提高水泥窑纯低温余热发电能力的措施.doc

提升水泥窑纯低温余热发电能力方法

中国水泥网 [-5-27]    摘自: 杭州易达工程技术有限企业 唐金泉、 常子冈
摘要: 本文经过对现在中国新型干法水泥窑纯低温余热发电多个热力循环系统、 循环参数、 废气取热方法特点及存在关键问题分析、 比较, 结合可利用水泥窑余热实际情况, 提出了提升型水泥窑纯低温余热发电热力循环系统、 循环参数及废气取热方法。在中国水泥工业工艺及装备技术得以快速发展、 百数十条日产数千吨级大型干法水泥熟料生产线陆续投产情况下, 本文对纯低温余热发电技术工程设计、 装备开发及推广、 应用、 发展、 提升将有一定参考作用。
1、 序言
　　多年来, 伴随中国水泥工业工艺及装备技术得以快速发展, 百数十条数千吨级新型干法水泥熟料生产线（简称水泥窑）陆续投产, 为水泥窑纯低温余热发电技术及装备推广应用发明了市场条件。在这个背景条件下, 现在中国含有水泥窑余热发电工程设计、 技术开发能力数家单位, 以利用日本KHI技术及设备建设安徽宁国水泥厂、 广西柳州水泥厂纯低温余热电站为蓝本, 推出了多个水泥窑纯低温余热发电热力循环系统并已在上海万安企业1400t/d预分解窑、 江西万年t/d预分解窑上实际应用。考虑现在中国陆续投产大型水泥窑技术及装备改变并结合中国火力发电设备设计制造现实状况, 对水泥工业纯低温余热发电应采取热力循环系统、 循环参数及废气取热方法进行深入研究分析从而深入提升中国纯低温余热发电技术及装备水平、 充足合理利用余热尽而提升余热发电能力是非常必需。
2、 现在中国纯低温余热发电技术采取多个热力循环系统、 循环参数及废气取热方法特点及存在关键问题
　　现在水泥窑纯低温余热发电技术中热力循环系统组成、 循环参数及熟料冷却机、 窑尾预热器废气取热方法有以下三种:
　　其一: 不补汽式纯低温余热发电热力循环系统、 循环参数及废气取热方法, 见图1。
　　其二: 复合闪蒸补汽式纯低温余热发电热力循环系统、 循环参数及废气取热方法, 见图2。
　　其三: 多压补汽式纯低温余热发电热力循环系统、 循环参数及废气取热方法, 见图3。

图1: 不补汽式纯低温余热发电热力循环系统、 循环参数及废气取热方法

图2: 复合闪蒸补汽式纯低温余热发电热力循环系统、 循环参数及废气取热方法

图3: 多压补汽式纯低温余热发电热力循环系统及废气取热方法

2.1 上述热力循环系统、 循环参数及废气取热方法关键特点:
　　(1)仅在水泥窑窑头熟料冷却机中部设一个抽取冷却机废气抽废气口, 依据水泥窑规模不一样, 抽取废气温度在250～400℃范围内。利用抽取废气设置窑头熟料冷却机余热锅炉（简称AQC炉）, AQC炉生产0.8～1.6Mpa—饱和温度～360℃蒸汽或同时生产0.1～0.5Mpa—饱和温度至180℃低压低温蒸汽、 85～200℃热水。
　　(2)仅利用水泥窑窑尾预热器排出250～400℃废气余热设置窑尾预热器余热锅炉（简称SP炉或PH炉）, SP炉生产0.8～1.6Mpa—饱和温度至360℃蒸汽。
　　(3)将AQC炉、 SP炉生产0.8～1.6MPa蒸汽及AQC炉生产0.1～0.5Mpa蒸汽或AQC炉生产85～200℃热水经闪蒸器生产出0.1～0.5MPa蒸汽通入汽轮机再由汽轮机带动发电机发电。
2.2 上述热力循环系统、 循环参数及废气取热方法存在关键问题
　　(1)窑头熟料冷却机自冷却机入料端（热端）至出料端（冷端）, 在不影响水泥窑熟料热耗及水泥窑生产条件下, 冷却机可排掉废气温度是自热端起600℃以线性关系逐步下降至冷料端55℃。所以, 若仅在冷却机中部抽取废气, 则是将热端中高温废气与冷端低温废气混合后形成了250℃～400℃废气。因为废气温度限制, AQC炉仅能生产低压低温蒸汽及热水。这种抽取废气取热方法没有遵照热量应依据其温度进行梯级利用原理。
　　(2)窑尾预热器系统中, 在不影响水泥窑熟料热耗及水泥窑生产条件下, 可利用废气余热有两部分: 第一部分为预热器系统最终排出（即C1级旋风筒出口）250～400℃废气; 第二部分为C2级旋风筒内筒至C1级旋风筒入口450～600℃废气中水泥生产许可20～25℃温度降所含有废气热量。因为没有利用第二部分废气热量, 加之第一部分预热器系统最终排出废气温度限制, SP炉一样只能生产低压低温蒸汽。
　　(3)上述两个原因使前述水泥窑纯中低温余热发电技术: 其一, 余热只能生产低压低温蒸汽; 其二, 热力循环系统只能采取低压低温参数; 其三, 水泥窑生产系统中窑头熟料冷却机及窑尾预热器可用于发电部分400～600℃中高温废气没有得到有效利用; 其四, 前述三个原因, 使在不增加水泥熟料热耗条件下, 水泥窑废气余热发电能力未能得到充足发挥, 即余热发电量不能达成应该达成水平。
3.提升水泥窑纯低温余热发电能力方法
　　针对水泥窑可用于发电废气余热量及废气温度分布, 遵照“指导组成水泥窑纯中低温余热发电热力循环系统、 确定循环参数、 提升发电能力四个基础标准”（见笔者发表于《水泥》杂志第4期《水泥窑纯中低温余热发电存在问题》及第5期《提升水泥窑纯低温余热发电能力路径》）, 提升水泥窑纯低温余热发电能力具体方法关键在于: 一、 同时提升汽轮机进汽压力和温度, 二、 合理利用水泥窑废气温度也即改变水泥窑废气余热取热方法。按上述两点要求, 笔者提出了三种提升型水泥窑纯中低温余热发电热力循环系统、 循环参数及废气取热方法, 分别见图4、 图5、 图6。

