关于纯低温余热发电技术的研讨
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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。
关键词:纯低温余热;发电技术
一、纯低温余热发电的重要性
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100～115kg),而且还要消耗大量的二次能源――电力(每吨水泥约消耗90～115kwh),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。
二、纯低温余热发电的工作原理
纯低温水泥余热发电过程是将水泥生产的预烧成过程中产生的废气由余热回收锅炉进行热回收,再由蒸汽轮发电机进行发电。
1、纯低温余热发电系统
AQC及ASH锅炉余热资源。窑头锅炉为AQC和ASH锅炉,由于原冷却机出口的废气温度多在300℃左右,这种温度下的热量品位很低,很难进行动力回收,因此设计时需要根据水泥窑配风情况确定取风位置,使进入AQC炉及ASH炉的废气热源品位提高。AQC锅炉出口约100℃的废气经窑头电收尘处理后,由窑头排风机排入大气。
为了充分利用窑尾废热资源、不更多地增加系统阻力,使窑尾风机的负荷增加在能力范围内,并且保证窑尾电收尘的收尘效果。出预分解系统废气经窑尾SP锅炉再由高温风机分三路排出,一路送至窑尾收尘器,并在此管道上再分风至生料磨系统作为该系统烘干介质,一路送至增湿塔。系统废气由窑尾电收尘净化后由主排风机、烟囱排入大气。收尘器、及SP锅炉回灰由链运机送至入均化库提升机入库。出预分解系统废气经SP锅炉产生蒸汽供发电。
2、余热发电工艺及设备配置方案
(1)工艺流程
余热发电作为能量转化过程,将通过SP余热锅炉和AQC余热锅炉的水,与生产线排放的废气进行热能交换,使水转化为饱和蒸汽,再由ASH锅炉过热至满足汽机运行要求的蒸汽品质后通过蒸汽管道导入蒸汽轮机,在汽轮机中热能转化为动能,使汽轮机转子高速旋转,驱动发电机转动,从而转化为最终的产品――电能。
(2)热力系统构成
余热发电采用二炉一机的布置方式,在窑头篦冷机旁就近露天布置AQC和ASH余热锅炉,AQC锅炉产生饱和蒸汽;在窑尾预热器旁布置SP余热锅炉,同样产生饱和蒸汽,饱和蒸汽混合后经ASH过热后将过热蒸汽通过蒸汽母管送入汽轮机,由汽轮机带动发电机发电。
(3)车间布置
A.汽轮发电机厂房:汽轮发电机厂房结构为三层,凝结水泵、锅炉给水泵、疏水泵、油泵、凝汽器、射水抽气器、冷油器等布置于一层,汽轮机、发电机及主控室等布置在二层,除氧器置于在三层。
B.SP余热锅炉:窑尾SP余热锅炉布置在烧成窑尾框架附近,采用露天布置,运行平台上布置SP余热锅炉本体、值班室及汽水取样器等。
C.AQC余热锅炉、AQC-SH余热过热器:窑头AQC余热锅炉、AQC-SH余热过热器布置在窑头厂房旁边,采用露天布置。AQC余热锅炉、ASH余热过热器运行平台分别布置AQC余热锅炉和ASH余热过热器本体、汽水取样器等。
D.循环水泵房:循环冷却水塔、循环水泵站及过滤器布置在主厂房附近,厂房内布置循环水泵,加药装置等。
E.化学水处理厂房:化学水处理厂房设置在汽轮机厂房旁,厂房内布置设备有过滤器、反渗透装置、原水泵、反洗水泵、清水泵、软化水泵、水箱等。
3、主机设备选择方案
针对水泥窑外分解系统低温余热发电的废气流量大、品位低的特点,在热力系统设备的配置上采取如下措施:
(1)汽轮机型式采用补汽凝汽式汽轮机,利用来自ASH过热器的过热蒸汽和窑头窑尾锅炉产生的低压蒸汽补汽进行发电。做功后的蒸汽经冷凝器冷凝后,作为凝结水循环利用,形成蒸汽→水→蒸汽循环。
(2)设置具有较高换热效率的余热锅炉:SP锅炉、AQC锅炉及ASH锅炉,SP锅炉是利用窑尾预热器出口废气来进行热量交换,AQC锅炉则是利用冷却机中部的中温废气来进行动力回收, ASH锅炉是利用冷却机高温段废气对SP和AQC锅炉产生的饱和蒸汽进行再过热,从而使余热资源得到充分利用,。
(3)应用第二代余热发电技术:由AQC和SP锅炉产生饱和蒸汽,经ASH锅炉再过热后产生1.27～3.43MPa--340～435℃的蒸汽进入汽轮发电机发电,同时将AQC和SP锅炉产生的低压过热蒸汽对汽轮机进行补汽,从而提高能源转换效率。
(4)热水循环系统:汽轮机凝结水经凝结水泵送入疏水箱,经疏水泵为窑头AQC余热锅炉热水段、AQC低压段、SP低压段供水,AQC余热锅炉热水段生产的热水通至除氧器被除氧后,经锅炉给水泵作为AQC、SP余热锅炉中压段的给水;AQC、SP中压段生产的低压过热蒸汽混合后,以蒸汽管道输送至汽轮机房后:一部分去除氧器用于热力除氧,另一部分用于汽轮机补汽;AQC中压段生产的和蒸汽与SP中压段生产的饱和蒸汽混合后进入ASH余热过热器过热,过热蒸汽经主蒸汽管道输送至汽轮机;汽轮机做功后的乏汽通过冷凝器冷凝成水,经凝结水泵送入疏水箱,从而形成完整的热力循环系统。
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