水泥窑余热锅炉设计

水泥窑余热锅炉设计（共8篇）

水泥窑余热锅炉设计 篇1

引言

随着工业化生产的发展和原料资源的日趋紧张, 水泥生产行业市场竞争空前激烈, 各个生产厂家努力降低生产成本。水泥行业在窑头AQC余热锅炉和窑尾SP余热锅炉的余热利用方面, 无论是热力系统还是整个窑系统能量的综合利用上已相当成熟和完善。然而, 在水泥窑生产线旁路放风工艺中所放掉的部分烟气因温度高、灰尘含量特别大, 一直处于零回收状态。为充分利用这部分余热烟气, 减少温室气体排放, 进一步降低水泥生产能耗, 南通万达锅炉有限公司针对水泥线旁路放风烟气特性, 研发了适用该余热烟气的新型余热锅炉, 目前该锅炉已实施运行。

1 烟气特性

锅炉余热烟气条件如表1所示。

空气、烟气的平均比热容和灰的平均比热容如表2所示。

由表1计算可知烟气中灰尘总量为28t/h, 体积量32m3/h。

由表1、表2计算灰的热值:56000×500×800×0.959/3600/1000000=5.967MW。

由表1、表2计算可知烟气总热焓值:56000×800× (0.69×1.3670+0.29×2.1311+0.006×1.4499+0.008×1.6680) /3600/1000=19.703MW。

灰的总热值与烟气总热值之比为:5.967:19.703=1∶3.3。

由此可见, 烟气灰的温度高, 灰粒细, 灰量大, 锅炉本体结构设计时需考虑灰所带进锅炉内的焓值、灰焓值能被吸收热量的份额、灰在各段沉降的份额、以及灰对受热面传热系数的影响。特别是积灰会大大恶化传热效果, 有效的积灰清理是关系到放风余热锅炉能否成功的关键。

2 余热锅炉参数 (见表3)

注:表中锅炉蒸发量是为灰热值利用率的保守值。

3 放风炉锅炉主要技术分析

3.1 炉型整体外形结构的确定

锅炉采用立式、自然循环的倒”U”型结构。在文献[1]中显示, 对颗粒度大于10～30μm的颗粒, 由于它有较大的动能, 能引起磨损和破坏作用。烟气灰含量达500g/m3, 烟速太高势必发生受热面磨损问题, 所以烟气流速控制在7.5m/s以下。流速的控制, 还需考虑清灰效果。单层受热面管组高度不能太高, 这样受热面的管组多, 如采用单通道烟气上进下出, 虽利于烟道内灰的清理, 但锅炉高度太高, 钢架结构长高比太大, 结构设计不合理。如采用上进上出的“U”型布置, 高温受热面的灰浓度太大, 灰的热阻大、传热差。且尾部省煤器介质流向必须从下向上, 以便于排除其中的空气, 避免引起局部氧腐蚀问题, 这样介质的流向与烟气流向一致, 即顺流, 烟气温度无法降下来。所以锅炉采用倒“U”型结构, 其优点是: 烟气由进口烟道进入炉内, 经过大于90°的转角, 大颗粒的灰因离心力的作用和自重的共同作用沉降到下部的灰斗内, 实现初始沉降, 大颗粒的沉降, 减轻对迎风面管子的磨损。这些灰的沉降虽是能量的损失, 但综合考虑灰的磨损、清理、传热的阻碍, 利大于弊。

3.2 高温段受热面的布置

水泥窑旁路放风的烟气温度高, 灰尘多, 该余热高温烟气如从无受热面的进口烟道直接引入锅炉内, 不经过降温和灰尘的沉降直接进入过热器, 这么大的灰尘含量, 直接与密集的过热器对流受热面接触, 这么多的灰粒子本身的热焓值较大对过热器的传热影响较大, 难以控制主蒸汽温度, 且壁面温度越高, 灰粒子的硬度越小, 灰越易堆积, 极易发生高温粘结性积灰, 使过热器管子壁面温度超温发生爆管安全和烟道堵塞问题。为防止管壁超温和主蒸汽温度超范围波动, 在锅炉进口处布置适量的膜式水冷壁, 其优点是:

