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1、多品位余热综合发电技术的应用研究上海电力学院本科毕业设计（论文） 题目：多品位余热综合发电技术的应用研究 院系： 能源与环境工程学院 专业年级：热能与动力工程2006级学生姓名： 学号：20061021指导教师： 2010年6月21日目 录中文摘要ABSTRACT 第一章 绪论11.1 余热发电背景、发展及意义11.2国内各行业余热利用现状11.2.1纯低温水泥余热发电利用21.2.2焦炭行业余热利用现状31.2.3钢铁行业余热利用现状31.2.4 浮法玻璃生产余热利用现状3第二章 多品位余热综合发电技术的应用研究介绍52.1 余热发电的基本原理52.2我国水泥窑余热发电技术52.2.1低温低
2、压系统52.2.2次中温中压系统72.2.3 闪蒸余热发电技术92.2.4 单压进汽、双压补汽、闪蒸补汽热力系统比较112.3余热回收发电的效益分析和前景预测122.3.1经济效益估算122.3.2 社会效益预测13第三章 余热回收发电系统主要设备及系统配置143.1 余热锅炉143.2 汽轮发电机143.3 热力系统153.4注意事项153.5 经济评价及投资分析153.6 余热系统应注意的几个问题163.6.1热力循环系统问题163.6.2 各余热锅炉进出口废气参数选取的问题163.6.3预热器出口废气温度的选取问题163.6.4 预热器余热锅炉漏风问题173.6.5 预热器余热锅炉进出口
3、废气管道阀门设置问题173.6.6汽轮机组问题17第四章 闪蒸做功计算和钢厂烧结余热发电应用分析184.1一级闪蒸复合发电系统的做功计算184.1.1 闪蒸扩容基本原理184.1.2 闪蒸后低压蒸汽做功184.1.3 进入汽轮机主蒸汽做功194.2 某钢厂烧结环冷机余热发电应用分析20第五章 结论235.1 余热发电技术总结23参考文献25致谢26附录一 外文翻译27多品位余热综合发电技术的应用研究摘 要现代大型企业，尤其以钢铁、水泥、玻璃等行业中，存在大量的100500左右的各种载体形式、各种品位的余热热能。由于各种余热的品位参差不齐，往往只有限的利用了较高品位的余热，对较低品位热能没有得到
4、充分利用。因此本课题的主要目地在于设计验证一种适用于多种载热工质，能对高、中、低多种品位余热进行综合回收利用的常规发电技术。在各种余热发电技术中，水泥行业纯低温余热发电技术是中国最为先进、推广最为成功的。余热利用技术降低了环境污染和能量浪费，对企业增加收益和节能环保都是非常有利的，有着积极的应用价值。关键词： 多品位热能; 余热利用; 闪蒸复合发电; 余热锅炉 Comprehensive multi-grade waste heat of power generation technologyABSTRACTModern large-scale enterprises, especially
5、iron and steel, cement, glass and other industries, there are a lot of 100 500 various carriers around the form of various grade heat energy. A variety of mixed grade waste heat, often only limited use of a high-grade waste heat, heat the lower grade has not been fully exploited. Therefore, this iss
6、ue is to design the main objective to verify the one for multi-containing thermal transfer, can be high, medium and low grade waste heat a variety of comprehensive recycling of conventional power generation technologies. In a variety of waste heat power generation technology, cement industry, waste
