第9章纯低温余热发电技术

第9章纯低温余热发电技术内容摘要：

影响余热电站安全运行，补给水处理系统的水质指标按中温中压进行 设计。 一级反渗透 +混床制除盐水与用软化水相比较： 可降低锅炉排污率，从而降低热量的损失，提高了余热的利用效率。 用一级反渗透 +混床制除盐水的排污率为 ％，用软化水的排污率为 9％。 大大提高了补给水水质，解决了中低压锅炉中常用软化水作补给水而引起的硅酸盐结垢的问题。 有利于锅炉的长期稳定运行，延长了锅炉的使用寿命。 由于纯低温余热发电利用废烟气，温差波动较大，造成锅炉负荷变化大，因此蒸汽中携带的盐分较多，在过热器及汽轮机中造成盐类的积聚，引起过热器堵塞及汽轮机故障，选用纯度较高的除盐水，能在负荷不稳的情况下 保证蒸汽的品质，提高系统运行的可靠性。 一级反渗透 +混床制除盐水与用一级除盐水相比较： 可降低酸碱耗量，一级反渗透 +混床的再生酸碱耗量为一级除盐水的 5％，从而减少了酸碱废水的排放量，有利于环境保护。 减少了系统的频繁再生操作，使系统的运行操作更简单 ,系统的出水水质更易得到保证，且大大提高了出水水质。 采用一级反渗透 +混床水处理系统符合系统及现场的条件，有利于系统的稳定运行，保证锅炉给水水质。 （ 5） 工艺流程 化学水处理车间的供水来自厂区生产给水管网，其供水的浊度应小于 10 度，首先预处理工序。 在预处理工序，先通过机械过滤器进行杀菌、混凝、过滤等处理，再加入还原剂后进入活性炭器，中和残余的氧化剂，去除机械杂质、胶体、微生物、有机物过滤后得到污染指数 SDI≤5 的过滤水，再经加入阻垢剂后进入反渗透处理工序，避免反渗透膜上结垢。 在反渗透处理工序，水经保安过滤器进一步去除杂质，再用高压泵升压后送至两级反渗透装置，除去大约 96%盐后得到一级脱盐水进入离子交换（混床）处理工序。 一级脱盐水经脱碳塔脱除二氧化碳后，再由中间水泵送进入混合床进行深度处理，将水中的各种盐类去除，达到二级脱盐水质量（即：水质达到电 导率不大于 ，二氧化硅不大于 10ppb）后进入二级脱盐水箱。 二级脱盐水进入除盐水箱后，再通过除盐水泵供至余热锅炉。 （ 6）热工控制 a． 机组控制方式 采用机炉电集中控制方式，两炉一机组合设一集中控制室。 采用技术先进、性能可靠的集散型控制系统。 机组设工程师站 1 台，操作员站炉 1 台、机 1 台（两者可以互相切换）。 辅助控制盘位于操作台后面，上面设有极少量必要的常规仪表、操作设备和随主设备供货的控制监视设备。 电子设备间布置 DCS 机柜， DEH 机柜等，电动门配电箱等就地布置。 b． 控制水平 为使机组的控 制水平适应自动化技术的快速发展，本工程机组的自动化水平将按下列原则进行设计。 实现机、炉、电的统一运行管理，机组以 DCS 的操作员站的 CRT 为中心对机组的运行进行监视和控制。 c． 控制功能 采集和处理功能（ DAS） DAS 是分散控制系统的一个功能站，通过 CRT 屏幕的显示，为运行人员提供机组运行的各种信息，具有报警显示、报表打印、模拟量输出、开关量输出、运行操作指导、事故追忆、画面拷贝和性能计算等功能。 模拟量控制系统（ MCS） 协调锅炉、汽机及辅机的运行。 主要控制回路有：机组负荷、主汽压力、主汽温度、给水、除氧 器水位、凝汽器水位、轴封压力、汽包水位及温度的自动控制。 