1) 布置的水冷壁能充分吸收高温烟气的辐射热, 物体的热辐射能力与热力学温度4次方成正比, 即E=σT4, 这样可用少量的受热面积获得较大的蒸发量, 相对对流受热面单位钢耗的蒸发量大, 钢材耗量少。

2) 膜式水冷壁空烟道, 水冷度大, 烟气流通截面积大, 烟气的流速降低, 动能降低, 灰粒温度降低, 均利于大颗粒的沉降, 防止受热面的磨损和积灰。

3) 烟气温度降到一个比较稳定的区域, 可保护过热器, 主蒸汽的温度较易控制, 不会发生管壁超温现象。

4) 高温烟气段布置膜式水冷包墙, 较方便地布置护管炉墙。

5) 锅炉的漏风系数小, 热效率高。

6) 下部的锥形水冷墙, 可进一步冷却高温灰, 降低排灰温度。

3.3 对流受热面的结构形式

对流受热面的主要积灰形态如图1所示。针对温度为800℃、灰含量500g/m3的余热烟气, 分析飞灰沉积在受热面的程度。

注:h1—管子背风面积灰高度;h2—管子迎风面积灰高度;D—管子直径;ϕ1—管子背风面积灰堆积角度;ϕ2—管子迎风面积灰堆积角度;2h—管子外壁间净宽度。

当烟气流过管束时, 在管子的背后出现了气流的停滞区, 灰粒受惯性作用而沉积, 所以在每根管子的背后, 积灰的可能性最大。在烟气温度约为800～600℃时, 将形成高温沉积灰, 锅炉管的沉积灰是细粒粉状物。管子圆周上的积灰为ϕ1/π=0.17～0.25 (相应于h1/D=0.08～0.2) 和ϕ2/π=0.33-0.39 (h2/D=0.5～0.97) 。有20%～30%的管子有积灰搭桥的现象, 宽度相当于ϕ/π=0.2～0.25。以管径ϕ42mm计算, h1=3.36～8.4mm, h2=21～40.74 mm。从锅炉热力计算数据 (见表4) 可知, 余热锅炉的过热器和高温蒸发器存在高温积灰现象, 受热面处的烟气流为上升段, 管束迎风面积灰高度要小于3.36～8.4 mm, 可背面的高度要大于21～40.74 mm。

在烟气温度较低时600～400℃, 管子受热面覆盖有单侧细小颗粒的积灰, 即低温沉积灰, 其长度约为h/D=0.2, ϕ/π=0.25, 为单侧楔形积灰。以管径ϕ42mm计算, h=0.2×42=8.4 mm。

通常烟气在锅炉烟道中流动时, 小于30μm的灰粒主要都沉积在管子表面上。

错列管束管子直径对沾污系数的影响如图2所示。管子直径越大, 沾污系数越大。

从上述数据和表1灰粒直径1～30μm可知, 锅炉灰的粘附性强。受热面污染系数大, 需较常规锅炉受热面要有更多的受热面面积。受热面结构最好采用防止出现气流停滞的区域, 选取合适的管子直径。所以对这种烟气特性的余热锅炉所有对流受热面采用错列膜式结构, 优点有:

