能源問題是關(guān)系經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會穩(wěn)定和國家安全的重大戰(zhàn)略問題。節(jié)能降耗和環(huán)保已成為我國的基本國策。2006年國家節(jié)能和環(huán)保兩項(xiàng)指標(biāo)未完成，一個(gè)重要原因是缺乏有效的節(jié)能環(huán)保技術(shù)。在這種形勢下，相關(guān)單位紛紛研制開發(fā)節(jié)能環(huán)保技術(shù)，水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)就是一個(gè)既節(jié)能又環(huán)保的新技術(shù)。

 

     該項(xiàng)技術(shù)目前已得到廣泛重視。國家發(fā)展改革委員會在《節(jié)能中長期專項(xiàng)規(guī)劃》中，明確提出要在2 000 t/d以上水泥生產(chǎn)線中建設(shè)“余熱余壓利用工程”以降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化生產(chǎn)流程，控制污染物的排放，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)。因此水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)具有廣闊的市場空間，必將推動水泥行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)水泥行業(yè)的節(jié)能降耗和環(huán)保，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

 

     水泥窯余熱發(fā)電的原則就是在保證水泥生產(chǎn)線熟料質(zhì)量、產(chǎn)量穩(wěn)定且不增加熱耗的條件下，盡可能的回收利用余熱，提高噸熟料發(fā)電量。一方面要求盡可能多的回收低溫余熱，即提高余熱鍋爐效率，這需要在保證余熱鍋爐面積一定的條件下，降低蒸汽的壓力與溫度；另一方面，也要提高汽輪發(fā)機(jī)的效率，這需要提高蒸汽的壓力與溫度。要想提高整個(gè)余熱發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)的效率，就必須兼顧余熱鍋爐效率和汽輪機(jī)的效率。雙壓系統(tǒng)產(chǎn)生的高壓蒸汽可提高汽輪機(jī)的效率，同時(shí)產(chǎn)生的低壓蒸汽可提高余熱鍋爐效率，解決了二者的矛盾，最大限度提高了噸熟料發(fā)電量。本文介紹雙壓純低溫余熱發(fā)電技術(shù)在遼源金剛水泥廠的工程應(yīng)用。

 

 

     雙壓余熱發(fā)電技術(shù)就是按照能量梯級利用的原理，在同一臺余熱鍋爐中設(shè)置2個(gè)不同壓力等級的汽水系統(tǒng)，分別進(jìn)行汽水循環(huán)，產(chǎn)生高壓和低壓兩種過熱蒸汽；高壓過熱蒸汽作為主蒸汽、低壓過熱蒸汽作為補(bǔ)汽分別進(jìn)入補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)，推動汽輪機(jī)做功發(fā)電，雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)使能量得到合理利用，熱回收效率高。

 

     余熱資源參數(shù)不同，余熱鍋爐的低壓受熱面與高壓受熱面有不同的布置方式。根據(jù)遼源金剛水泥廠窯頭(AQC)和窯尾(SP)的余熱特點(diǎn)和工藝要求，經(jīng)過余熱利用后，要使AQC余熱鍋爐排煙溫度降到100℃左右。使窯尾SP余熱鍋爐排煙溫度降低到220℃左右后進(jìn)入原料磨烘干原料,其設(shè)置的雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)簡圖如圖1。

 

     雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)與常規(guī)余熱發(fā)電系統(tǒng)不同之處在于其窯頭(AQC)余熱鍋爐增設(shè)了低壓汽水系統(tǒng)，其汽輪機(jī)組在第四壓力級之后增加了補(bǔ)汽口，并適當(dāng)增大補(bǔ)汽口以后汽輪機(jī)通流部分面積。

 

     采用雙壓系統(tǒng)的主要目的是為了提高系統(tǒng)循環(huán)效率。使低品位的熱源充分利用，獲得最大限度的發(fā)電功率，降低窯頭(AQC)雙壓余熱鍋爐的排氣溫度；其次是雙壓系統(tǒng)的低壓蒸汽是過熱的，進(jìn)入汽輪機(jī)后能保證汽輪機(jī)內(nèi)的蒸汽最大濕度控制在14％以下，使汽輪機(jī)葉片工作在安全范圍內(nèi)，并提高機(jī)組的效率；同時(shí)低壓蒸汽還可用于供熱等其它需要熱源的地方，提高運(yùn)行靈活性。