顺序控制系统（ SCS） 根据工艺系统的特点和要求，把机组和辅机的启、停控制程序分成若干个特定的功能组，分别接受 SCS 的指令，实现有关程序控制功能。 汽机配置汽机数字电液调节系统（ DEH）、汽机紧急跳闸保护系统（ ETS）。 4． 复合式纯低温余热发电系统 （ 1）技术要点 ① 熟料篦冷机采用多级取废气方式，实现了废气热能的梯级利用； ② 利用篦冷机中部靠前位置抽取的废气，设置了独立的废气余热过热器，便于蒸汽参数的调整控制； ③ 热力系统采用相对较高的主蒸汽参数， 为提高余热发电能力提供了保证； ④ 汽轮机采用多级混压进汽 （ 即补汽式 ） 汽轮机， 使能量得到合理利用，提高了余热回收效率 ； ⑤ 窑头余热锅炉、窑尾余热锅炉给水系统各自独立，为两台锅炉的运行互不影响创造条件； ⑥ 锅炉给水除氧系统采用 145℃ 以下低温废气余热，不再额外消耗化学药品或电能； ⑦ 窑尾余热锅炉设置锅炉出口废气温度调整装置，既满足了原燃材料的烘干要求，又使废气余热最大限度地转化为电能。 （ 2）工艺流程 窑尾余热锅炉（ SP 锅炉）设在窑尾预热器与高温风机入口之间，采用立式结构，安装在高温风机上部。 保留原有的废气管道 ，作为 SP 炉的旁通管道。 SP炉入口管道、出口管道以及旁通管道上均增设电动百叶阀门，正常情况下，关闭旁通管道上的电动百叶阀，窑尾废气全部通过 SP 炉进行换热。 窑尾余热锅炉投入运行后，窑尾增湿塔停止喷水，这样用于烘干的窑尾废气湿度大为降低，废气吸水能力将高于增湿塔喷水时的废气 吸水能力 ，也即窑尾用于烘干的废气温度将低于 200℃。 考虑物料水份随季节的变化，有时又需要出窑尾 SP 锅炉的废气温度高于 200℃ ，这样就需要出窑尾 SP 锅炉的废气温度能有较大的可控制的变化范围。 由于采用相对高压的蒸汽参数，使窑尾 SP 锅炉的出口废气 有条件再增设低压蒸汽段，通过调整低压蒸汽段的运行方式（而不是采用调整 SP 炉旁通废气管道阀门开度的方式）使出 SP 炉低压蒸汽段的废气温度可根据物料烘干需要进行调整（调整幅度根据每个工程的需要来确定）。 SP 余热锅炉故障或检修时，打开旁通管道上的电动百叶阀，关闭 SP 炉进、出口的电动阀，窑尾烟气切换到旁通烟道，开启窑尾增湿塔的喷水增湿系统，使水泥熟料煅烧系统正常运行。 窑头篦冷机废气余热通过窑头 AQC 余热锅炉及独立设置的 余热过热器（简称 ASH 过热器）回收。 篦冷机采用多级取废气方式，根据 熟料 篦冷机 废气温度从头部的约 650℃ 到尾部的约 90℃ 逐步降低的工况，为充分利用窑头熟料冷却机的废气余热，在不影响入窑二、三次风的风温、风量条件下，调整篦冷机的开口位置，按其温度分布进行梯级利用并考虑电站对水泥窑生产波动的适应及简化电站操作，将取热方式分为高温段和中温段。 利用冷却机中部抽取的废气（中温段：～ 350℃ ），在回转窑窑头设置一台AQC 余热锅炉；利用冷却机中部靠前位置抽取的废气（高温段：～ 500℃ ），在回转窑窑头设置一台 AQCSH 余热过热器。 余热过热器通过换热，将来自 AQC余热锅炉的饱和蒸汽过热后，出 ASH 余热过热器的废气再与 冷却机中部（中温段）抽取的废气混合后进入 AQC 余热锅炉进行热交换。 