7、heat power generation technology is the most advanced and most successful promotion. Waste heat recovery technology reduces environmental pollution and energy waste, increase revenue of enterprises and are very beneficial to the environment. So waste heat power generation technology has a positive v
8、alue.Key words: Multi-grade heat; Maste heat recovery; Flash hybrid power generation; HRSG31第一章 绪论1.1 余热发电背景、发展及意义余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。300500这样一个温度范围的余热资源非常丰富，在我国高能耗行业大量存在。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%67%，可回收利用的余热资源约
9、为余热总资源的60%。如果我们能将这些余热资源重新整合利用，不仅能增加企业的经济效益，同时对节能环保也是十分重要的。专家推算，中国的节能潜力约为3亿吨标煤，若按每吨标煤1000元计算，中国的节能产业规模可达到3000亿元，其中余热发电就能拥有1000亿元以上的巨大市场。从能级的品质上，余热资源可以分为高品位和低品位两种。高品位余热资源是指能量密度高、稳定连续的余热资源，如高温的过热蒸汽，焦炉煤气等。由于品位较高，这些余热余能的利用相对较为容易。而低品位余热资源，如300400的烟气、饱和蒸汽或过热度很小的蒸汽、8090的热水等，由于受技术的限制、企业节能意识的淡薄和国家政策的缺失，过去一直没有
10、得到有效的回收利用。工业生产过程中会产生大量的余热资源，有效回收利用这些余热资源，既能减少能源的浪费，又能减少环境的污染，防止温室效应的加速，是降低能耗、提高能源利用效率、降低企业生产成本和提高企业综合经济效益与社会效益的重要途径。1.2国内各行业余热利用现状余热的回收利用途径很多。一般说来，综合利用余热最好；其次是直接利用；第三是间接利用（产生蒸汽用来发电）。依据余热介质的不同，其合理利用顺序如下：（1）余热蒸汽的合理利用顺序是：动力供热联合使用；发电供热联合使用；生产工艺使用；生活使用；冷凝发电用。（2）余热热水的合理利用顺序是：供生产工艺常年使用；返回锅炉及发电使用；生活用。（3）余热空
11、气的合理利用顺序是：生产用；暖通空调用；动力用；发电用。鉴于此，在工业上，余热一般优先供生产自用，当有剩余时，虽然直接利用（如暖通空调用或动力用）对能源的利用率要更高一些，但限于暖通空调用量较小且季节变化较大的特点，以及作为动力用要求负荷相对稳定的特点，该种利用方式具有一定的局限性。更多地，则是选择采用余热发电的技术对能源进行回收利用。 在钢铁、石油化工、建材、水泥、制糖等行业中，生产厂家具有大量低品位余热，包括低品位烟气、蒸汽和热水等，这些热量品位低、数量大、分布较散，基本不能为生产再利用。各行业专家及有关科研机构为了有效回收可资利用的余热资源，进一步就余热回收发电领域进行积极的探索、研究，
12、相继开发出了纯低温余热发电技术及相配套的汽轮机研发、设计、应用技术，可使发电机增加25%的发电量。该技术能够将企业中大量的低品位废热集中发电，进一步提高企业能源的利用率，为各种类型企业节能环保开辟了一条新路。目前，已经投入运营或立项研究的余热发电技术主要包括（但不限于）如下行业：（1）水泥行业余热发电技术；（2）焦化行业焦炉尾气余热回收发电技术；（3）钢铁行业转炉余热发电技术；（4）钢铁行业烧结余热发电技术；（5）钢铁行业息焦余热发电技术；（6）建材行业浮法玻璃线余热发电技术；(7) 石化行业余热发电技术；目前，余热发电技术在我国水泥行业应用比较普遍，产业和市场化程度都很高，行业发展相对成熟，
