推薦－某水泥廠12500td熟料生產線純低溫余熱發電工程項目可行性研究報告(2)-資料下載頁

【導讀】可行性研究報告編制的依據、原則和范圍.............7

　　

【正文】 位發電設備體積和重量相對較大。 純低溫余熱發電技術的關鍵問題，一是面 對中、低品位的熱源如何提高發電效率；二是余熱鍋爐如何適應低溫的、含塵濃度高的廢氣，因為廢氣溫度低就要增加換熱面積，廢氣的含塵濃度高會帶來傳熱性能降低，并加快設備磨損，尤其是窯頭余熱鍋爐的磨損，甚至惡性堵灰事故造成的系統可靠性降低。 近年來，原來受行業分割的中國國內水泥行業科研設計公司、發電設備制造公司、電力行業科研設計公司等通過聯合研究攻關，成功開發、設計、制造、應用了國內低參數、單壓或補汽式汽輪機，解決了中、低品位的混壓進汽問題，填補了國內汽輪機制造業的空白，技術上與進口的混壓進汽式汽輪機相當；同時適合低 溫、含塵特點的余熱鍋爐也成功開發、制造和應用，為純低溫余熱發電在我國水泥工業的推廣應用奠定了基礎。目前日本川崎重工株式會社已在海螺集團寧國水泥廠、廣西柳州余峰水泥等公司已有多條水泥生產線余熱工程投產發電，標志水泥純低溫余熱技術已經成熟；江西萬年、上海萬安、浙江申河等一批國產化的純低溫余熱發電項目的建成投產，標志著中國國產化的純低溫余熱發電技術進入應用階段。 余熱發電設計原則 （ 1）本工程為一條 2500t/d 水泥熟料生產線配套余熱發電工程，裝機容量為 5000kW，設備原則上采用國產設備。 （ 2）鍋爐 島按照一條 2500t/d 水泥熟料生產線考慮，布置一臺AQC 爐和一臺 SP 爐，汽輪發電機島按照一臺機考慮。 （ 3）配置一臺真空除氧器。 （ 4）鍋爐補給水采用除鹽水。 （ 5）轉動設備冷卻水、循環水補水采用工業水，與原有廠區內工業水連接。 （ 6）余熱電站發電機并網運行，廠用電部分僅考慮本余熱發電新增負荷。 （ 7）熱工控制部分采用分散控制系統。 （ 8）繼電保護裝置采用微機型，本工程設立獨立的直流電源，容量只考慮本工程直流容量。 廢熱資源條件 表 51： 煙氣參數條件 一覽表 序號 項 目 窯尾廢氣指標 窯頭 廢氣指標 1 熟料產量 2700 t/d 2 廢氣量（濕基） 190000Nm3/h 90000Nm3/h 3 鍋爐進口廢氣溫度 —— 平均值 325℃ 380℃（中部抽風） —— 變化值 5℃、 +15℃ 20℃、 +50℃ —— 最大值 360℃ （異常瞬時 15min） 410℃ （異常瞬時 15min） —— 最小值 300℃ 340℃ 4 鍋爐出口廢氣溫度 —— 平均值 ≥ 200℃ ～ 100℃ 5 廢氣含塵量 50～ 60 g/Nm3 Max. 80 g/Nm3 15～ 22 g/Nm3 g/Nm3 6 鍋爐和風管的設計壓力 ～ 7800Pa ～ 3600Pa 7 允許鍋爐的通風壓損 800～ 1000Pa 800～ 1000Pa 8 廢氣成分（濕基） —— O2 —— CO2 —— N2 —— H2O 4～ 5% 20～ 30% 65～ 67% 3～ 6% 20～ 21% / 76～ 79% 1～ 2% 表 