水泥窑余热发电技术创新(南京凯盛院宋纪元)

第六届余热发电国际峰会报告水泥窑余热发电技术创新南京凯盛开能环保能源有限公司主讲人介绍加照片宋纪元•南京凯盛水泥设计研究院余热发电设计研究所所长•南京凯盛开能环保能源有限公司总经理•18年中低温余热发电行业经验现有水泥窑余热发电系统及窑头余热锅炉存在的不足1.窑头余热锅炉的过热蒸汽较窑尾余热锅炉的温度高，两者直接混合，该混合过程存在火用损失，降低了蒸汽的做功能力；2.窑头余热锅炉前需要布置一个或多个外置独立沉降室，窑头余热锅炉系统的阻力较大，窑头排风机的功率增加（甚至要求更换窑头排风机）；系统散热损失较大；3.窑头锅炉换热管束磨损严重。steamflowwaterflowsmokeflowmaterialflowAQCAQCboilerfeedwatepumpcirculatepumpSPSPboilersteamturbinegeneratorcoolingtowerhotwellcondenserfanchimneyclinkercoolercoolingwindrotarykilnmillingcoallifterseparatorrawmaterialmillcrusherhumidtowderfanchimneysettlementroomdustcatcheradmixedsteamandwater图1现有水泥窑纯低温余热发电系统流程图图2带有外置独立沉降室窑头余热锅炉的立面图水泥窑余热发电技术创新•水泥窑余热发电热力系统优化•窑头余热锅炉的结构优化开发•蒸汽产量最大化•合适的汽包压力•尽可能高过热度•余热资源梯级利用水泥窑余热发电热力系统优化原则水泥窑余热电站设计原则•可靠性、自动化、操作方便。。。•不影响水泥熟料产量，不增加水泥热耗。。。水泥窑余热发电热力系统优化实践将窑尾余热锅炉产生的低温过热蒸汽送入窑头余热锅炉，在窑头余热锅炉设置公共过热器（再热器），将混合蒸汽（来自窑头、窑尾余热锅炉的低温过热蒸汽）进一步加热，提高主蒸汽过热度，然后进入汽轮机发电。我公司提出两种热力系统优化方案，分别见图3和图4steamwatersmokematerialAQCboilerfeedwatepumpcirculatepumpSPSPboilersteamturbinegeneratorcoolingtowerhotwellcondenserfanchimneyclinkercoolercoolingwindrotarykilnlifterseparatorrawmaterialmillcrusherhumidtowderfanchimneydustcatcheradmixedsteamandwater图3下进风式窑头余热锅炉水泥窑纯低温余热发电系统流程图steamwatersmokematerialAQCboilerfeedwatepumpcirculatepumpSPSPboilersteamturbinegeneratorcoolingtowerhotwellcondenserfanchimneyclinkercoolercoolingwindrotarykilnlifterseparatorrawmaterialmillcrusherhumidtowderfanchimneydustcatcheradmixedsteamandwaterdustcatcher图4双侧下进风式窑头余热锅炉水泥窑纯低温余热发电系统流程图窑头余热锅炉的结构优化开发开发的目的：•从机理上解决窑头余热锅炉磨损问题；•减小窑头余热锅炉系统阻力；•简化烟风管道系统，降低投资。开发的思路：•集成化、一体化•打破常规1、窑头余热锅炉内置沉降室。2、废气出沉降室后，自下往上通过受热面。3、进入锅炉受热面之前，布置均流装置和防磨“假管”。窑头余热锅炉开发的关键技术≥200≥150≥100≥50≥25≥10≥5020406080100进口粉尘粒径分布，%粒径d，um图5窑头废气的粉尘粒径分布颗粒粒径主要分布在80-100μm的范围。通过锅炉底部内置沉降室，粉尘颗粒分离效率不小于70%。特点：低阻力低温损磨损小图6下进风式自带沉降室的窑头余热锅炉结构示意图图7下进风式、自带沉降室窑头余热锅炉的现场实拍工程照片图8下进风式窑头锅炉蒸发器受热面积灰的现场照片窑头余热锅炉的创新点废气从下往上流动，降低废气在窑头余热锅炉内的流速，废气中携带的粉尘颗粒在上升的过程，受到惯性力和颗粒自身重力的作用，颗粒速度逐渐较小，达到了分离粉尘颗粒的效果，有效地减少了窑头余热锅炉受热面迎风侧的积灰，同时减少粉尘颗粒对锅炉受热面的管束的冲击磨损。窑头余热锅炉与粉尘颗粒分离装置一体化，取消外置式沉降室，简化了烟气管道，减少了占地面积，节省了初投资费用。窑头余热锅炉取消外置式沉降室，改为自带沉降室的窑头余热锅炉，减少了窑头余热锅炉系统的阻力，系统总阻力小于800Pa，基本上不需要改造窑头排风机，同时减少了余热发电系统的运行成本。窑头余热锅炉入口处布置了2-4排“假管”和均流装置，有效防止前几排受热面因废气的冲刷而造成的磨损。计算机数值模拟试验研究的项目建立物理模型建立数学模型建立实验模型计算机求解中试高倍数放大实验结果图9计算机辅助开发方法示意图（1）布置导流板和均流板网格数：336457（2）未布置导流板和均流板网格数：278852图10窑头余热锅炉内置沉降室的计算模型图11下进风式窑头余热锅炉内置沉降室内的流场分布图（1）布置导流板和均流板（2）未布置导流板和均流板（1）布置导流板和均流板（2）未布置导流板和均流板图12下进风式窑头余热锅炉内置沉降室内的阻力分布图下进风式窑头余热锅炉的布置技术创新小结（1）窑头设置公共过热器，实现余热资源的梯级利用，提高主蒸汽参数，提高余热回收系统发电能力。（2）内置沉降室下进风窑头余热锅炉，减少（避免）锅炉换热面磨损，提高锅炉使用寿命；节省投资；减少系统阻力，减少运行成本。谢谢！