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3纯低温余热发电技术简介
3.1基本原理
30℃左右的软化水经过除氧器除氧后,经水泵加压进入窑头AQC锅炉省煤器,加热成190℃左右的饱和水;饱合水分成两部分,一部分进入窑头AQC锅炉汽包,另一部分进入窑尾SP锅炉汽包;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,汇合后进入汽轮机做功,做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再进行下一个热力循环。窑尾SP锅炉出口废气温度为220℃左右,用于烘干生料。
3.2技术特点
火力发电厂为了提高发电效率,节省燃料,不断向高温、高压方向发展,目前已在研究试验超临界参数的发电技术。而纯低温余热发电则完全不同,其热源品位低,不需要任何补燃,直接利用水泥企业向大气中排放的中低温的废气余热来发电,因此所采用的技术和设计原则与常规的火力发电截然不同。而且,水泥工业的废气与其他行业的可利用废气也还具有不同的特点:
(1)废气品位低,工况波动大。通常窑头废气温度为250~350℃,窑尾废气温度为320~400℃。废气参数常有波动。由于回转窑和窑尾系统热容量大,热惯性强,废气参数相对稳定,温度波动通常可控制在15℃以内;但窑头篦冷机的热惯性则较弱,对窑况的变化较为敏感,窑头废气参数波动大,温度波动可达100~150℃。尤其是在换热效果差的老式篦冷机上,这一点表现得更为明显;
(2)废气含尘浓度大、磨蚀性强。窑尾废气含尘浓度约60~80g/Nm3,粉尘较黏;窑头废气含尘浓度约30~40g/Nm3,粉尘磨蚀性强;
(3)系统可利用余热通常由窑头、窑尾两个点提供;
(4)系统流程复杂,设备配置要求高。
3.3主机选型
可靠的国产主机设备是实现国产化余热发电技术的前提,系统的设计也是基于有可靠的主机设备作保障。在纯低温余热发电领域,国内的设备厂家经过多年的研究,已经开发出能够适用于水泥厂纯低温余热发电的相关设备。从已经建成的全国产化余热发电项目来看,运行情况基本良好。主机设备的选型原则如下:
(1)AQC锅炉为立式锅炉,采用自然循环或强制循环方式,锅炉前面设置沉降室或旋风筒除尘,避免熟料颗粒影响传热和磨损,换热管为螺旋鳍管;SP锅炉为立式锅炉(进口锅炉为卧式锅炉),自然循环或强制循环方式,换热管为光管,采用机械振打清灰。余热锅炉一直是水泥行业余热发电的关键设备,这在引进生产线中也反映出这一点。其关键在于针对废气特点:如窑尾废气中含尘浓度高,粉尘附着力强;窑头废气含尘浓度相对较低,但熟料粉尘磨蚀性强。采取相应措施,确保系统有效清灰和高效率的热交换,管线设计中避免粉尘堆积和管线磨损。从宁国、柳州及金山的运行情况看,SP余热锅炉的清灰还是机械振打效果好;万年采用超声波、压缩空气以及蒸汽吹扫进行清灰,效果均不好,影响系统正常运行。而在窑头AQC锅炉前,则需要增设沉降室或旋风筒进行预收尘处理。通过设计院和锅炉供货商的共同努力,现在已成功研制了性能可靠的余热锅炉。由于废气的特性,水泥行业余热锅炉的体积、质量都相对较大。
(2)汽轮机采用凝汽式汽轮机或补汽凝汽式汽轮机,发电机采用空冷式发电机。凝汽式汽轮机运转可靠,但效率相对较低;补汽式汽轮机是发展的方向,但采用国产补汽式汽轮机的金山水泥厂使用效果欠佳,它是将原抽汽凝汽式汽轮机的抽汽口改为补汽口,加之窑头废气工况波动大,设备运行不稳定,补汽常补不进去。现工厂已将此补汽口关闭。补汽凝气式汽轮机的性能还需进一步改善和提高。
3.4系统设计
水泥厂烧成系统的运行状况是其配套余热发电系统的基础,对此,我们必须引起充分的重视。
根据水泥厂废气的特点,在项目建设前期,就必须对水泥厂能源消耗和余热状况进行客观地综合分析,在此基础上,进行余热发电系统热力系统计算和方案比较,选择最适宜的热力系统流程、配套最经济的余热锅炉及发电机组。
由于燃、原料的变化和操作水平的差异性,相同规模烧成系统所产生的废气参数在不同工厂的运行中具有一定的差异性,尤其是窑头废气参数波动相对较大。新建生产线配套余热发电系统时,一定要对同规模的生产线的实际操作参数做详细调查;已有生产线新增余热发电系统时,更应结合现有生产数据,在热工标定的基础上,切实掌握余热的参数,再确定系统流程、发电规模,选配适当的余热锅炉和发电机组,达到最大限度利用余热的目的。切忌照搬照套,有针对性的设计,方可使企业和社会获得最大效益。同时要求余热电站在正常运行时不能影响原水泥生产线的正常生产。
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