13、而有色、钢铁、化工等行业的低品位余热发电技术的应用在我国才刚刚开始。1.2.1纯低温水泥余热发电利用纯低温余热发电是完全利用余热，无外加热源的发电系统，即利用出预热器350的烟气余热产生低压过热蒸汽，并将出篦冷机的烟气出口前移，以获得350左右的烟气，可产生饱和热水和低压过热蒸汽。该系统的特点是系统简单，便于管理。在国内，经过十几年的开发、研究和若干实际工程投产运行，对于水泥窑余热发电来讲，纯低温余热发电技术无论是热力循环系统还是设备（国产化）都已成熟可靠，尤其是补汽式汽轮机的研制成功，使我国余热发电技术及装备除了汽轮机本体效率比日本略低外，总体上的技术水平已经赶上国际先进工业国家，为我国众多
14、的不同窑型水泥生产厂提供了可供选择的余热发电技术及装备。水泥行业纯低温余热发电属于中国最为先进、推广最为成功的余热发电技术。其利用AQC窑头余热锅炉和SP窑尾余热锅炉分别对水泥窑的窑头和窑尾的废气余热进行回收，加热给水产生低温蒸汽冲动汽轮发电机组做功发电。目前对应于水泥生产线的生产能力，通常配置容量如下：(1)1300t/d级水泥生产线纯低温余热电站（余热发电容量1.5MW低压不补汽）(2)2500t/d级水泥生产线纯低温余热电站（余热发电容量3.0MW低压不补汽）(3)5000t/d级水泥生产线纯低温余热电站（余热发电容量6.0MW低压不补汽）此外，杭州易达公司专利设计方案，采用次中压参数设
15、计，发电容量将在现有基础上提高2030。水泥窑余热发电装置利用水泥窑排烟余热，发电时不影响水泥熟料的生产，也不需要额外的补燃燃料，是安全可靠的余热发电技术。水泥余热发电工程造价约为70008000元/kWh，投资回收期通常为34年。1.2.2焦炭行业余热利用现状焦化工艺在生产过程中将产生大量温度约达到1000的烟气，在未被利用之前，直接通过烟囱排放，一方面造成了热污染，另一方面也浪费了大量能源。鉴于此，2005年，联合国工业发展组织（UNIDO）为促进中国的环保和节能降耗工作，以山西省焦化企业为试点推广焦炉尾气发电项目，选定高平兴高焦化有限公司和太原港源焦化有限公司2家为试点焦化企业，并取得成
16、功。总体而言，焦炭行业余热利用较水泥行业余热利用发展要较为缓慢，也未象水泥行业余热利用形成规模化和产业化，只是进入到21世纪后逐步发展，但限于认识和投资等因素，项目建设速度较为缓慢。在全国范围内，山西省内焦化企业相对较多，对应在该领域内也较全国其他地域发展较快，已经有一部分企业余热利用项目建成投产，经济效益和社会效益良好。以年产60万吨的焦化企业为例，其可配套建设212MW余热电站项目，工程投资约为1.21.3亿元人民币，投资回收期约为3年。1.2.3钢铁行业余热利用现状烧结矿余热回收技术，用空气冷却热烧结矿(烧结设计规范中要求生产冷烧结矿)，高温空气使锅炉产生高压和中压蒸汽，再进行发电，低温
17、空气可以用于热风烧结。而炼钢转炉中通过安装汽化冷却烟道，构成蒸汽发生系统，可产生饱和蒸汽用于发电。目前，该两类余热利用方式包括济南钢铁、昆明钢铁、马鞍山钢铁等在内的多个钢铁企业都已经付诸实施，并取得了良好的收益。经测算，该类余热发电项目单位造价在6500元人民币/kWh，项目投资回收期为2.54年。钢铁工业领域低温余热发电的市场约合150亿元，而该行业的余热发电真正实施则是从2005年以后陆续有企业建设并投产，因此，于钢铁行业而言，其余热发电尚处于起步和推广阶段，其技术也在逐步完善和提高的阶段。相信在不久的将来，随着技术的成熟和市场的完善钢铁行业余热发电也将迎来一个发展的高峰。 1.2.4 浮
18、法玻璃生产余热利用现状目前，国内的平板玻璃行业大多采用浮法玻璃生产技术，一条500t/d的浮法玻璃生产线的烟气余热一般可生产饱和蒸汽7至8t/h，目前这些余热蒸汽主要用于冬季采暖，其他时间除极少量蒸汽用来加热重油外，大量蒸汽白白浪费掉，为此，广州市瑞溥能源环保科技有限公司在多年研发饱和蒸汽发电技术的基础上，开发出适合浮法玻璃生产线用的余热发电技术，每千瓦的投资仅需人民币4000元，投资回收期约1年，其经济效益和社会效益十分显著。1.3本课题研究的内容本课题的主要目地在于设计验证一种适用于多种载热工质，能对高、中、低多种品位余热进行综合回收利用的常规发电技术。从而将其中的热能，按品位高低，充分的
19、转化为机械功，进一步降低余热排放温度和数量，并结合能量的梯级综合利用，大幅度减少对环境的影响。因此对企业增加收益和防止环境污染都是非常有利的，有着积极的应用价值。在给定的余热资源条件下，由于可利用的温差比较小，其理想卡诺循环的效率相对比较低，因此利用现有条件，合理设计余热锅炉、汽水参数、扩容压力等级，以及组织合理的热力系统，是构造这一循环的基本设计因素。本文拟进一步通过优化设计，以得到最佳可行的功率、效率输出，从而增大企业效益和节能环保。第二章 多品位余热综合发电技术的应用研究介绍2.1 余热发电的基本原理余热发电的基本原理是将工业生产中排出的余热通过余热回收装置（如余热锅炉）产生过热蒸汽或者