52： XX2500 t/d熟料生產線余熱發電系統優化熱力參數匯總表 參 數 汽包單壓 ( MPa) AQC 設低溫過熱器和高溫過熱器， SP設低溫過熱器 生產線規模 2500 t/d （設計平均產量 2700 t/d，最大產量 2800 t/d） SP進風量（ Nm3/h） 175000 SP 進口風溫（℃） 325 SP 出口風溫（℃） 200 SP低溫過熱主汽流量（ t/h） SP 主汽壓（ MPa） SP 主汽溫度（℃） 295 SP 進水溫度（℃） AQC 高溫進風量（ Nm3/h） 45581 進口風溫（℃） 480 AQC 中溫進風量（ Nm3/h） 120210 進口風溫（℃） 351 AQC 出口風溫（℃） AQC 低溫過熱主汽流量（ t/h） AQC 低溫過熱主汽壓（ Mpa） AQC 低溫過熱主汽溫（℃） 295 AQC 高溫過熱總流量（ t/h） AQC 高溫過熱汽壓（ Mpa） AQC 高溫過熱汽溫（℃） 450 AQC 進水溫度（℃） 45 汽機主汽壓力（ MPa） 汽機主汽溫度（℃） 440 汽機主汽流量（ t/h） 汽機補汽壓力（ Mpa） 汽機補汽溫度（℃） 汽機補汽流量（ t/h） 汽機排汽壓力（ Mpa） 計算汽耗率（ ） 計算輸出功率（ kW） 4750 裝機容量（ kW） 5000 計算噸熟料發電量 () (按 2700 t/d 計算 ) 汽水總吸熱量（ kj/h） 108 主機設備配置方案的選擇與確定 1． 余熱發電系統方案 本余熱發電方案是在窯尾一級旋風筒出口同高溫風機之間裝一旁路余熱鍋爐（ SP 爐），窯尾廢氣經余熱鍋爐吸熱降溫至 218℃左右，由高溫風機送至原系統的生料磨烘干生料或經增濕塔至窯尾除塵器。若發電系統停用，則廢氣經原系統 廢氣管路進入高溫風機，如此可確保水泥生產線穩定運行。 AQC 鍋爐布置在窯頭篦冷機和余風風機之間，為立式結構。 AQC鍋爐的設備布置詳見工藝流程圖所示。 在 AQC 鍋爐之前布置有飛灰分離器（或沉降室），要求將余風中的固體顆粒含量降低 70%左右，以減輕對 AQC 鍋爐的磨損。 采用將原余風抽風口改為兩個抽風口，一只靠前，一只挪后。靠前的高溫抽風口熱風送 AQC 鍋爐高溫公共過熱器部分，挪后的低溫抽風與 AQC 鍋爐高溫公共過熱器出風混合后 AQC 鍋爐的低溫過熱器、蒸發器、省煤器后經除塵器和余風風機排入大氣，實際運行時通過各抽風口 進出口調節風門來調節。根據國內外經驗，改造后余熱發電量可以提高 30%以上，而且由于進入 AQC 鍋爐余風溫度提高， AQC 鍋爐參 數提高、受熱面減少。 為了提高傳熱效率，合理布局鍋爐受熱面，本方案 2500t/d 熟料線窯頭窯尾余熱鍋爐有一個共用省煤器，放在窯頭以將窯頭風溫降至盡可能低。窯頭、窯尾余熱鍋爐均由省煤器、蒸發器和過熱器組成。給水經窯頭余熱鍋爐省煤器加熱后分為兩路，分別進入窯頭余熱鍋爐汽包和窯尾余熱鍋爐省煤器。工質在汽包和蒸發器中進行自然循環加熱。產生的飽和蒸汽進入過熱器。窯頭、窯尾過熱器集箱出口的過熱蒸汽在 分汽缸進行混合，然后通過過熱蒸汽管進入汽輪機作功發電。 設計主要特點： ?