1) 膜式片可充当受热面积, 相同吸热量时, 膜式对流受热面的金属消耗量少, 且光管管束减少, 管组数也相应减少, 锅炉本体其它结构件钢耗也减少。

2) 膜式片处受热面为竖直面, 以竖直面代替易积灰的光管, 灰不易堆积。且因在管子之间有膜片阻隔, 不易在管子背后出现烟气流的停滞区, 不会发生灰的堆积。

3) 管束数减少, 管束的阻力减小, 锅炉本体的总阻力少。

4) 清灰方便, 特别对采用气流式吹灰跟有利。膜式结构, 当气流吹灰时, 气流不会放散出去, 气流量不会随沿程衰减, 能保持较强的吹扫力。

5) 错列管束的污染系数在相同的烟气流速的情况下要比顺列管束小。

6) 管子直径为42mm, 即兼顾防止污染系数大, 又考虑弯管半径和鳍片鳍根处工作温度不能超过材料的使用温度, 以及鳍片和管子之间不能有过大的热应力。

3.4 积灰的清理

根据烟气温度的高低, 余热锅炉内的积灰一般分为高温区积灰、低温区积灰和过渡温区积灰。放风锅炉的积灰属于高温区积灰和低温区积灰, 均为固体颗粒的灰尘。根据积灰形成的机理, 余热锅炉内的积灰一般分为松散性的积灰、黏附性积灰和黏结性积灰。放风炉锅炉的积灰属于松散性的积灰。高温区松散性积灰一般认为是由于热泳力、静电引力及分子引力作用沉积到受热面。低温区松散性积灰一般认为是由于静电引力和分子引力的作用形成的。

在烟气流场中存在着大小不同的温度梯度, 颗粒处在有温度梯度的流场中, 将受到来自高温区的热压力而向低温区迁移运动的力通常称为热泳力。

分子引力是因单位质量微小颗粒具有较大的比表面积, 也就是具有较大的表面能, 当颗粒和管壁接触时, 分子与管壁的吸引力大于颗粒本身的重量时, 就会附着在管壁上, 其颗粒直径一般在3～5μm。

静电引力是烟气中的颗粒由于彼此间的碰撞、摩擦等作用带上电荷, 如颗粒直径小于10μm, 静电引力大于颗粒本身重量而被吸附到管壁上, 甚至20～50μm的灰粒也可能被吸附。但是这种热泳力、分子吸引力和静力引力的作用, 当积灰厚度增大到一定尺寸时, 其重量及烟气流的冲刷将超过这些综合力的作用而脱落, 从而使灰的厚度不再增长而自行终止。

从图1可以看出, 积灰的覆盖厚度和覆盖面积较严重, 大大恶化传热, 必须尽量防止积灰。采用膜式受热面布置形式是防止积灰的有效方法。提高烟速、增大管子节距, 但积灰还会不断地出现, 这些积灰必须及时清理。

目前常用的清灰设施有吹灰器、声波清灰、激波清灰和机械振打装置。这些清灰方式都在实践中使用, 而且都有一定的效果。但针对放风锅炉积灰特性, 在高温段采用蒸汽吹灰、低温段采用机械振打的清灰效果最为理想。其原因是由于放风炉烟气中含灰量很高, 管子表面积灰速度快, 就需要将清灰周期缩短。上述清灰方式, 它们都是周期性的, 间隔时间越长, 受热面上的平均积灰厚度越大。机械振打的清灰周期最短, 用它清理低温区的积灰无论是经济性还是清灰效果都是最好的。在高温区因烟气温度太高, 采用振打清灰, 没有合适的耐温振打杆的材料。且高温区的积灰较低温区积灰更难清理, 需要有更大的冲击力。采用长伸缩式过热蒸汽吹灰器能达到较理想的清灰效果, 其理由是吹灰介质压力高, 单孔沿程吹扫, 吹扫介质动能衰减少, 喷射速度大, 能清除黏附性较强的积灰。吹扫周期可根据现场运行情况, 实时调整。

4 锅炉结构简述

锅炉采用倒“U”立式两通道结构, 按烟气流向分别布置水冷壁蒸发器、过热器、高温蒸发器、低温蒸发器、省煤器, 所有对流受热面均为膜式结构, 错列布置。一组过热器和两组高温蒸发器固定在水冷壁包墙上, 包墙外布置刚性梁, 刚性水冷包墙采用悬吊在钢架梁上结构, 过热器和高温蒸发器整个随水冷包墙向下膨胀。上升段2组低温蒸发器、下降段3组低温蒸发器和尾部4组省煤器分别为整体组装的管箱结构, 支撑在钢结构上, 向上膨胀, 受热面管悬吊在管箱的上梁上。