20、饱和蒸汽来推动汽轮机，实现热能向机械能的转换，再带动发电机发电。用于发电的余热主要有：高温烟气余热，化学反应余热，废气、废液余热，低温余热（低于200）等。2.2我国水泥窑余热发电技术基于水泥行业中纯低温余热发电技术已发展成为中国最为先进、推广最为成功的余热发电技术，所以笔者的研究课题主要针对水泥行业余热发电技术展开。我国水泥窑余热发电技术的研究开发及推广应用工作到目前为止大体上经历的三个阶段：第一个阶段：自1985年起至1995年的干法中空窑高温余热发电技术的研究开发及推广应用阶段。至2005年，利用水泥窑高温余热发电技术累积为水泥行业干法中空窑配套建设了220余台发电机组，发电总装机约72
21、0MW；第二个阶段：自1989年起至2000年的带补燃锅炉的新型干法窑中低温余热发电技术的研究开发及推广应用阶段。这个阶段的工作为开展新型干法窑纯低温余热发电技术的研究开发奠定了基础。至2005年，利用带补燃锅炉的新型干法窑中低温余热发电技术累积为28家水泥厂、34条700t/d至2000t/d新型干法窑配套建设了28台、总发电装机约348MW、单机容量在4.5MW15MW的以煤矸石等劣质燃料的带补燃锅炉的中低温余热电站。第三个阶段：为1996年起至目前的新型干法窑纯低温余热发电技术的研究开发及推广应用阶段。这个阶段的工作开发出了多种成熟的、具有我国自主知识产权的水泥窑纯低温余热发电技术及装备
22、，目前仍在不断完善、提高和发展之中。至2008年，利用新型干法窑纯低温余热发电技术累积为国内263条新型干法窑配套建设了约218台、总发电装机约1635MW、单机容量在2.5MW25MW的纯低温余热电站。经过二十多年的时间，在从事水泥窑余热发电技术研究开发、推广应用工作的同志们努力下，我国水泥窑余热发电技术取得了令世人瞩目的成绩，技术水平基本达到了国际先进水平并在国内、国际水泥企业得到了广泛的应用，为节能减排、保护环境、提高企业效益做出了重要贡献。目前水泥行业已经推广应用的几种纯低温余热发电技术，以蒸汽参数来分，基本上有两类：一类为0.691.27MPa280340的低压低温系统，一类为1.5
23、72.47MPa-325400的次中压中温系统。2.2.1低温低压系统对于0.691.27MPa280340的低压低温系统，其热力系统构成有如下三种模式：其一：单压不补汽式纯余热发电技术，见图21。图21 单压不补汽式纯余热发电技术单压系统是目前最普遍采用的热力系统，其流程如图1所示。本热力系统中，窑头余热锅炉和窑尾余热锅炉生产相同或相近参数的主蒸汽，混合后进入汽轮机，主蒸汽在汽轮机内作功在凝汽器凝结成水，经窑头锅炉加热后到热力除氧器除氧，由给水泵送入窑头余热锅炉加热，窑头余热锅炉生产的热水再为窑头余热锅炉蒸汽段和窑尾余热锅炉供水，两台余热锅炉生产出合格的主蒸汽，从而形成一个完整的热力循环。单
24、压系统的主要特点是汽轮机只设置一个进汽口，窑头余热锅炉和窑尾余热锅炉只生产参数相同或相近的主蒸汽。其二：复合闪蒸补汽纯余热发电技术，见图22.图22 复合闪蒸补汽纯余热发电技术闪蒸系统应用热力学上的闪蒸原理，根据废气余热品质的不同而生产一定压力的主蒸汽和热水，主蒸汽进入汽轮机高压进汽口；热水则在闪蒸容器里产生出低压的饱和蒸汽，然后补入补汽式汽轮机专门设计的低压进汽口；主蒸汽及低压饱和蒸汽在汽轮机内一起作功，然后拖动发电机发电。低压蒸汽发生器内的饱和水进入除氧器，与冷凝水一起经除氧后由给水泵供给锅炉。其三：多压补汽式纯余热发电技术，见图23.图23 多压补汽式纯余热发电技术双压系统是根据水泥窑废
25、气余热的品位的不同，余热锅炉分别生产较高压力和较低压力的两路蒸汽。余热锅炉生产出较高压力的蒸汽后，烟气温度降低，余热品位下降，根据低温烟气的品位，再生产低压蒸汽。较高压力的蒸汽作为主蒸汽进入汽轮机主进汽口；较低压力的蒸汽进入汽轮机的低压进汽口；一起在汽轮机作功，推动发电机发电。做功后的乏汽在凝汽器凝结成水后经凝结水泵加压到除氧器除氧，再进入热力循环。技术要点：利用水泥窑窑尾预热器排出的350 以下废气设置一台窑尾预热器余热锅炉（简称SP锅炉）、利用水泥窑窑头熟料冷却机排出的400 以下废气设置一台熟料冷却机废气余热锅炉（简称AQC炉）、两台锅炉设置一台蒸汽轮机、发电系统主蒸汽参数为0.691.
