余熱發電工程設計改良策略范文

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充分利用水泥窯余熱措施

（1）雙壓技術

中信重工首創了水泥窯余熱發電雙壓技術，其原理是利用較高溫度的煙氣產生高壓蒸汽，利用低溫度的煙氣產生低壓蒸汽，從而實現煙氣余熱的梯級利用的目的。實踐證明，當窯頭鍋爐采用雙壓技術后，余熱發電系統的發電量相對單壓系統可提高8%~10%，對大型水泥窯余熱發電尤其有利。目前，隨著水泥工藝的改進和水泥技術的發展，通過加強高溫風機出口至增濕塔段管道的保溫、增濕塔旁路改造或采用管道增濕等技術手段，當窯尾鍋爐排煙溫度在170℃~190℃以上時即可滿足烘干原料的需要，這時窯尾鍋爐也可采用雙壓技術，利用較低溫度的煙氣熱量產生低壓蒸汽，作為補汽進入汽輪機做功發電，從而可大幅提高余熱發電量。

（2）優化煤磨取風工藝

煤磨運行時需要一定的高溫熱風用于烘干原料，在一些水泥窯余熱發電系統中煤磨用風直接從進入窯頭鍋爐的煙氣中抽取，由于進入窯頭鍋爐的煙氣溫度遠高于煤磨用風所需溫度，這時則采用摻入冷空氣的方法降低進入煤磨的煙氣溫度，滿足煤磨正常工作時的用風要求，這就造成了高溫煙氣的浪費。實際上，可從篦冷機尾部排煙管道中抽取一部分低溫煙氣，然后再摻入很少的進入窯頭鍋爐的高溫煙氣就可滿足煤磨正常用風要求，這樣可大大降低煤磨運行時所用的高溫煙氣量，從而更多的高溫煙氣進入窯頭鍋爐，提高了系統發電量。

（3）窯頭鍋爐排煙循環再利用

窯頭鍋爐排煙溫度一般在100℃左右，現有余熱發電系統中窯頭鍋爐排煙一般經除塵裝置后由窯頭排風機排入大氣，被白白浪費。實際上這部分熱量是可以被有效利用的，通過循環風管道將窯頭排風機的排煙接到篦冷機下冷卻風機入口，則可以提高進入窯頭鍋爐的煙氣溫度約20℃~50℃，從而可大幅提高余熱發電量。在窯頭鍋爐循環風利用系統中，為了不影響水泥熟料質量，循環風管道只接入篦冷機二段和三段前部的冷卻風機入口。窯頭排煙循環風再利用的不利因素是提高了冷卻風機功耗，但循環風利用后余熱發電系統發電量的增加遠大于冷卻風機功耗的增加，而且循環風管道安裝方便、投資成本較低，所以循環風利用是提高余熱發電系統發電能力的一個重要措施，在高寒地區效果尤其明顯。

（4）窯筒體輻射熱利用

水泥回轉窯筒體表面溫度在300℃~400℃左右，時刻向周圍環境輻射熱量，因此可在窯筒體周圍設置輻射換熱面回收該部分熱量。由于輻射換熱能力與溫度的四次方成正比，而窯筒體表面溫度不是太高，僅靠窯筒體輻射不足以加熱給水產生高溫蒸汽，因此很難將此部分熱量用于余熱發電。目前廣泛采用的利用措施是采用一套獨立的水循環系統，利用窯筒體輻射產生熱水，用于采暖或對外供熱水，取得了很好的經濟效益。

（5）其它措施

在水泥窯余熱發電系統的設計中還有一些其它的充分利用水泥窯余熱措施，如對窯尾增濕塔旁路改造、采用新型熱力除氧和加強煙氣、蒸汽管道保溫等，都可以將水泥窯余熱進一步利用，提高余熱發電能力。

提高余熱發電系統效率措施

（1）優化篦冷機取風工藝

水泥線中原有篦冷機尾部排煙管道中煙氣量大，但煙氣溫度較低而且很不穩定。若將篦冷機尾部排煙直接用于余熱發電不僅效率較低，而且鍋爐時刻處于變負荷運行，給操作帶來很大的不便。因此，在余熱發電設計過程中，需將進窯頭鍋爐的煙氣取風口設在篦冷機中部，此時煙氣溫度一般在360℃以上且較為穩定。尾部排煙管道作為一個旁路，當窯頭鍋爐運行不正常時，煙氣從篦冷機尾部煙道中排出。采用優化后的篦冷機取風工藝可提高鍋爐產汽溫度，從而可提高余熱發電系統熱效率。

（2）公共過熱器

對于水泥窯余熱發電系統，蒸汽溫度和壓力越高，系統的發電效率越高，因此可以通過提高蒸汽溫度來提高余熱發電系統效率。一些水泥熟料生產線，窯尾鍋爐進口煙溫在310℃以下，受此制約窯尾鍋爐出口蒸汽溫度在290℃左右；而窯頭鍋爐循環風利用后進余熱鍋爐煙溫可達380℃以上，因此可以將窯尾鍋爐溫度較低的蒸汽引入窯頭鍋爐過熱，提高蒸汽溫度，從而可提高發電系統熱效率。