余熱鍋爐單壓系統，汽輪機單壓機組，系統簡單可靠、節省投資、運行操作方便，穩定性好； ?窯頭、窯尾鍋爐均采用立式自然循環，煙（空）氣自上而下進入； ?窯頭低溫過熱蒸汽溫度設計為 295℃，壓力 ，窯尾過熱蒸汽溫度設計也為 295℃，壓力 ，混合后溫度進入AQC 的高溫公共過熱器，出口溫度為 450℃，壓力 ； ?熟料生產線所配兩臺余熱鍋爐有一個共用省煤器， AQC 鍋爐采用中部雙抽風，保證最經濟熱利用。 ?SP 鍋爐采用機械 振打清灰，煙氣側面流出出口煙箱，出口煙箱設置灰斗和輸灰裝置； ?窯頭鍋爐前有一重力沉降室，減少了對 AQC 爐的磨損，增強了使用壽命； ?AQC 鍋爐采用自然通風清灰，煙氣從底部流出出口煙箱，出口煙箱不設置灰斗和出灰裝置，由氣流帶出，受熱面布置考慮集灰影響。 2． 立式與臥式布置優缺點 大型余熱鍋爐的布置主要有立式和臥式兩種方式，在煙道為微負 壓時兩種布置方式各有優缺點，視熱介質（煙 /空氣、化工氣體等）特點和現場條件進行優化選擇。應用在燃氣輪機和水泥的中低溫煙 /空氣余熱，處于高正壓或高負壓（如燃氣輪機煙氣背壓在 2021～ 3000 Pa，水泥窯尾煙氣系統背壓在 7500 Pa）的余熱鍋爐以立式結構布置更佳，象燃氣輪機余熱鍋爐從臥式居多發展為目前的以立式為主。對水泥余熱鍋爐而言，立式布置的優點如下： （ 1） 占地小，布置方便； （ 2） 鍋爐煙道密封容易，減少漏風； （ 3） 灰的收集（或攜帶）方便； （ 4） 煙氣流動均勻，可避免出現煙氣走廊而導致的傳熱效率降低和局部過速磨損； 缺點是鍋爐鋼結構用量略有增加，對清灰的要求更高。水泥余熱鍋爐雖然容易積灰，但灰的黏結性小，容易清除。故在本項目中推薦使用的余熱鍋爐全部采用立式布置。 3． 自然 循環與強制循環優缺點 依靠工質的重度差而產生的循環流動稱為自然循環。借助水泵壓頭使工質產生的循環流動稱為強制循環。 自然循環形成：汽包、下降管、下聯箱和傾斜式的受熱面組成一個循環回路。由于上升管中的水在爐內受熱產生了蒸汽，汽水混合物的比重 /密度小，而下降管在爐外不受熱，管中是水，其比重 /密度大，兩者比重 /密度差就產生壓力差，壓力差形成水流推動力，水沿下降管向下流動，而汽水混合物則沿上升管向上流動，這樣就形成水的自然循環流動。 強制循環鍋爐的結構與自然循環基本相同，所不同的在下降管中增加了循環泵，作為增強 汽水循環的推動力。 強制循環鍋爐的優點 : ①工質在受熱面中是強制流動，因而受熱面的布置方式靈活；②汽水流速高，換熱效率高；③起、停爐快；④循環倍率 8~20（自然循環的循環倍率一般為 5~10）或更高，蒸發受熱面可使用小管徑，相對汽包容積減小，節省鋼材。缺點：①加裝熱水循環泵，操作、檢修相對復雜，系統可靠性降低；②循環泵系統投資增加；③運行費用高。 自然循環的優點：①系統可靠性高；②系統水容積增大，（在波動熱源情況下）穩定性好；③運行費用低。缺點：①鍋爐鋼材消耗較強制循環系統而言有所增加（由于鍋爐設計水平的提高 ，受熱面布置難度提高的問題已經解決）；②鍋爐啟、停慢。 在中低溫余熱發電領域，燃氣輪機余熱發電的鍋爐及其熱力系統的技術相當成熟，許多設計思想可以應用到水泥余熱發電領域。