉投运后，由于漏风点位置、漏风集中等原因，当漏风率由2增加到3，锅炉蒸发量下降远远大于0.8%灰浓度对锅炉蒸发量的影响灰浓度高易使受热面积灰，影响传热效果，锅炉投运后，表现在蒸发量下降，排烟温度上升。灰浓度高，灰所带进的热量也高。对于窑尾锅炉，采用了机械振打清灰，减轻了

43、高灰对传热的影响，灰浓度每增加20g/Nm3，锅炉蒸发量增加0.9%1%。锅炉运行时压力参数变化的影响对于额定蒸汽压力2.45MPa的余热锅炉，如按2.0MPa压力运行，产汽量将上升2%左右，过热蒸汽温度将下降约12，同时过热器和省煤器中介质平均流速都有较大幅度提高。为适应运行时压力参数的变化，受热面布置应遵循“上多下少”的原则，即：充足的过热器(过热蒸汽温度应比额定温度高12)；适当的蒸发器；较少的省煤器或不布置省煤器。温度参数变化对部件设计的影响水泥窑头烟气温度上下变化幅度很大，也很频繁，当烟气温度升高时，余热锅炉产汽量随之上升，为控制汽水阻力在一个合理的水平，在布置过热器和省煤器时应考虑

44、比较低的介质平均流速(这样考虑对锅炉降压运行也有好处)。采用大直径汽包，增加水容量，减轻水位的波动。按可能的最高进口烟气温度选用合适的材质，按可能的最大蒸发量确定锅炉安全阀等。系统设计压力的比较目前水泥窑纯低温余热锅炉代表性的设计压力有2.45MPa、1.25MPa、0.8MPa三种，以1.25MPa最为普遍。不同设计压力的余热锅炉，在结构上并没有显著的差异，但由于窄点高低不一，在蒸汽段省煤器的布置上有所不同：2.45MPa锅炉布置较多省煤器；1.25MPa锅炉布置较少或不布置省煤器；0.8MPa锅炉基本不布置省煤器。对于进出口烟气条件相同余热锅炉，配置不同的设计压力，主蒸汽焓值相差不大。但压

45、力越高，从热力学角度看，做功效率会有所提高，如果要确定合理的蒸汽压力参数，还需考虑到系统配置、投资成本等方面。易世达水泥余热发电系统特点：采用最高发电量的双压发电系统。窑头取风口开在较高温度区域，系统采用2.45MPa压力参数，锅炉吸热量大，发电效率高。对水泥窑余热条件的变化的适用性好；采用独立的过热器，方便调整过热汽温。纯低温余热发电技术的拓展应用：纯低温余热发电技术近几年在水泥行业得到了广泛的推广应用，但在玻璃窑等其它建材行业，纯低温余热发电技术未得到广泛应用，还处于起步阶段。通锅利用自己在水泥低温余热利用方面所取得的成果与经验，对玻璃窑、钢铁烧结、石灰窑、硅铁炉余热利用技术做了深入的研究

46、。在三峡新材，一条450t/d、两条600t/d浮法玻璃线余热锅炉已投入使用，成功并网发电。在济钢、淮钢，烧结余热锅炉投入运行，并网发电。2009年六月，中标国内首个硅铁炉余热发电项目。6 余热发电运行中的电气问题6.1 阀门的控制问题投产后发现，由于设计保守，产汽量有较大富余，不得不调节旁通阀来控制烟气进入锅炉的流量，以控制锅炉的产汽量，使发电量在一个安全范围。经过几个月的调试与磨合，电站与水泥线中控达成共识，余热发电系统只完全控制窑头冷风阀，其他均电话通知窑操，由窑操根据水泥线控制参数来进行操作。这样既不影响水泥线的正常生产又使得电站能安全运行。6.2 高温风机的频繁跳闸问题2005年10月份，高温风机开始频繁跳闸。每次跳闸后都能开启，正常运行，但每隔56h过流一次。对水泥线高温风机电流趋势观察发现，每隔12h就有一个小的电流尖峰，其他时候电流平稳，但跳闸前的电流过流时间稍长。结合这个现象，我们判断可能是粉尘料在某个地方堆积，在一定时候突然剥落，大量粉尘料进入风中，造成高温风机过流。我们首先改进窑尾锅炉振打装置的控制方法，从下而上分层间隔启动振打装置，来避免塌料。改进后，间隔12h的尖峰电流消失了。又对余热发电烟气管道施工图进行分析，判断大股堆积料应该在窑尾旁通阀到锅炉进口阀这一段，当粉尘堆积过多时旁通阀（蝶阀）已不能严