为减少熟料粉尘对 AQC 锅炉及 ASH 过热器的磨蚀，由窑头篦冷机抽取的废气，在进入 AQC 锅炉和 ASH 过热器前，各设置一级沉降室（或旋风收尘器），滤去大颗粒粉尘后，再由管道引向 AQC 锅炉和 ASH 过热器。 出 AQC 锅炉的废气与篦冷机尾部排出的剩余低温余风汇合后，进入原有的窑头收尘器收尘，净化后的尾气通过窑头排风机排放。 原余风管路系统可做为AQC 锅炉和 ASH 余热过热器的旁通烟道，当锅炉故障或水泥生产不正常时关闭去 AQC 锅炉及 ASH 过热器的阀门，气流由 此旁路系统直接排至窑头收尘器。 在篦冷机原余风管路上、新设的去 AQC 锅炉、 ASH 过热器管路上和出 AQC 锅炉管路上均增设电动百叶阀门，以实现对气流的控制和切换。 AQC 锅炉、 ASH过热器和沉降室的烟气总阻力控制 到 小于 1000Pa，使改造后的气体流量和压力在窑头排风机的能力允许范围之内。 （ 3）热力系统 汽轮机凝结水经凝结水泵送入疏水箱，经疏水泵为窑头 AQC 余热锅炉热水段、 AQC 蒸汽 Ⅱ 段、 SP 蒸汽 Ⅱ 段供水， AQC 余热锅炉热水段生产的 100～ 105℃热水通至除氧器除氧后，经锅炉给水泵作为 AQC、 SP 余热锅炉蒸汽 Ⅰ 段的 给水；AQC、 SP 蒸汽 Ⅱ 段生产的 ℃ 过热蒸汽，一部分去除氧器用于热力除氧，另一部分进入汽轮机补汽口，辅助做功； AQC 蒸汽 Ⅰ 段生产的 ℃饱和蒸汽与 SP蒸汽 Ⅰ 段生产的 ℃ 蒸汽混合后进入 AQCSH余热过热器过热到 ～ — 340～ 435℃ 的过热蒸汽进入汽轮机的主进汽口；汽轮机做功后的乏汽通过冷凝器冷凝成水，经凝结水泵送入疏水箱，从而形成完整的热力循环系统。 图 95 复合系统热力流程图 （ 4）主要设备及系统配置 ① SP 余热锅炉 窑尾 SP 锅 炉采用立式结构，设置蒸汽 Ⅰ 段、蒸汽 Ⅱ 段运行。 蒸汽 Ⅰ 段设高压加热器、高压蒸发器，生产 ～ 的饱和蒸汽；蒸汽 Ⅱ 段设低压加热器、低压蒸发器和低压过热器，生产 ℃ 的过热蒸汽；通过调整蒸汽Ⅱ 段 ℃ 的蒸汽产量使出 SP余热锅炉废气温度降至 170～ 210℃ 后供原料烘干。 ② AQC 余热锅炉 窑头 AQC 锅炉 采用立式自然循环，余热锅炉分为蒸汽 Ⅰ 段、蒸汽 Ⅱ 段和热水段运行。 蒸汽 Ⅰ 段设高压加热器、高压蒸发器，生产 ～ 的饱和蒸汽；蒸汽 Ⅱ 段设低压加热器、低压蒸发器和低压 过热器，生产 ℃ 的过热蒸汽；热水段设加热器，生产 100～ 105℃ 的热水。 ③ AQCSH 余热过热器 AQCSH 余热过热器位于窑头，作用是将来自窑尾 SP 余热锅炉和 AQC 余热锅炉 ～ ～ ～ 435℃ 的过热蒸汽。 ④ 补汽凝汽式汽轮发电机组 汽轮机采用带补汽口的 补汽凝汽式汽轮机，发电机采用交流发电机，可控硅励磁。 ⑤ 循环冷却水系统 循环冷却水系统包括循环冷却水泵、 逆流式机械通风冷却塔 、循环水池及循环水管网。 该系统运行时，循环冷却水泵自循 环水池抽水送至各生产设备冷却用水，换热后的冷却水（循环回水）用循环水泵的余压送至 逆流式机械通风冷却塔 ，冷却后的水流至循环水池，供循环水泵继续循环使用。 为确保该系统良好、稳定的运行，系统中设置了旁滤和加药装置。 ⑥ 化学水处理系统 采用 “ 组合式双柱锅炉软化水 ” 系统，该系统具有经济实用、常年运转费用低、操作简便、整体性强、占地面积小等特点。 处理流程为：自厂内工业水管网进入车间清水箱，由清水泵将水送至组合式双柱锅炉软化水装置，然后进入软化水箱，通过软化水泵送给汽轮发电机房。 在原水总硬度 ≤300mg/L、浊度 ≤2 度、氯化物＜ 25mg/L 情况下，处理后水质残留硬度可达到 ≤。 ⑦ 电气接入系统 为保证电站运行的可靠性和供电质量，电站的主接线采用单母线不分段的接线方式，由发电机出口开关、电站与总降 母线相联的联络开关及电站内部的母联开关组成发电机母线段。 该种接线方式可保证电站与系统联络灵活，同时亦可保证站用电的安全和可靠。 ⑧ 自动化系统 a． 设计原则和控制方式 系统的控制仪表及设备，由数字控制系统的控制装置和由 CRT 监视装置为主构成的集散型控制系统组成。 设备运行时的控制、监视及保护、调 节均由设在汽轮发电机房的主控室集中监控。 b． 控制功能 通过计算机控制系统，可进行按车间、按块、按流程的马达及阀门的顺序起动和停止，同时实现自动顺序联锁、保护。 对于热工参数及信号，具有数据记录功能，图形表示功能和操作功能。 对于汽包水位、凝汽器水位、锅炉主蒸汽温度、除氧器水箱水位、除氧器工作压力、补汽压力等由 DCS 系统实现自动调节。 利用 DCS 系统同时实现生产报表、操作运行记录、事故发生及处理记录、参数运行曲线打印等管理控制功能。 可利用余热参数 废气余热品位的界定 对于热能 动力转换设备 蒸汽轮机而言，国内标准的中小型汽轮机按进汽参数分为：高压高温机组，进汽压力大于 ，进汽温度为 435～ 555℃ ；中压中温（及次中压中温）机组，进汽压力为 ～ ，进汽温度为 340～435℃ ；低压低 温机组，进汽压力小于 ，进汽温度为 280～ 340℃。 根据汽轮机进气参数，考虑利用废气余热生产水蒸气所需传热温差的要求，水泥窑余热品位应当确定为： 高温废气余热：废气温度大于 650℃ 中温废气余热：废气温度 为 350～ 650℃ 低温废气余热：废气温度小于 350℃ 新型 干法水泥生产线可利用余热估算参数及热源分布 余热发电在新型干法水泥生产线中 的 利用就是在不影响水泥熟料产量、质量，不降低水泥窑运转率，不改变水泥生产工艺流程、设备，不增加熟料电耗和热耗的前提下，将水泥窑窑尾预热器排出的废气余热、窑头熟料冷却机排出的废气余热转化为电能的技术。 因此废气的流量和温度是余热发电系统设计最基本的参数，了解和掌握新型干法水泥生产线废气热源的分布及水泥生产系统各主机设备的运行工况和参数是余热发电系统设计关键所在。 表 91为新型干法水泥生产线可利用废气余热及温度的统计，可 供 设计初期参考： 表 91 新型干法水泥生产线排放 废气工艺估算指标 序号 项目名称 单位 估算指标 计算依据 备注 一 预热器 出口 废气量 Nm3/ ～ 预热器 出口 废气温度 ℃ 320～ 350 320～350 可利用低 温余热 二 生料烘干用风量 Nm3/ ～ 生料烘干用温度 ℃ 170～ 220 210 三 篦冷机 1 篦冷机废气量 Nm3/ ～ （三代） ～ （ 四 代） 篦冷机废气温度 ℃ 20～ 50 50。