单锅筒, 整个蒸发系统采用自然循环, 饱和水由1根ϕ219×10集中下降管分别进入水冷包墙的环形集箱和各个水平对流蒸发器进口集箱, 经受热面吸热后产生的汽水混合物分别进入水冷包墙的上集箱和各对流受热面的出口集箱, 再由一根ϕ273×12上升管引入锅筒。

锅炉汽水系统较简单, 给水由给水操纵台送入省煤器加热后进入锅筒, 经内循环产生的饱和蒸汽进入过热器加热, 产生的过热蒸汽经减温调节装置产生合格的蒸汽送入汽轮机发电。

锅炉钢架按悬吊载荷、支撑载荷、地震载荷和风载荷进行强度、稳定性等设计, 特别注意的是载荷需考虑灰的沉积量和灰斗中的重量。在设计灰斗时须考虑灰的排放控制, 采用灰料位测量计, 并设有料位远传信号, 便于自动控制。

在操作、检修、测试位置布置了平台, 平台为栅格结构, 平台支撑在钢架上。

过热器和高温蒸发器段采用吹灰器清灰, 其余对流受热面采用机械振动装置进行清灰。内部振动装置随受热面管箱组装出厂, 整个锅炉的安装周期短。

高温的水冷壁包墙处采用护管炉墙, 重量轻, 现场安装方便。低温段和尾部受热面管箱采用内护板外保温, 保温与管箱整体组装好整体发货。整个锅炉炉墙密封性好, 漏风系数可控制在小于1%范围内。

5 结语

窑尾放风的余热利用能减少烟尘排放、提高水泥生产能效利用, 具有很好的社会效益和经济效益。该类产品开发分析烟气特性与结构设计, 结合多年各类余热锅炉的设计经验, 经过大量研究考证, 认为放风余热锅炉主要问题是烟气的积灰和清灰, 锅炉结构设计须防止受热面积灰以及积灰的清理, 防止影响锅炉和水泥生产系统的安全运行。该余热锅炉主要技术特点是:倒“U”结构, 高温段采用膜式水冷壁, 所有受热面膜式结构, 高温段蒸汽吹灰、低温段振打清灰, 合理的管间距和烟气流速等。该产品已实施运行, 效果较好。

水泥窑余热锅炉设计 篇2

用循环经济理念大力推广水泥窑纯低温余热发电走资源节约型产业发展道路--在全国新型干法水泥窑纯低温余热发电现场交流会上的讲话

去年以来,国务院先后发出了《关于建设节约型社会近期重点工作的`通知》和《关于加快发展循环经济的若干意见》等重要文件,批准发布了《节能中长期专项规划》.

作 者：张人为 Zhang Renwei 作者单位：中国建筑材料工业协会刊 名：中国建材 PKU英文刊名：CHINA BUILDING MATERIALS年，卷(期)：“”(6)分类号：关键词：

水泥窑余热锅炉设计 篇3

关键词：余热,节能,设计

1 锅炉参数及结构简介

该余热锅炉是应用于水泥窑纯低温发电系统设备中的AQC余热锅炉, 该锅炉设计入口烟温为360℃。流经锅炉高压过热器、高压对流管束、高压省煤器、低压过热器、低压对流管束和热水段, 烟温降至93℃左右。

1.1 锅炉进口烟气参数:

(1) 进口烟气量:130500Nm3/h

(2) 进口烟气温度:360℃

(3) 烟气含尘量:10g/Nm3

1.2 锅炉设计参数

(1) 高压额定蒸发量11.8t/h;

(2) 高压额定蒸汽压力2.5MPa (绝对压力)

(3) 高压额定蒸汽温度250℃

(4) 高压给水温度100℃

(5) 低压额定蒸发量2t/h;

