670万!福建大田新岩水泥进行余热发电项目改造
5月10日,福建省发展和改革委员会发布了关于福建省大田县新岩水泥有限公司9.0MW余热发电项目核准的批复。
......
一、前言
近年来,随着我国水泥工业工艺及装备技术得以迅速发展,百数十条数千吨级新型干法水泥熟料生产线(简称水泥窑)的陆续投产,为水泥窑纯低温余热发电技术及装备的推广应用创造了市场条件。在这个背景条件下,目前国内具有水泥窑余热发电工程设计、技术开发能力的数家单位,以利用日本KHI技术及设备建设的安徽宁国水泥厂、广西柳州水泥厂纯低温余热电站为蓝本,推出了几种水泥窑纯低温余热发电的热力循环系统并已在水泥工业开始陆续推广应用。由于日本KHI提供的余热发电技术及设备是用于上世纪八十年代利用当时国外先进水泥工艺技术及装备建成的带有四级预热器的新型干法窑,考虑目前国内陆续投产的大型水泥窑技术及装备的变化并结合国内火力发电设备设计制造现状,对水泥工业纯低温余热发电应采用的热力循环系统、循环参数进行深入的研究分析从而进一步确定并提高适于我国国情的纯低温余热发电技术及装备水平、充分回收余热尽而提高余热发电能力是非常必要的。
二、水泥窑可用于发电的余热分布及变化
目前国内新型干法水泥熟料生产线由于第三代冷却机、大型立磨等新工艺、新设备的应用,熟料综合能耗得以大幅降低,可用于发电的余热也有了较大的变化,其中尤其是熟料冷却机废气余热。对于这种水泥窑,目前可用于发电的余热:其一,熟料冷却机排出的废气余热可全部用于发电;其二,窑尾预热器排出的废气余热,部分可用于发电,部分用于水泥生产所需原燃料的烘干。以5000t/d水泥窑为例,可用于发电的余热分布情况见图1。
图1 5000t/d级新型干法水泥窑余热分布图
上世纪八十年代利用当时国外先进技术及设备建设的水泥窑,可用于发电的余热分布与目前国内大型水泥生产线是相同的,但由于熟料冷却机、粉磨等工艺及设备技术的不同,可用于发电的余热量发生了较大变化,以安徽宁国水泥厂4000t/d水泥窑及目前国产5000t/d水泥窑为例比较如下:见表1。
表1 水泥窑可用于发电的余热比较表
参数名称 |
安徽宁国水泥厂4000t/d水泥窑 |
目前国产5000t/d水泥窑 | |||||
熟料产量 |
4009t/d |
5000t/d | |||||
预热器排出的废气温度 |
343℃ |
~330℃ | |||||
预热器排出 的废气量 |
总量 |
258580Nm3/h |
~332000Nm3/h | ||||
单位熟料 |
1.548Nm3/kg |
~1.59Nm3/kg | |||||
冷却机排出的废气温度 |
241℃(不喷水) |
260℃(不喷水) | |||||
冷却机排出 的废气量 |
总量 |
~315040Nm3/h |
~282000Nm3/h | ||||
单位熟料 |
~1.886Nm3/kg |
~1.35Nm3/kg | |||||
物料烘干要求的 预热器废气温度 |
250℃ |
~210℃ | |||||
单位熟料热耗 |
3323kJ/ /kg |
2997kJ/ /kg | |||||
水泥窑总热耗 |
5.55×108kJ/h |
6.24×108kJ/h | |||||
废气总余热量 |
预热器 |
13.1×107kJ/h |
784.23kJ/kg |
56.83% |
16.2×107kJ/h |
777.6kJ/kg |
62.8% |
冷却机 |
9.95×107kJ/h |
595.7kJ/kg |
43.17% |
9.61×107kJ/h |
461.3kJ/kg |
37.2% | |
合计 |
23.05×107kJ/h |
1379.93kJ/kg |
100% |
25.81×107kJ/h |
1238.9kJ/kg |
100% | |
废气总余热量占水 泥窑总热耗比例 |
41.53% |
41.36% | |||||
可用于发电的余热量 |
预热器 |
3.565×107kJ/h |
26.3% |
5.91×107kJ/h |
38.1% | ||
冷却机 |
9.95×107kJ/h |
73.7% |
9.61×107kJ/h |
61.9% | |||
合计 |
1.3515×108kJ/h |
100% |