26、27MPa280340 。上述三种技术没有本质的区别，共同的特点：都是利用在窑头熟料冷却机中部增设抽废气口或直接利用冷却机尾部废气出口的400 以下废气及窑尾预热器排出的300350 的废气余热；最重要的特点是采用0.691.27MPa-280340 低压低温主蒸汽。区别仅在于：窑头熟料冷却机在生产0.691.27MPa-280340 低压低温蒸汽的同时或同时再生产0.10.5MPa-饱和160 低压低温蒸汽、或同时再生产85200 的热水；汽轮机采用补汽式或不补汽式汽轮机；复合闪蒸补汽式适用于汽轮机房与冷却机距离较远的情况而多压补汽式适用于汽轮机房与冷却机距离较近的情况。2.2.2次中温中压
27、系统对于1.572.47MPa325400的次中压中温系统，其热力系统构成有如下两种模式：其一：冷却机多级取热纯余热发电技术，见图24.图24 冷却机多级取热纯余热发电技术其二：冷却机多级取热及循环风纯余热发电技术，见图25。图25 冷却机多级取热及循环风纯余热发电技术技术要点：利用水泥窑窑尾预热器排出的350 以下废气设置一台窑尾预热器余热锅炉（简称SP锅炉）或同时利用窑尾C2级预热器内筒设置过热器；利用熟料冷却机排出的400 以下废气设置一台熟料冷却机废气余热锅炉（简称AQC炉），或者通过改变窑头熟料冷却机废气排放方式：利用熟料冷却机排出的部分360 以下废气设置一台AQC余热锅炉、利用熟
28、料冷却机排出的部分500 以下废气设置一台熟料冷却机废气余热过热器（简称ASH过热器）；将AQC炉排出的废气部分或全部返回冷却机，窑头熟料冷却机冷却风采用循环风方式；利用两台锅炉或者增设的余热过热器设置补汽式蒸汽轮机，发电系统主蒸汽参数为1.573.43MPa340435、补汽参数为00.15MPa饱和160。2.2.3 闪蒸余热发电技术蒸汽热水闪蒸复合发电技术是一种可最大限度地利用中、低温余热的纯余热利用型发电技术。主要以300左右的低温废气作为热源，通过余热锅炉生产出过热蒸汽和一定量的饱和水，将常规发电系统无法利用的部分低品位低温热能，通过闪蒸系统生产出饱和蒸汽与过热蒸汽一起进入多参数汽轮
29、机做功发电。(一)闪蒸基本概念（l）闪蒸：一定压力下的凝结水或炉水被降压，部分水分吸收显热进行二次蒸发所得到的蒸汽即闪蒸蒸汽。（2）饱和水温度：当水在一定压力下加热至一定的温度后，水温不再升高，液态水将会被转化成蒸汽，此时的水为饱和水，温度即为饱和温度。标准大气压下的饱和水温度为100 9C，压力越高，饱和水温度越高。（3）显热：饱和水所包含的热量。压力越高，温度越高，饱和水显热越高。（4）潜热：将饱和水转化成蒸汽所需要的热量。(二)闪蒸原理（l）闪蒸原理：当高压下的凝结水的压力被降低时部分显热将被释放出来，这部分热量就会以潜热的方式被水吸收，产生饱和蒸汽。（2）闪蒸比：闪蒸蒸汽和高压凝结水的
30、质量比。SB=(NH-NL)H*100 （式21）其中：SB一闪蒸比；NH单位质量高压凝结水的显热。KJkg；NL一单位质量降压后凝结水的显热，KJkg；H 低压蒸汽所含的潜热，KJkg；(三)闪蒸方式（1）自然闪蒸：不借助外力，自然降压的闪蒸。图26为一级自然系统原理图。图26 一级自然闪蒸系统（2）强制闪蒸：借助外力强制降压的闪蒸。图27为强制闪蒸系统蒸汽喷射式混汽器系统原理图。图27 强制闪蒸系统蒸汽喷射式混汽器系统原理图强制闪蒸因其借助外力强制降低了闪蒸器压力，同时将闪蒸后的低压力蒸汽增至用汽系统所需的压力，因而闪蒸较彻底。(四)热力系统构成（1）系统构成闪蒸余热发电系统是在发电热力系
31、统配置中应用了闪蒸机理，根据废气余热品质的不同而生产一定压力的主蒸汽和热水，主蒸汽进入汽轮机高压端进汽口，而热水经过闪蒸，生产出低压的饱和蒸汽，补入补气式汽轮机的低压进汽El，主蒸汽及低压蒸汽在汽轮机内作功，推动汽轮机转动，共同产生电能。低压蒸汽发生器内的饱和水进入除氧器，与冷凝水一起经除氧后由给水泵供给锅炉。发电系统按闪蒸系统配置数量有一级闪蒸、二级闪蒸等闪蒸余热发电系统。水泥生产线余热发电系统中，按闪蒸水生产工艺分别有a、窑头余热锅炉生产闪蒸热水系统；b、窑头余热锅炉生产低温热水，经窑尾余热锅炉加热成闪蒸热水系统；c、窑头、窑尾余热锅炉生产相同参数的热水系统。以窑头余热锅炉生产闪蒸热水系统