(6) 低压额定蒸汽压力0.3 MPa (绝对压力)

(7) 低压额定蒸汽温度170℃

(8) 低压给水温度40℃

(9) 热水段出水量~36.2t/h

(10) 热水段出水压力1.2MPa (绝对压力)

(11) 热水段出水温度110℃

(12) 热水段给水温度40℃

2 设计要点

本锅炉属于立式自然循环余热锅炉。被加热的工质循环分为分为高压段、低压段和热水段三部分, 高压段给水在高压省煤器中被加热后进入高压锅筒, 然后自高压锅筒引出, 经下降管流入高压对流管束, 在这里被加热后的汽水混合物再引回高压锅筒, 经汽水分离而后进入高压过热器, 经过热器加热后引出额定参数的过热蒸汽。低压段给水直接进入低压锅筒, 然后自低压锅筒引出, 经下降管流入低压对流管束, 在这里被加热后的汽水混合物再引回低压锅筒, 经汽水分离而后进入低压过热器, 经过热器加热后引出额定参数的过热蒸汽。热水段给水进入热水段进口集箱, 在热水段中被加热后, 经热水段出口集箱引出, 作为高压段和SP余热锅炉高压段的给水, 此部分为强制循环。

本锅炉的热源来自水泥窑窑头排出的热空气, 其烟温较低, 粉尘含量较小, 为了防止积灰, 提高锅炉热效率, 达到实现锅炉安全、稳定运行的目的, 本锅炉结合实际运行情况, 及其具体结构特点, 在整个布置和设计中采取相应有效措施, 锅炉受热面采用厚壁螺旋鳍片管, 从而组织起更为有效的烟气流场, 加强换热, 并且能在较大程度上减轻磨损, 延长检修周期, 保证锅炉有较长的使用年限。受热面的布置全部采用错列形式, 合理地安排管组的间距, 从而既保证有足够的烟速, 达到所要求的换热效果。同时, 在那些烟速过高或受热面管壁减薄的易磨损区域, 精心安置了防磨装置, 保证整个系统运行的安全运行和稳定。

锅炉墙选用轻型护板炉墙, 降低了锅炉漏风系数, 从而满足水泥生产工艺和稳定发电的需要。

3 结构简介

以下分段阐述锅炉各部件结构及用途:

3.1 高压锅筒

锅筒内径为Ф1500, 材料Q245R。主要锅内设备有:旋风分离器、波形板分离器、给水装置等。进入锅筒的汽水混合物, 先经旋风分离器进行一次分离, 再经波形板分离器完成二次分离后引出。此外, 为了进一步提高汽水品质, 锅筒上还安置了加药管和排污管等结构。

3.2 高压过热器

过热器的工质与烟气逆流换热。过热器为φ51的螺旋鳍片管。过热器与护板组装出厂, 这样既便于检验和运输, 又大大减少现场的安装焊接工作量, 缩短了安装周期。

3.3 高压对流管束

对流管束的工质与烟气逆流换热。对流管束为φ51的螺旋鳍片管错列布置。对流管束与护板组装出厂, 这样既便于检验和运输, 又大大减少现场的安装焊接工作量, 缩短了安装周期。

3.4 高压省煤器

省煤器的工质与烟气逆流换热。省煤器为φ38的蛇形螺旋鳍片管错列布置。省煤器与护板组装出厂, 这样既便于检验和运输, 又大大减少现场的安装焊接工作量, 缩短了安装周期。

3.5 低压锅筒

锅筒内径为Ф1500, 材料Q245R。主要锅内设备有:水下孔板、波形板分离器、给水装置等。进入锅筒的汽水混合物, 先经水下孔板进行一次分离, 再经波形板分离器完成二次分离后引出。此外, 为了进一步提高汽水品质, 锅筒上还安置了加药管和排污管等结构。