 

     雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)簡單靈活、成本低、熱利用率高。由于在余熱鍋爐上增設(shè)了低壓省煤器、低壓蒸發(fā)器，并且增設(shè)了低壓過熱器，能夠把更多的低溫余熱吸收利用，比單壓系統(tǒng)多發(fā)電10%左右，并且必要時(shí)能夠解列，維持單壓系統(tǒng)正常運(yùn)行。而對于能夠增加發(fā)電量的閃蒸系統(tǒng)來說，需要增加閃蒸器、汽水分離器等設(shè)備；閃蒸器產(chǎn)生的是飽和蒸汽，在進(jìn)入汽輪機(jī)做功后，易使汽輪機(jī)排汽干度不能滿足汽輪機(jī)的要求。

 

 

 

     為了改變本地區(qū)水泥行業(yè)的落后面貌，充分利用自身的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、廉價(jià)的煤炭及電力資源，遼源金剛結(jié)合地方礦產(chǎn)資源，高標(biāo)準(zhǔn)、高起點(diǎn)建設(shè)二條5000 t/d具有五級預(yù)熱器和預(yù)分解爐的新型干法生產(chǎn)線。這對加速當(dāng)?shù)厮喈a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)升級換代，拉動當(dāng)?shù)夭傻V、運(yùn)輸和服務(wù)的發(fā)展起了很大的推動作用。

為了提高企業(yè)綜合效益，最大限度的利用水泥熟料生產(chǎn)線的窯頭、窯尾廢氣余熱，金剛集團(tuán)對國家及吉林省資源綜合利用的產(chǎn)業(yè)政策進(jìn)行認(rèn)真的學(xué)習(xí)和研究，同時(shí)對國內(nèi)現(xiàn)有的資源綜合利用電站進(jìn)行綜合調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)條件和現(xiàn)有新型干法水泥窯所產(chǎn)生的余熱及場地布置等因素，決定利用水泥熟料生產(chǎn)線窯頭、窯尾余熱資源，采用雙壓余熱發(fā)電技術(shù)建設(shè)純低溫余熱電站。

 

     由于設(shè)計(jì)時(shí)生產(chǎn)線尚未投產(chǎn)，原始廢氣參數(shù)只能根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和其它同類型線的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)取值，確定為：出窯尾預(yù)熱器SP的廢氣流量為340 000Nm³/h、溫度為320～350℃；冷卻機(jī)AQC排出廢氣量為300 000 Nm³/h、溫度為260℃，為了使窯頭AQC鍋爐產(chǎn)生參數(shù)稍高一些的蒸汽，以便與窯尾SP鍋爐產(chǎn)生的蒸汽能混合進(jìn)入汽輪機(jī)，對AQC進(jìn)行了改造，從中部開孔，抽出的煙氣量設(shè)計(jì)值為180 000 Nm³/h、溫度為350℃。

 

 

 

     根據(jù)遼源金剛水泥廠的余熱條件，結(jié)合朗肯循環(huán)原理，對能量進(jìn)行梯級利用，采用雙壓工藝熱力系統(tǒng)，可使相對高溫?zé)嵩矗?10~350℃煙氣）產(chǎn)生較高參數(shù)的蒸汽，使相對低溫?zé)嵩矗?00~210℃煙氣）產(chǎn)生較低參數(shù)的蒸汽，使能量分布優(yōu)化，提高熱力系統(tǒng)循環(huán)效率。

 

     在窯尾預(yù)熱器廢氣出口設(shè)置SP余熱鍋爐。從預(yù)熱器出來的350℃左右的煙氣從頂部進(jìn)入SP余熱鍋爐，由于其煙氣粉塵濃度高為80－100g/Nm³、粉塵顆粒細(xì)、粉塵比電阻高、粉塵硬度低等特點(diǎn)，對鍋爐受熱面的磨損不嚴(yán)重、但容易積灰，因此在SP余熱鍋爐內(nèi)設(shè)置振打除灰裝置。煙氣在鍋爐內(nèi)經(jīng)過能量交換后，溫度為220℃左右，進(jìn)入原水泥系統(tǒng)。