自從20 世紀 90 年代 CMI 發明的自然引致循環的專利技術后，首臺立式余熱鍋爐 脫離循環泵成功運行，由此中低溫余熱鍋爐以立式自然循環為潮流。比如 日本三菱就有 61 臺中低溫立式自然循環余熱鍋爐在投入運行。 綜合所述，在本項目中推薦使用的余熱鍋爐全部采用自然循環鍋爐。 4． 單壓和雙壓方案的選擇 對于廢氣余熱發電，為了提高熱力循環系統效率，一般應盡量提高主 蒸汽參數；為了更有效地利用煙氣熱量，一般應盡量采用多壓系統。單壓和多壓系統的選擇比較如下： （ 1） 在鍋爐熱平衡計算及鍋爐結構計算過程當中，當設計選擇的鍋爐能完全吸收煙氣放出的熱量時，采用單壓設計更為合理，且投資費用較少；當部分熱量不能完全利用，只有利用低壓系統再次吸收 部分熱量回送到汽輪機補汽部分，此時才采用雙壓設計布置。雙壓布置系統較為復雜，汽輪機內效率有所降低，運行、維護相對困難，且投資費用大為增加。 （ 2） 對于單一熱源而言，雙壓系統較單壓系統可以提高系統熱效率 3~5%左右，對于水泥余熱的兩個甚至多個 熱源而言，采用雙壓還是單壓系統要進行熱力系統優化設計、具體分析。 （ 3） 雙壓系統需配置雙壓余熱鍋爐及補汽凝汽式汽輪機，系統流程復雜，操作控制要求高，投資較大。 綜合上述比較和熱力系統優化設計比較，且本系統的窯頭鍋爐的排煙溫度為 102℃，所以對于本項目 5000kW 裝機系統，我們采用單壓系統。 總工藝流程集成 余熱鍋爐的給水由兩部分組成，一部分是由汽輪機冷凝泵送來的冷凝水，冷凝水進入真空除氧器除氧；另一部分是由化學水處理系統輸送來的除鹽水作為補充水直接進入真空除氧器。給水由給水泵送至窯頭省煤器，由省 煤器加熱成欠飽和水后經電動調節閥分別送至窯頭汽包和窯尾省煤器。工質在汽包和蒸發器中進行自然循環加熱。產生的飽和蒸汽進入各自的過熱器，窯頭鍋爐低壓部分產生 、295℃過熱蒸汽，窯尾鍋爐產生 、 295℃過熱蒸汽，窯頭、窯尾過熱器集箱出口的過熱蒸汽在窯頭鍋爐的高溫公共過熱器進口集箱進行混合，然后在窯頭鍋爐的高溫公共過熱器中過熱，通過過熱蒸汽管進入汽輪機，過熱蒸汽在汽輪機中作功后由冷凝器冷卻成凝結水送至真空除氧器。如此完成一個工作循環。 設備方案 設備 選型 1．設備選型原則 （ 1）先進性，經濟性，適用性 ； （ 2）具有自動、機電一體化； （ 3）能滿足生產的高效率、高質量的要求，具有工藝的先進性； （ 4）生產廠家必須有相應生產實力和較好的售后服務； （ 5）開發和檢測用儀器及設備必須具有高精度，高可靠性和耐用性。 主要設備參數 （ 1） 2500t/d 熟料生產線窯頭余熱鍋爐主要熱力參數（ 1 臺） 表 53：窯頭余熱鍋爐主要熱力參數一覽表 型號 : QC120/省煤器入口水溫： 45℃ 低溫過熱蒸汽壓力： 低溫過熱蒸 汽溫度： 295℃ 低溫過熱蒸汽量： 中溫煙氣流量： 120210Nm3/h 入口中溫煙氣溫度： 351℃（鍋爐入口） 出口煙氣溫度： ℃（鍋爐出口） 高溫過熱蒸汽壓力： 高溫過熱蒸汽溫度： 450℃ 高溫過熱蒸汽量： 高溫煙氣流量： 45581Nm3/h 入口