3.6 低压过热器

过热器的工质与烟气逆流换热。过热器为φ38的螺旋鳍片管。过热器与护板组装出厂, 这样既便于检验和运输, 又大大减少现场的安装焊接工作量, 缩短了安装周期。

3.7 低压对流管束

对流管束的工质与烟气逆流换热。对流管束为φ51的螺旋鳍片管错列布置。对流管束与护板组装出厂, 这样既便于检验和运输, 又大大减少现场的安装焊接工作量, 缩短了安装周期。

3.8 热水段

热水段的工质与烟气逆流换热。热水段为φ38的蛇形螺旋鳍片管错列布置。热水段与护板组装出厂, 这样既便于检验和运输, 又大大减少现场的安装焊接工作量, 缩短了安装周期。

3.9 锅炉范围内管道

本锅炉锅筒上装有安全阀、压力表, 还装有用于水位表自动控制的电电接点水位表等控制接口, 锅筒两端各有一只高读水位表, 以及连续排污、加药阀等。在对流管束和省煤器每个入口集箱上均安装有一套排污阀。

3.10 检修

每级受热面间均设有人孔以便检修。

3.11 构架

在0米标高运转层上为钢结构构架, 锅炉共布置八根钢柱。钢柱与钢柱间用横梁相连组成闭合框架结构, 并有斜拉条相连组成抗震结构。利用锅炉的平台、楼梯, 运行人员可及时检查仪表, 调整安全阀及检查受热面的工作情况。

3.12 炉墙

为了提高锅炉的效率, 减少炉墙漏风, 降低锅炉的散热损失, 本锅炉采用轻型护板炉墙。

4 安全附件与电器控制

本锅炉根据《蒸汽锅炉安全技术监查规程》有关规定有以下阀门、仪表:闸阀、止回阀、截止阀、调节阀、节流阀、安全阀、压力表、水位表 (计) 、温度计等。为监督汽水品质, 本锅炉还配有炉水、饱和蒸汽、过热蒸汽的取样装置。

本锅炉电控系统与水泥窑控制系统联锁, 锅炉电控接收电接点压力表信号, 当锅炉超压时, 实施报警和联锁保护, 顺序切断烟风系统电源, 锅炉电控系统应有高低水位报警及联锁保护, 极限高水位时, 停止给水泵并报警;极限低水位时报警并顺序切断烟风系统电源, 超压报警、极限高、低水位报警、声光信号能够区分。主蒸汽温度接收测温热电偶信号, 超温时报警, 提醒运行人员调整。

5 热力计算

6 结束语

本锅炉采用四箱体结构, 结构紧凑, 美观, 便于运输, 安装, 缩短了安装周期, 受热面的焊接全部由锅炉生产商完成, 从而保证了锅炉的整体质量。该锅炉投入运行后, 其各主要技术参数均达到了设计要求, 说明该新型余热锅炉在设计上是成功的, 运行是稳定可靠的, 同时也为我国水泥行业提供了一种新型的利用水泥窑废气的节能设备。

参考文献

[1]余热锅炉设计及运行.北京有色冶金设计研究院.[1]余热锅炉设计及运行.北京有色冶金设计研究院.

[2][日]一色, 尚次, 等.余热回收利用系统实用手册.[2][日]一色, 尚次, 等.余热回收利用系统实用手册.

水泥窑余热发电研究进展 篇4

中国是世界上水泥主要生产国, 2010年中国水泥产量占世界总产量的60%。水泥行业也是高耗能产业之一。当前, 我国水泥工业中立窑、干法中空窑等落后技术装备还占相当比重, 可持续发展面临严峻挑战。

2 水泥窑余热发电国内外研究现状

2.1 国外研究现状

针对高温废热发电的研究已持续相当长的时期, 自能源危机以后, 低温余热发电才引起各国的关注。日本、美国、德国等在水泥窑余热发电技术领域较早涉入, 且技术较为成熟。