32、为例，其构成如图28。图28 窑头余热锅炉生产闪蒸热水系统（2）工艺系统特点同常规火电系统相比较，蒸汽热水闪蒸复合发电系统引入了闪蒸器。给水经锅炉给水泵进入余热锅炉后，一部分被废气余热直接加热为过热蒸汽，进入汽轮机做功发电，另一部分经余热锅炉低温段加热后，产生一定压力的热水，进入闪蒸器，生产出一定量的低压饱和蒸汽，进入汽轮机相应的低压级做功发电。该工艺流程中引入了闪蒸系统，使窑头AQC锅炉的排烟温度降到90左右，极大地提高了余热利用率。同时由于增加了闪蒸系统。可通过调节系统循环水量来较大范围地适应装置废气参数的大幅波动，提高系统运行的可靠性和稳定性。（五）工程实例河北燕赵5000t/d熟料生产
33、线纯低温余热发电系统，在窑头冷却机中部废气出口设置窑头AQC锅炉，在窑尾预热器废气出口设置窑尾SP锅炉。配套一台BN9-1.0/0.2混压凝汽式汽轮机和一台12MW发电机。AQC炉I段生产18.1t/h-1.1Mpa-340过热蒸汽，II段生产62.2t/h-170热水。分别供给SP炉18.7t/h，AQC炉23.0t/h，其余20.5t/h热水供给闪蒸器生产低压饱和蒸汽。AQC炉、SP炉生产的过热蒸汽经混合为1.0Mpa-310过热蒸汽作为主蒸汽进入汽轮机高压端，窑头AQC锅炉产生的部分热水经闪蒸器产生2.3t/h -O.2Mpa-120的饱和蒸汽进入汽轮机低压端，上述蒸汽做功后的乏汽通过冷
34、凝器冷凝成水，经凝结水泵送入锅炉除氧器供给AQC炉II段，从而形成完整的热力循环系统。2.2.4 单压进汽、双压补汽、闪蒸补汽热力系统比较（1）国内余热发电技术主要采用的三种热力系统单压系统：采用单级进汽汽轮机及单压AQC炉的单压不补汽系统。双压系统：采用补汽式汽轮机的双压单级补汽系统，AQC炉生产两个不同压力的蒸汽，一为主蒸汽，另一个为低压补汽。闪蒸系统：采用补汽式汽轮机的复合闪蒸单级补汽系统，AQC炉生产主蒸汽同时生产高温热水，高温热水再降压蒸发出二次蒸汽后，二次蒸汽补入汽轮机。（2） 蒸发受热面和过热受热面要匹配要想多发电就应尽量提高蒸汽初参数，即提高过热蒸汽温度和过热蒸汽压力。但过热蒸
35、汽压力、锅筒压力、饱和温度三者密切相关。只有高于饱和温度以上的区段其废气才可以加热过热蒸汽，因此产生过热蒸汽的能力受到限制。一般说来，过热蒸汽产汽量和饱和水产量二者不完全匹配，需设计师进行平衡优化计算和设计，采取一些必要的措施。如设低压蒸发受热面和低压省煤器以使排烟温度降至90100，即所称的双压系统。 或者不另增加低压系统，仅使饱和水量增加，设置闪蒸系统，将多余的高压饱和水通过减压闪蒸出饱和蒸汽补进汽轮机发电，即所谓的复合闪蒸补汽系统。（3） 系统发电能力在相同的条件下，单压、双压、闪蒸三种系统中，单压系统发电能力是最低的。以某项目为例，主蒸汽压力为1.7Mpa时，锅筒饱和温度为204，考虑
36、到换热温差，SP炉的出口废气温度不可能低于210，同样由于饱和温度的限制，熟料冷却机废气通过AQC炉生产主蒸汽后，废气温度也在200以上。而这样温度的废气，其热量也只能用于加热锅炉给水，由于给水量和给水温度的限制，冷却机废气温度经AQC蒸汽段和给水加热段后的出口废气温度也不可能降至140以下。由于废气余热不能得以充分利用，相应影响发电能力。采用双压系统时，发电能力最高。由于设置了低压蒸发段，低压蒸汽压力：0.450.05Mpa，低压段锅筒饱和温度 148，再加上设置了低压省煤器加热器，排烟温度能降到95 。采用复合闪蒸单级补汽系统，发电能力处于中等，是由于废气经AQC余热锅炉生产主蒸汽后，再经