 

     在窯頭冷卻機(jī)廢氣出口設(shè)置AQC余熱鍋爐，采用雙壓技術(shù)。由于窯頭煙氣帶著磨損性較強(qiáng)的熟料微粒，含塵濃度為20－30g/Nm³左右，具有干燥，粉塵粒徑粗、磨損性大、粘附性不強(qiáng)等特點(diǎn)；為減輕鍋爐磨損，提高鍋爐的使用壽命，在AQC鍋爐前設(shè)置沉降室。350℃左右的煙氣從篦冷機(jī)中部抽出后進(jìn)入沉降室，在沉降室內(nèi)約有60％的灰塵沉降下來，灰塵通過拉鏈機(jī)送到水泥熟料系統(tǒng)，煙氣再從頂部進(jìn)入AQC余熱鍋爐，在鍋爐內(nèi)經(jīng)過能量交換成為溫度為100℃左右的煙氣，進(jìn)入水泥系統(tǒng)的窯頭電收塵器。

 

     余熱發(fā)電汽水系統(tǒng)流程為：給水經(jīng)高壓給水泵進(jìn)入AQC余熱鍋爐公共省煤器后，被加熱成為飽和水后，分成二路分別進(jìn)入AQC鍋爐高壓系統(tǒng)和SP鍋爐。另一路低壓給水經(jīng)低壓給水泵進(jìn)入低壓省煤器后，進(jìn)入AQC鍋爐低壓系統(tǒng)。進(jìn)入AQC高壓系統(tǒng)和SP鍋爐的水經(jīng)過鍋爐內(nèi)部循環(huán)被加熱成過熱蒸汽；進(jìn)入AQC低壓系統(tǒng)的水被加熱成低壓補(bǔ)汽 ，兩臺鍋爐的過熱蒸汽混合后和低壓補(bǔ)汽分別進(jìn)入汽輪機(jī)前端高壓進(jìn)汽口和中部低壓補(bǔ)汽口做功發(fā)電。

 

     為了保證電站事故時(shí)不影響水泥窯生產(chǎn)順利進(jìn)行，余熱鍋爐均設(shè)有旁通廢氣管道，一旦余熱鍋爐或電站發(fā)生事故時(shí)，可以將余熱鍋爐從水泥生產(chǎn)系統(tǒng)中解列，不影響水泥生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

 

      以上電站工藝系統(tǒng)特點(diǎn)，可以使電站運(yùn)行方式靈活、可靠，很好地與水泥生產(chǎn)配合，并最大限度地利用余熱。

 

 

     由于水泥線工藝布置較緊湊，現(xiàn)場空地不多，而窯尾SP鍋爐又采用立式鍋爐，所以將窯尾SP爐布置在窯尾預(yù)熱器后的高溫風(fēng)機(jī)之上。在每條線最上一級（C1級）預(yù)熱器至窯尾高溫風(fēng)機(jī)的下行管道上引出廢氣管道與SP鍋爐相連。鍋爐出口煙氣溫度在220℃左右，送到窯尾高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口的管道上，以滿足下道工序烘干原料和煤的需要。烘干原料和煤后的廢氣由原廢氣處理系統(tǒng)的收塵器凈化后排入大氣?？刂棋仩t的煙氣阻力≤1000Pa，使系統(tǒng)的阻力在窯尾高溫風(fēng)機(jī)的能力允許范圍之內(nèi)。在原預(yù)熱器出口至高溫風(fēng)機(jī)的煙道引出管道、原下行管道以及鍋爐出口管道上均增設(shè)電動百葉閥門，對氣流進(jìn)行控制和切換，原下行管道可做為鍋爐的旁通煙道。當(dāng)需要提高烘干原料和煤的煙氣溫度時(shí)，可適當(dāng)調(diào)節(jié)下行煙道調(diào)節(jié)閥，讓鍋爐出口的低溫?zé)煔夂虲1級出口直接下行的高溫?zé)煔饣旌?，提高進(jìn)窯尾風(fēng)機(jī)（原料磨）的煙溫，其調(diào)節(jié)范圍從220℃或更低直至C1級出口溫度（即煙氣一點(diǎn)不通過SP鍋爐），而且SP爐的進(jìn)口煙道閥和旁路煙道閥，正常設(shè)計(jì)在窯控制室操作，窯操可隨時(shí)根據(jù)具體情況調(diào)整，既滿足了水泥生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行，又保證了SP爐的安全。通過旁通煙道的調(diào)節(jié)作用還可使水泥生產(chǎn)及余熱鍋爐的運(yùn)行均達(dá)到理想的運(yùn)行工況。