（3）提高凝汽器真空度

凝汽器真空度決定了汽輪機蒸汽排汽焓，蒸汽排汽焓越低則轉化為電能的蒸汽焓差越大，系統發電量也就越大，反之亦然。在設計中為提高凝汽器真空度可采取的措施主要有：①增加射水抽氣器抽干空氣量，降低凝汽器中不凝氣體的含量，從而提高凝汽器真空度；②采用膠球清洗裝置增強凝汽器換熱效果，減少換熱端差，降低凝汽溫度；③設計中選用合理的循環冷卻水倍率，增加循環冷卻水流量。

（4）合理布局工藝流程

合理布局余熱發電系統工藝流程降低蒸汽沿程的溫度、壓力損失，則可提高進入汽輪機蒸汽的品質，從而提高發電量。在設計過程中應合理利用水泥廠現有場地，將汽機房布置在窯頭鍋爐附近，縮短鍋爐和汽機房間距。

（5）其它措施

加強窯尾鍋爐清灰效果和窯頭沉降室沉降效果，可提高鍋爐效率，從而提高了余熱發電系統效率。另外，采用新型熱力除氧提高給水品質，防止鍋爐管道中的結垢，也可提高鍋爐效率。

降低余熱發電廠用電措施

（1）雙曲線自然通風冷卻塔

自然通風冷卻塔運行和檢修成本低，但占地面積大、初投資成本高。對于裝機容量較小的余熱發電系統采用機力通風冷卻塔更具優勢，而當余熱發電系統所需循環水量很大，如萬噸線水泥窯余熱發電或兩條5000t/d水泥窯余熱發電系統共用一套循環冷卻設備時，采用雙曲線自然通風冷卻塔比機力通風冷卻塔更具優勢。

（2）水輪機冷卻塔

對于產量較低水泥窯余熱發電站，若選用自然通風冷卻塔時則存在投資回收期較長或廠區占地條件限制，這時可選用水輪機冷卻塔代替傳統機力通風冷卻塔以降低廠用電。其原理是將水輪機與冷卻塔頂風機連接，利用循環冷卻水回水余壓帶動水輪機轉動，進而推動冷卻塔頂風機轉動，形成空氣-水強制循環，將循環水冷卻。水輪機冷卻塔廢除了傳統機力通風冷卻塔中用電機驅動風機的方式，節省了風機電耗。其不利因素是一定程度上提高了循環水泵揚程，在循環水泵選型中需選用揚程稍大的循環水泵，造成水泵電耗有所增加，但循環水泵電耗的增加量比風機電耗小，另外水輪機冷卻塔還具有震動、噪音較小，檢修方便等優點，因此采用水輪機冷卻塔具有顯著的綜合效益。

（3）采用變頻電機

余熱發電系統中泵與風機的選型一般按額定工況條件加上一定的安全余量進行選擇，但在實際工作過程中余熱發電工況條件不斷變化，泵與風機所選的額定流量、揚程較大，實際所需較小，需通過閥門節流調節至合適的流量與揚程，而閥門節流存在較大的節流損失，導致電機消耗的電量大于實際所需電量，廠用電率較高。當使用變頻電機時，當系統所需流量較小時可通過調節泵與風機轉速而調節流量，因此不存在閥門節流損失，功耗較小。根據水泥窯余熱發電運行中經驗，當凝結水泵、給水泵、循環水泵和冷卻塔風機均采用變頻時，廠用電率可降低至6%左右，大大降低運行成本。

（4）采用新型熱力除氧

采用新型熱力除氧方式，將除氧器布置在窯頭鍋爐平臺上。汽輪機來的凝結水加壓后進入窯頭鍋爐尾部受熱面加熱到一定溫度（如110℃）后，進入窯頭鍋爐上的熱力除氧器，除氧器采用大氣式熱力除氧，進入除氧器的給水可自身降壓后沸騰，滿足系統除氧要求。采用新型熱力除氧方式可充分利用窯頭鍋爐尾部煙氣低溫余熱，一般不需占用鍋爐產生的蒸汽，所以不影響系統發電量。而且熱力除氧效果更好，并可省去化學除氧中的藥物和電力消耗，運行成本更低。

結論

隨著水泥窯余熱發電技術的大力推廣，工程設計中對水泥線余熱參數和余熱發電熱力系統的認識更加清晰，余熱發電技術也得到了進一步的提高。在水泥窯余熱發電設計過程中，根據不同的水泥線余熱情況，合理布局余熱發電工藝、應用先進技術措施，可進一步提高水泥窯余熱發電能力、降低運行成本。

作者：彭巖劉懷亮王新建時小寶單位：中信重工機械股份有限公司