37、省煤器加热段生产高温热水，生产出的热水大部分作为两台余热锅炉蒸发段的给水，余下的高温热水经过闪蒸器生产出低压饱和蒸汽，低压饱和蒸汽补进汽轮机发电，闪蒸器的出水混和汽轮机的凝结水作为锅炉的给水，由于闪蒸器的出水温度为闪蒸器所产蒸汽压力下对应的饱和温度，低压蒸汽压力：0.45+0.05Mpa，饱和温度148，高于汽轮机的排汽温度45，也就是说，虽然冷却机废气余热被充分利用了，但由于闪蒸器的出水焓未能转换为电能，降低了系统的发电能力，但由于有闪蒸出的蒸汽补进汽轮机，所以发电能力在前两系统之间。（4） 技术经济比较单压和双压系统造成的投资差别主要集中在三大主机上，对于5000水泥熟料生产线纯低温余热发
38、电系统而言，双压系统只比单压系统三大主机价格高100万元左右，约占总投资的2%，其他辅助设施投资基本相同。但却能多发400KW/h电，按保守估计300KW/h，则一年可比单压系统多发电约210万KWh，收益按0.5元/KWh计算，年收益至少在105万元，而且收益是长期的。2.3余热回收发电的效益分析和前景预测 余热回收发电项目的良好发展是与其良好的效益分析不可分割的。2.3.1经济效益估算余热发电项目投资为每千瓦装机约7000元左右。低温余热发电的供电成本通常在012016元/kWh，外购电价普遍在0.50.65元/kWh。余热发电的供电可满足水泥生产用电的1/31/4，吨水泥成本可降低121
39、5元。投资回收期在34年之间。以单条5000 t/d水泥熟料生产线为例：年设计水泥熟料产能150万吨，以现有平均吨熟料发电34kWh计算，年发电5100多万kWh。扣除系统自耗电7%，年可供电4700万kWh，相当于节约标煤19万吨(按供电煤耗404g标煤/kWh计算)，减少CO2排放约4万t，年减少 SO2排放约40吨，年减少NOx排放约140E巨。按电网电价055元/kWh，余热发电成本015元/kWh计，单条生产线年电价差：1880 万元，以项目投资6500万元计算，投资回收期约35年。按吨水泥熟料平均发电34kWh计算，2008年底投运的263条生产线，在不考虑当年新投产生产线运转率打
40、折的情况下，28587万吨水泥熟料当年余热发电97亿kWh，扣除系统自耗电7%，年可供电9021亿kWh，相当于节约标准煤365万吨，减少CO2排放约765万吨，年减少SO2排放约7623吨，年减少NOx排放约26800吨，企业节约电费388亿元。2.3.2 社会效益预测 2008年，我国新型干法水泥熟料产量756亿吨，有可能改造余热发电项目的733亿吨，如果有80%的新型干法水泥生产线进行低温余热发电改造，则年发电量约199亿度，按照电站自用电率7%计算，其年供电量约为185亿度，如按供电煤耗 404g标煤/kWh计算，相当于年节约747万吨标煤，为水泥生产企业带来约80亿元经济效益。可见，
41、水泥行业在新型干法水泥熟料生产线上实施低温余热发电具有很好的环保、社会效益，对我国实现节约型社会具有重要的现实意义。第三章 余热回收发电系统主要设备及系统配置3.1 余热锅炉余热锅炉按布置形式可分为立式和卧式两种，按循环方式又可分为强制循环和自然循环。在中低温纯余热发电系统中，一般设置两台余热锅炉，一台为窑尾锅炉通常称SP炉，一台为窑头锅炉通常称AQC炉。SP炉设置在最后一级预热器和窑尾主排风机之间。废气温度一般在300400之间，含尘量高，一般为标准状况下5080g/m3，废气的负压较大。要求锅炉的换热原件不易积灰，受热面布置便于清灰，且锅炉的密封性能要好。采取的布置形式一般根据工厂的场地、
42、粉尘的堆积特性等条件确定。宁国水泥厂的SP炉选用了卧式锅炉。卧式锅炉的特点是烟气在炉中水平流动，受热面是蛇形光管，竖直布置上端固定在构架上，下端为自由端，并焊有振打装置之连杆，特殊设计的振打装置对受热面定期振打，加之蛇形管为竖直悬吊在构架上，可使受热面保持干净无灰，从而保证了很高的传热效果。由于工作介质在蛇形管内上下流动，无法利用其重度差进行自然循环，所以采用强制循环。锅炉下部用一内置式拉链机将灰输送至锅炉的一端经一锁风喂料机输出。台湾花莲水泥厂的SP炉采用了立式锅炉。立式锅炉的特点是烟气在炉中垂直流动，受热面也采用蛇形光管，但水平布置，分组采用特殊的挂件悬挂在构架上，分组设置振打装置，从上至
