纯低温水泥余热发电系统介绍(培训教材)(详细)

涞水冀东水泥纯低温水泥余热发电系统介绍（培训教材）宁国水泥厂余热发电处二○○六年元月前言（略）目录第一章纯低温水泥余热发电系统概述1—1水泥余热发电技术应用的背景1—2水泥余热发电技术发展的历程1—3纯低温水泥余热发电系统工艺流程1—4纯低温水泥余热发电热力设计特点1—5纯低温水泥余热发电系统对水泥生产系统的影响1—6纯低温水泥余热发电经济效益和社会效益第二章纯低温水泥余热发电工艺流程主要系统介绍2—1余热锅炉系统2—2汽轮机组系统2—3闪蒸器系统2—4冷却水系统2—5冷凝给水系统2—6化学水处理系统第三章余热锅炉概述3—1余热锅炉基础知识3—2余热锅炉的分类与内部结构3—3余热锅炉参数与技术经济指标3—4余热锅炉控制与联锁保护3—5余热锅炉水循环及汽水分离3—6余热锅炉的水处理3—7余热锅炉常见故障及处理第四章汽轮机概述4—1汽轮机工作原理与分类4—2凝汽式汽轮机内部结构4—3凝汽式汽轮机调节系统4—4凝汽式汽轮机运行及常见故障处理第五章发电机概述5—1发电机工作原理5—2发电机基本构造5—3发电机励磁系统5—4发电机的运行、监视第六章发电机的并列6—1水泥余热发电的电气主接线及接入系统6—2发电机并列操作的意义6—3准同期并列的基本原理6—4发电机常见故障及处理第七章余热发电的继电保护7—1继电保护的基本原理7—2发电机的继电保护第八章余热发电高低压电气设备8—1高压电气设备8—2高压电气设备的联锁8—3低压配电系统8—4高低压电气设备的常见故障及处理第九章电气设备的试验9—1一次设备试验的目的和要求9—2试验的分类9—3绝缘介质的特性9—4绝缘电阻的测量9—5直流高压试验9—6电气设备的特性试验第十章余热发电自动化控制系统10—1余热发电的基本控制思想10—2余热发电的自动化设备10—3余热发电的自动化设备常见故障及处理第一章纯低温水泥余热发电系统概述第一节水泥余热发电技术应用的背景我国是世界水泥生产大国，据中国水泥协会统计，2004年，我国水泥产量为9.4亿吨，约占全球水泥总产量的40%。但我国水泥工业却“大而不强”，突出问题是耗能高、污染重。在能源消耗方面，我国吨水泥的平均综合煤耗约为159kg（标准煤），而国际先进水平约为110kg，仅此一项，我国水泥工业每年多消耗的煤炭约为5000万吨。与此同时，由于节能技术、装备水平的限制和节能意识影响，在水泥生产过程中，仍有大量的中、低温废气余热资源未能被充分利用，能源浪费现象仍然十分突出。在新型干法水泥企业，由窑头熟料冷却机和窑尾预热器排出的350℃以下废气，其热能大约为水泥熟料烧成系统热耗量的30％，造成了巨大的能源浪费，在我国能源日益紧张、环境负荷不断加重的情况下，迫切需要改变这一状况，切实提高能源的综合利用效率，开发利用水泥生产过程中的废气余热资源，实现变废为宝将受到各方面的高度重视。纯低温余热发电技术，即是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。从而不仅大大提高了水泥生产过程中能源的利用水平，对于保护环境，提高企业的经济效益，提升产品的市场竞争力，起到了巨大的促进作用。同时该项技术的开发应用，完全符合我国的可持续发展战略。从国家的产业政策来看，早在1996年国务院曾以国发[1996]36号文批转国家经贸委等部门《关于进一步开发资源综合利用意见》的通知，《意见》明确指出：“凡利用余热、余压、城市垃圾和煤矸石等低热值燃料及煤层气生产电力、热力的企业，其单机容量在500kW以上，符合并网条件的，电力部门都应允许并网……，单机容量在1.2万kW以下（含1.2万kW）的综合利用电厂，不参加电网调峰……”。《国家发展改革委办公厅关于组织申报节能、节水、资源综合利用重大项目和示范项目以及现役火电厂脱硫设施设备选项目的通知》（发改办环资［2004］906号），明确重点支持钢铁、有色、石油石化、化工、建材等高耗能行业节能技术改造，水泥中低温余热利用就列在其中，可见，利用水泥余热进行发电，国家在政策和法规上是扶持和大力提倡的，该技术的开发应用完全符合国家的产业政策。