 

     在熟料冷卻機(jī)與窯頭收塵器之間設(shè)一臺AQC鍋爐，由廢氣管道連接。為保證鍋爐正常產(chǎn)汽量，需對冷卻機(jī)進(jìn)行改造，從冷卻機(jī)中部（原煤磨抽風(fēng)處）引出管道，抽出350℃左右的廢氣送至沉降室，濾去大顆粒粉塵后再由管道引向AQC鍋爐。從冷卻機(jī)中部抽風(fēng)的目的是提高進(jìn)入AQC余熱鍋爐的廢氣溫度，提高整個(gè)系統(tǒng)的循環(huán)效率。

 

     每條線出AQC鍋爐的廢氣進(jìn)入原有的窯頭收塵器收塵后，由原有窯頭排風(fēng)機(jī)排放，冷卻機(jī)剩余的低溫余風(fēng)仍由原管路進(jìn)窯頭收塵器。原余風(fēng)管路系統(tǒng)可做為鍋爐的旁通煙道，當(dāng)鍋爐故障或水泥生產(chǎn)不正常時(shí)可關(guān)閉去AQC鍋爐的閥門，氣流可不經(jīng)鍋爐而由此旁路系統(tǒng)直接排至窯頭收塵器。在冷卻機(jī)原余風(fēng)管路上、新設(shè)的去鍋爐管路上和出鍋爐管路上均增設(shè)電動百葉閥門，以實(shí)現(xiàn)對氣流的控制和切換。鍋爐和沉降室的煙氣總阻力控制小于1000Pa，使改造后的氣體流量和壓力在窯頭排風(fēng)機(jī)的能力允許范圍之內(nèi)。

 

 

     窯尾SP余熱鍋爐管束上的積灰經(jīng)過振打裝置振下后通過螺旋輸送機(jī)送到原水泥系統(tǒng)增濕塔下面的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，與增濕塔下來的料混合后，溫度降低，對系統(tǒng)設(shè)備不會造成影響，再通過鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)送到原料庫；AQC余熱鍋爐及沉降室的積灰量清下后通過拉鏈機(jī)送到熟料輸送機(jī)，再由熟料輸送機(jī)送到熟料庫。

 

 

     循環(huán)冷卻水系統(tǒng)包括循環(huán)冷卻水泵站、冷卻構(gòu)筑物、循環(huán)水池及循環(huán)水管網(wǎng)。運(yùn)行時(shí)，循環(huán)冷卻水泵自循環(huán)水池抽水送至各生產(chǎn)車間供生產(chǎn)設(shè)備冷卻用水，冷卻過設(shè)備的水（循環(huán)回水）利用循環(huán)水泵的余壓送至冷卻構(gòu)筑物，冷卻后的水流至循環(huán)水池，供循環(huán)水泵繼續(xù)循環(huán)使用。為確保該系統(tǒng)良好、穩(wěn)定的運(yùn)行，系統(tǒng)中設(shè)置了加藥和旁濾設(shè)備。

 

     加藥系統(tǒng)采用兩套自動加藥裝置定期加入阻垢劑與殺菌劑，分別投加HEDP和ClO₂。HEDP除去水中的Ca²⁺ ,Mg²⁺等金屬離子，降低水的硬度，防止設(shè)備、管道結(jié)垢；ClO₂防止水中滋生藻類，同時(shí)可以殺菌作用。

 

 

     為了保證鍋爐給水水質(zhì)，提高供水安全可靠性考慮，建設(shè)一條一級反滲透+一級混床除鹽的除鹽水系統(tǒng)?？紤]采用一級反滲透+混床水處理系統(tǒng)的原因?yàn)椋?/DIV>