1.552×108kJ/h |
100% | |||
可用于发电的余热 |
预热器 |
1.86×107kJ/h |
39.7% |
2.927×107kJ/h |
49.4% | ||
冷却机 |
2.82×107kJ/h |
60.3% |
2.858×107kJ/h |
50.6% | |||
合计 |
4.68×107kJ/h |
100% |
5.785×107kJ/h |
100% | |||
可用于发电的 余热量占各自废气总余热量比例 |
预热器 |
27.2% |
36.48% | ||||
冷却机 |
100% |
100% | |||||
可用于发电 的余热量分别占 废气总余热量的 比例 |
预热器 |
15.47% |
22.9% | ||||
冷却机 |
43.16% |
37.23% | |||||
合计 |
58.63% |
60.13% | |||||
可用于发电的 余热量占水泥窑总热耗的比例 |
预热器 |
6.4% |
9.47% | ||||
冷却机 |
17.9% |
15.4% | |||||
合计 |
24.3% |
24.87% | |||||
冷却机热效率 |
~60% |
~75% | |||||
基本数据来源 |
摘自热工标定及电站设计资料 |
摘自工程设计及电站设计资料 |
表1中两条水泥窑可用于发电的总余热量与水泥窑总热耗的比例是基本相同的,但分布却发生了很大变化:由于原料粉磨系统普遍采用立磨工艺,使烘干物料用的预热器废气温度由~250℃降低至~210℃,在单位熟料预热器废气余热总量基本不变的情况下,可用于发电的余热量由占预热器总余热量的27.2%提高至36.48%;由于第三代冷却机热效率的提高,使可用于发电的余热量由占废气总余热量的43.16%降至37.23%,同时降低了熟料热耗。对于目前国内新型干法窑,当原燃料烘干所需的废气温度大于260℃时,可用于发电的总余热量将由24.87%降低至20.9%、预热器及冷却机间可用于发电的废气余热量比例也将与宁国水泥厂4000t/d生产线基本相同。
上述可用于发电的余热分布、比例,对确定余热发电热力循环系统及循环参数有重要的影响。
三、目前我国纯低温余热发电技术采用的几种热力循环系统、循环参数的分析及存在的主要问题
3.1 热力循环系统
近年来,根据安徽宁国水泥厂、广西柳州水泥厂余热电站模式,国内水泥窑纯低温余热发电采用的热力循环系统主要为以下三种:
其一: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),见图2;
图2 复合闪蒸单级补汽热力循环系统
其二: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,再一个为低压补汽),见图3;
图3 双压单级补汽热力循环系统
其三:采用单级进汽汽轮机及单压AQC炉的单压不补汽系统,见图4。
图4 单压不补汽热力循环系统
3.2 循环参数
结合目前国产汽轮机组系列参数及水泥窑废气温度,前述三种热力循环系统采用的循环参数(以汽轮机主进汽压力、温度为标志)主要为:主进汽压力0.98Mpa、温度305℃,主进汽压力1.57Mpa、温度305℃,主进汽压力1.27Mpa、温度315℃,其中仅宁国水泥厂为2.5Mpa- 350℃、柳州水泥厂为1.57Mpa- 350℃。
3.3 发电能力的计算及分析
对于5000t/d水泥熟料生产线,当分别采用上述三种热力循环系统及0.98Mpa- 305℃循环参数时,其发电能力的变化见表2。
表2 发电能力比较表(热力循环系统不同)
当某一种热力循环系统采用不同循环参数时,其发电能力也是变化的。其变化情况分别以单压不补汽系统、双压单级补汽系统、复合闪蒸单级补汽系统的1.57 Mpa-305℃、1.57 Mpa-325℃进行分析计算,见表3。
表3 发电能力变化(循环参数不同)
热力循环系统及循环参数 |
复合闪蒸单级补汽系统 |
双压单级补汽系统 |
单压不补汽系统 | |||||
1.57MPa-305℃ |
1.57MPa-325℃ |
1.57MPa-305℃ |
1.57MPa-325℃ |
1.57MPa-305℃ |
1.57MPa-325℃ | |||
|
主蒸汽参数 |