新型干法水泥生产技术在我国经历了一个逐步完善提升的发展过程。近年来，新型干法水泥生产技术在应用中不断提升，尤其是海螺集团，在工艺系统优化、自动控制、投资成本、生产规模、劳动生产率和环境保护等生产技术和装备方面，已赶上甚至领先国际先进水平，只是在可燃废料替代率和生产用电自供率方面，与发达国家相比，还存在一定的差距。近两年来，我国经济发展水平持续高扬，电力需求增长迅猛，电能供应紧张，国家对工业企业节能提出了更高的要求，尤其是对高耗能产业，要求最大限度地回收利用余热，降低能耗，节约能源，实现经济可持续发展战略。因此，随着水泥市场竞争的日益激烈与残酷，充分利用窑系统排放废气进行余热发电，提高工厂生产用电自供率，降低水泥生产成本，提高产品的性价比，从而占领和扩大水泥市场份额，保持企业可持续发展，是大型水泥企业当前及今后可供选择的技术之一。第二节水泥余热发电技术发展的历程水泥窑余热发电技术的发展大致经历了中空水泥窑余热发电技术、带补燃炉的预分解窑余热发电技术和当前的纯低温水泥窑余热发电技术三个阶段，每个阶段的发展都与同时期的水泥发展技术、企业需求、国家产业政策、环境要求等因素息息相关，密不可分。1、中空水泥窑余热发电技术利用500t/d、700t/d中空窑余热发电的技术，最早出现在我国上世纪的二、三十所代，尽管其技术装备落后、热力系统简单，但在当时我国总体工业极端落后，电力供应贫乏的条件下，基本保证了当时水泥厂生产运行的需要，为我国水泥工业的发展和壮大奠定了一定的技术基础。新中国成立后，随着我国工业技术基础的逐步提高，国民经济的全面恢复和对水泥生产的需求增长，促进了带有余热发电的中空窑水泥生产技术的进一步提高。改革开放之后，我国的国民经济得到了突飞猛进的发展，但同时也出现了电力供应严重紧张的局面，使得具有余热发电技术及装备的中空窑水泥生产线得到了进一步的推广和应用。但由于理论分析不足，余热回收的主要设备——余热锅炉存在着严重的漏风、堵灰和效率不高等问题。中空水泥窑余热发电技术已有80多年的历史，我国水泥窑余热发电技术起源于二十世纪三十年代东北及华北地区建设的若干条中空窑配套的高温余热发电系统，很长一段时间内随着小水泥在全国范围的“遍地开花”，中空水泥窑余热发电技术也随之“扎根落户”，得到了较快的发展。其水泥窑废气温度为800℃～900℃、熟料热耗为6700KJ～8400KJ/kg，所配套的高温余热发电系统的发电能力为每吨熟料100kW～130kW。二十世纪八十年代后期，由于新型干法水泥技术的迅猛发展，中空窑等落后生产工艺的高能耗、低产量等劣势凸显，已逐步被淘汰，其中空水泥窑余热发电技术同样也少有发展的空间与意义。2、带补燃炉的预分解窑余热发电技术带补燃炉的预分解窑余热发电技术已发展了10多年，主要是为解决水泥厂供电紧张而设置。利用窑头窑尾废气余热生产出低压蒸汽或高温水，再经补燃锅炉加温加压，提高蒸汽品质，可发出更多的电能，以满足水泥生产用电需要。补燃锅炉能燃用劣质煤、煤矸石，综合利用了资源。但增设补燃锅炉而多发出的电能部分，与大容量的高温高压蒸汽发电（火电厂）相比，其单位电能煤耗要高40%以上，是不经济的，环境污染也较明显，环保措施难以跟上，同时由于国家产业政策调整、环保要求及煤资源供应日趋紧张，故带补燃炉的预分解窑余热发电技术受到很大局限，未能大范围的推广与应用。带补燃炉的水泥中、低温余热发电技术，是回收利用水泥生产线低温废气余热的同时，配置一台标准的循环流化床锅炉，燃用发热量小于3,000kcal/kg以下的劣质煤（煤矸石）进行发电或热电联供，循环流化床锅炉所产生的灰渣全部回用于水泥生产，起到了资源综合利用的效果。但是企业往往一味地追求经济效益，水泥余热回收效率得不到应有的重视，实际运行的情况类似于小火电。