43、下逐组振打，也能满足清灰的要求，但这种布置方式比起竖管的清灰干净程度略差，所以在受热面的设置上要考虑上述因素，以确保锅炉的高效率。但立式锅炉占地面积小，布置方便。 冷却机的废气虽然含尘量不大，标准状况下约1020 g/m3，但磨蚀性大。所以AQC炉的设置分前置式和后置式两种。前置式即AQC炉设在冷却机与电除尘器之间，这种设置一般还需加预除尘装置以减轻粉尘对AQC炉内的换热管磨蚀，因此系统阻力增加较多。后置式即AQC炉设在电除尘和窑头排风机之间，粉尘对换热管磨耗小，且系统阻力增加不大，但电除尘器必须密封性能好，漏风量小，热损失小。窑头粉尘为熟料颗粒，粘附性不强，所以AQC炉的结灰不严重，一般均选
44、为立式锅炉。由于窑头的废气温度低，量大，且对锅炉的排气无特殊要求，应尽可能地回收余热。为了增大换热面积，强化换热效果，AQC炉的换热管应采用螺旋翅片管或蟹形针管等能显著增加换热面积而又耐磨蚀的管形。 3.2 汽轮发电机用于余热利用的汽轮发电机的特点是以汽定电，所以要求带负荷的能力可在较大范围内波动，尤其是发电机的选型要考虑能超过设计发电量的15%左右。目前市场上可用于中低温纯余热发电系统的汽轮发电机有两种：一种为单压系统的低参数凝汽式汽轮机。特点是系统简单，适合3000kW左右的小机组。另一种为混压系统，除主蒸气进口外还有一至两个补气口，并辅助采用了热水闪蒸技术，用闪蒸的饱和蒸气混入汽轮机做功
45、。特点是系统较复杂，但系统热效率较高，适合6000kW以上机组。3.3 热力系统在热力系统的设计上一般是根据废气温度及废气量经过合理配置来确定蒸气参数和蒸气量，一般选用的汽轮机的参数比较低。在余热锅炉设置上，对SP炉来说因出炉的废气还要用于原料的烘干，所以一般SP炉带汽包仅设置过热器和蒸发器。AQC炉的排烟无特殊要求，主要设置省煤器，也可带汽包设置蒸发器，有可能的情况下也可适当的设置过热器。余热锅炉的受热面的配置，最终是根据余热资源及最大产气量配置的。所以各水泥厂之间不尽相同，一般余热锅炉采用非标设计。由于系统用于水泥厂的余热发电，所以汽轮机必须带有前压调节装置，当机组在正常运行时，以汽轮机的
46、进口压力作为主要控制参数，来调节机组输出功率以保证压力基本稳定，这种方式可适应废气余热参数的变化，使整个系统有较高的适应性和可靠性。 3.4注意事项1)提供的工艺系统的操作参数要准确，这些参数是余热回收系统的设计依据。 2)对工艺系统中部分设备要进行核算。窑头、窑尾风机因系统阻力增加，介质温度变化，运行工况点要进行变化，所以要对运行工况下的风机能力和装机功率进行核算，能力不够的要采取相应的措施。生料磨系统。在未考虑余热发电系统以前，一般窑尾的废气作为生料磨的烘干热源热量都有富余，所以对生料磨系统密封要求不是很严格；增加了余热发电系统后，余热要做到最大限度的回收，这就需要对生料磨系统加强密封，尽
47、可能减少漏风。漏风量大会产生两方面的不利影响：提高入磨的热风温度即提高锅炉的排烟温度，锅炉可回收的热量减少；入磨的热风温度越低，生料磨的烘干效率越低，而磨尾的排风量随之增大，耗电量增加。 3)系统的总体设计上汽轮机房尽可能与窑尾锅炉靠近。而循环冷却水池的位置靠近汽轮机房，以减少热损失和自耗电。 4)增加余热发电系统后，会对水泥生产工艺的一些操作参数产生影响，要作适当调整。如窑头篦冷机的操作，生料磨系统的操作，窑头、窑尾风机、电除尘器的操作等。因此，要做好这一工作必须要有专业的水泥工艺技术人员负责协调生产系统和余热发电系统的关系，参与系统的设计和管理工作。调整好各自的操作，才能真正做到不影响水泥工艺的生产，并使余