图4: 提升型不补汽式纯中低温余热发电热力循环系统、 循环参数及废气余热取热方法

图5: 提升型复合闪蒸补汽式纯中低温余热发电热力循环系统、 循环参数及废气余热取热方法

图6: 提升型多压补汽式纯中低温余热发电热力循环系统、 循环参数及废气余热取热方法

3.1上述热力循环系统、 循环参数及废气取热方法关键特点
　　(1)改变抽取窑头熟料冷却机废气方法, 即在靠冷却机进料端(热端)设置一抽取400～600℃废气抽废气口, 同时在冷却机中部设置抽取250～400℃废气抽废气口。依据废气温度利用AQC炉生产1.6～3.82Mpa次中压或中压饱和温度至450℃过热蒸汽也可同时生产0.1～0.5Mpa饱和温度至180℃低压低温蒸汽、 85～200℃热水。
　　(2)在利用窑尾预热器系统最终（C1级旋风筒出口）排出250～400℃废气同时, 利用C2级旋风筒内筒至C1级旋风筒入口450～600℃废气水泥生产所许可20～25℃温度降所含有废气热量, 经过SP炉生产1.6～3.82Mpa次中压或中压饱和温度至450℃过热蒸汽。
3.2 上述提升型水泥窑纯中低温余热发电技术能够取得效果:
　　前述两个特点使笔者提出提升型水泥窑纯中低温余热发电热力循环系统及废气取热方法: 在不影响水泥熟料热耗及水泥窑生产条件下: 其一, 余热能够同时生产次中压或中压饱和温度至450℃过热蒸汽、 0.1～0.5Mpa饱和温度至180℃低压低温蒸汽、 85～200℃热水; 其二, 热力循环系统能够采取次中压中温或中压中温参数, 提升了热力循环系统效率; 其三, 充足利用了水泥窑不一样废气温度余热, 并按废气余热温度分布实现了热量应依据其温度进行梯级利用原理; 其四, 前述三个原因, 提升型水泥窑纯中低温余热发电热力循环系统、 循环参数及废气取热方法使水泥窑废气余热按其质量最大程度地转换为了电能, 使余热发电能力比现在水泥窑纯中低温余热发电技术得以大幅提升。
4、 结语
　　本文对中国现在新型干法水泥窑废气余热取热方法、 纯低温余热发电热力循环系统特点及存在问题现实状况进行了分析、 比较和研究, 依据笔者多年从事水泥窑余热发电技术及装备研究、 开发、 设计、 调试、 运行管理和从事水泥窑热工设计、 平衡分析工作所积累经验, 提出了提升型水泥窑纯中低温余热发电热力循环系统、 循环参数及废气取热方法。这种热力循环系统、 循环参数及废气取热方法已应用于带有五级旋风预热器1500t/d预分解窑、 设计发电能力为2100~2200kw实际工程中, 估计9~10月份投产后经实际生产运行能够验证: 采取这种热力循环系统、 循环参数及废气取热方法, 其实际发电能力将比已投入生产采取现在常规热力循环系统、 循环参数及废气取热方法同规模预分解窑纯低温余热发电能力（如上海万安1400t/d四级预热器预分解窑、 发电能力为1600~1800kw纯低温余热电站）提升16.6~31.25%。使中国纯中低温余热发电技术达成一个新水平, 对于此项技术笔者已向国家申请了专利。