因此国家对于带补燃炉的余热发电技术不在产业政策的鼓励范畴，推广应用的意义不大。3、纯低温水泥窑余热发电技术纯低温水泥窑余热发电技术是直接利用窑头窑尾排放的中低温废气进行余热回收发电，无需消耗燃料，发电过程不产生任何污染，是一种经济效益可观、清洁环保、符合国家清洁节能产业政策的绿色发电技术，具有十分广阔的发展空间与前景。第三节纯低温水泥余热发电系统工艺流程纯低温水泥窑余热发电技术是直接利用窑头窑尾排放的中低温废气进行余热回收发电，无需消耗燃料，发电过程不产生任何污染，是一种经济效益可观、清洁环保、符合国家清洁节能产业政策的绿色发电技术，具有十分广阔的发展空间与前景。工艺流程（见附图）:余热电站的热力循环是基本的蒸汽动力循环，即汽、水之间的往复循环过程。蒸汽进入汽轮机做功后，经凝汽器冷却成凝结水，凝结水经凝结水泵(150A/B)泵入No.2闪蒸器出水集箱，与闪蒸器出水汇合,然后通过锅炉给水泵(230A/B)升压泵入AQC锅炉省煤器进行加热,经省煤器加热后的高温水(223℃)分三路分别送到AQC炉汽包,PH炉汽包和No.1闪蒸器内。进入两炉汽包内的水在锅炉内循环受热,最终产生一定压力下的过热蒸汽作为主蒸汽送入汽轮机做功.进入No.1闪蒸器内的高温水通过闪蒸原理产生一定压力下的饱和蒸汽送入汽轮机后级起辅助做功作用，而No.1闪蒸器的出水作为No.2闪蒸器闪蒸饱和蒸汽的热源，No.2闪蒸器闪蒸出的饱和蒸汽同样送入汽轮机后级辅助做功。做过功后的乏汽经过凝汽器冷凝后形成凝结水重新参与热力循环。生产过程中消耗掉的水由纯水装置制取出的纯水经补给水泵(511)打入热水井(凝汽器140)。水泥厂余热资源的特点是：流量大，品位较低。以宁国水泥厂4000t/d生产线为例，PH（预热器）和AQC（冷却机）出口废气流量和温度分别为258550Nm3/h、350℃和306600Nm3/h、238℃，余热发电便是充分利用这两部分余热资源进行热能回收。1）热力系统整个热力系统设计力求经济、高效、安全，系统工艺流程是由两台高效余热锅炉AQC、PH锅炉、两台高低压闪蒸器和一套汽轮发电机组组成，辅之以冷却水系统、纯水制取系统、锅炉给水系统及锅炉粉尘输送系统。余热锅炉内进行热交换产生压力为25kg/cm2、温度为335℃～350℃、额定蒸发量为31.1t/h的过热蒸汽通入汽轮机，进行能量转换，拖动发电机向电网输送电力。（1）采用凝汽式两点混汽式汽轮机。凝汽式是指做过功的蒸汽充分冷凝成凝结水，重新进入系统循环，减少系统补充水量。混汽式是指汽轮机除主蒸汽外，另有两路低压饱和蒸汽导入汽轮机做功，从而提高汽轮机相对内效率，提高发电机输出功率。（2）设置具有专利技术、高热效率的余热PH锅炉，采用特殊设计的机械振打装置进行受热面除灰，保证锅炉很高的传热效率。（3）应用热水闪蒸技术（高压热水进入低压空间瞬间汽化现象），设置一台高压闪蒸器和一台低压闪蒸器，一方面将闪蒸出的饱和蒸汽导入汽轮机做功，进一步提高汽轮机做功功率，另一方面形成锅炉给水系统循环，可以有效地控制AQC炉省煤器段出口水温，保证锅炉给水工况稳定。（4）由于PH出口废气还要用于原料烘干，所以PH锅炉无省煤器，只设蒸发器和过热器，控制出炉烟温在250℃，仍可满足水泥生产线工艺需求。（5）采用热水闪蒸自除氧结合化学除氧的办法进行除氧，不另设除氧器，减少了工艺设备，简化了工艺流程。（6）热力泵均采用一用一备双系列。在运行泵出现故障时，备用泵自动投入使用，保证了发电系统安全、稳定运行。第四节纯低温水泥余热发电热力设计特点选择设计出针对新型干法预分解窑纯低温余热发电技术的热力系统的基本原则：力求简单合理、稳定安全、经济高效，尽最大限度回收热能并转化为电能，且尽可能实现窑、发电系统“互补互利”，发电系统能够长期稳定运行的控制思想。主要原则、指导思想：1、水泥生产企业中水泥生产是主业，余热发电是辅业，因此余热电站热力系统设计应以不影响水泥生产为原则；2、余