19.3t/h-1.72MPa-310℃ |
19.1t/h-1.72MPa-330℃ |
19.6t/h-1.72MPa-310℃ |
19.28t/h-1.72MPa-330℃ |
19.3t/h-1.72MPa-310℃ |
19.1t/h-1.72MPa-330℃ | |
主蒸汽给水温度 |
193℃ |
193℃ |
100℃ |
100℃ |
193℃ |
193℃ | ||
用于烘干的废气温度 |
230℃ |
230℃ |
215℃ |
216℃ |
230℃ |
230℃ | ||
AQC 炉 |
主蒸汽参数 |
10.75t/h-1.72MPa-310℃ |
10.56t/h-1.72MPa-330℃ |
10.93t/h-1.72MPa-310℃ |
10.73t/h-1.72MPa-310℃ |
10.75t/h-1.72MPa-310℃ |
10.56t/h-1.72MPa-330℃ | |
主蒸汽段给水温度 |
195℃ |
195℃ |
100℃ |
100℃ |
195℃ |
195℃ | ||
主蒸汽段废气出口温度 |
226℃ |
226℃ |
205℃ |
207℃ |
226℃ |
226℃ | ||
低压蒸汽参数 |
— |
— |
6.5t/h-0.25MPa-155℃ |
6.5t/h-0.25MPa-155℃ |
— |
— | ||
低压蒸汽段给水温度 |
— |
— |
95℃ |
95℃ |
— |
— | ||
热水段出水参数 |
62.26t/h-196℃ |
62.26t/h-196℃ |
36.58t/h-96℃ |
36.11t/h-96℃ |
30.45t/h-196℃ |
30.06t/h-196℃ | ||
热水段给水温度 |
70℃ |
70℃ |
30℃ |
30℃ |
30℃ |
30℃ | ||
进窑头电收尘器废气温度 |
102℃ |
102℃ |
104℃ |
105℃ |
128℃ |
129℃ | ||
闪蒸器进水参数 |
31.81t/h-195℃ |
32.2t/h-195℃ |
— |
— |
— |
— | ||
闪蒸器二次蒸汽参数 |
.11t/h-0.25MPa-126.79℃ |
4.19t/h-0.25MPa-126.79℃ |
— |
— |
— |
— | ||
闪蒸器出水参数 |
27.7t/h-126.79℃ |
28.01t/h-126.79℃ |
— |
— |
— |
— | ||
汽轮机主进汽参数 |
30.05t/h-1.57MPa-305℃ |
29.66t/h-1.57MPa-325℃ |
30.05t/h-1.57MPa-305℃ |
30.01t/h-1.57MPa-325℃ |
30.05t/h-1.57MPa-305℃ |
29.66t/h-1.57MPa-325℃ | ||
汽轮机补汽参数 |
4.11t/h-0.15MPa-饱和 |
4.19t/h-0.15MPa-饱和 |
5.5t/h-0.15MPa-150℃ |
5.55t/h-0.15MPa-150℃ |
— |
— | ||
汽轮机排汽参数 |
0.007MPa-38.66℃ |
0.007MPa-38.66℃ |
0.007MPa-38.66℃ |
0.007MPa-38.66℃ |
0.007MPa-38.66℃ |
0.007MPa-38.66℃ | ||
发电能力 |
5290KW |
5545KW |
5551KW |
5801KW |
4956KW |
5213KW | ||
汽轮机(含发电机)总相对效率 |
86.8% |
87.0% |
86.5% |
86.8% |
87.0% |
87.2% | ||
电站热效率 |
12.27% |
12.86% |
12.88% |
13.46% |
11.49% |
12.09% | ||
电站效率 |
32.93% |
34.51% |
34.55% |
36.10% |
30.84% |
32.44% |
编辑:gaoh
监督:0571-85871667
投稿:news@ccement.com
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