1981年, 日本住友公司岐阜水泥厂首先利用冷却机低温废气进行发电。目前, 日本有超过一半的新型干法水泥生产线已安装了余热发电装置, 且稳定性强、发电效率高, 位于余热回收技术领域的领先水平。同时, 德国也引进以色列ORMAT公司的技术和装备, 实现了冷却机的废气余热发电。以色列利用ORC系统针对水泥生产过程中产生的150℃~350℃低温烟气进行余热发电, 该技术被美国、日本、俄罗斯等国家引进。美国的Recurrent公司开发了一套以氨和水的混合液为工质的汽轮机余热回收发电系统, 技术较为领先。

2.2 国内研究现状

我国水泥窑余热发电技术发展较晚, 解放前其还处于空白状态。我国水泥窑余热发电技术主要经历了以下四个阶段。

第一阶段:20世纪50年代~80年代。首先, 为了解决水泥需求量增加和电力紧张的难题, 我国开始进行干法中空窑余热发电技术及装备的研发。后来, 参照日本引进德国技术在中国建立的中空窑余热发电装备, 对现有技术进行改造升级, 实现中空窑余热发电技术的突破。

第二阶段:20世纪90年代。随着我国新型干法工艺的发展, 废气温度已降至400℃左右, 但前期问题仍未解决。国家安排三项科技攻关课题, 实现了我国水泥窑余热利用技术的跨越。

第三阶段:20世纪90年代~21世纪初。此阶段主要为第二阶段余热发电技术及装备的普及与示范化应用。

第四阶段:21世纪初之后。随着人们节能和环保意识的不断提高, 单纯以发电量为目标的余热发电技术已经不能满足水泥余热发电的需求, 使水泥窑余热发电进入蓬勃发展时期。

3 水泥窑余热发电技术概述

在水泥窑余热发电技术发展过程中, 涌现出三代余热发电技术。

第一代余热发电技术:窑头和窑尾设置余热锅炉, 分别回收预热器一级出口和篦冷机排出的350℃~400℃的废气余热。主要包括单压不补汽式系统、双压补汽式系统、复合闪蒸式系统, 其均通过产生低压的蒸汽来进行做功发电。

第二代余热发电技术:在窑头篦冷机上设置两个抽气口, 高温口排出的500℃废气余热供过热器回收, 低温口排出的360℃以下的废气余热供余热锅炉回收;窑尾直接回收预热器一级出口排出的350℃废气余热, 在二级预热器内设置过热器进行回收。与第一代相比, 第二代技术回收了在窑尾二级预热器中的废气余热, 且在窑头篦冷机处采用分级抽气, 实现了温度对口、梯级利用, 提高余热回收效率。

第三代余热发电技术:第三代技术主要对第二代技术进行改造升级, 增设窑头篦冷机的抽气口, 保证高温、中温、低温废气余热的梯级回收。

4 水泥窑发电量与能耗之间的关系

部分专家提出余热发电上限, 认为目前的纯低温余热发电已经达到40k Wh/t熟料, 余热资源回收空间十分狭小, 余热利用的意义不大。对于水泥行业, 200℃以下的大量低品质余热尚未得以利用, 且如窑筒体散热等, 余热回收潜力也十分巨大。

水泥熟料的理论热耗在390kcal/kg~430kcal/kg, 以目前的先进生产工艺, 熟料热耗能可以达到710kcal/kg。即熟料烧成的热效率约为54.93%~60.56%, 折算成标煤约为40000g~45710g标煤/t熟料, 经折算可发电130k Wh/t~114k Wh/t熟料。但目前的纯低温余热发电仅回收40k Wh/t熟料, 再增加发电量就会导致煤耗的增加。国家规定的发电对标系数为350g/k Wh, 如果多烧350g煤可以多发2k Wh的电, 也必然是可行的。但实际上, 可以采取相应措施, 增加发电量的同时并不增加煤耗。比如说:首先是纯低温余热发电技术的突破, 余热回收的温限进一步扩大;采用“补燃 (或变相补燃) ”, 不消耗煤, 而采用生活垃圾、工业垃圾、农业秸秆、食品工业的排渣等作为补燃材料。

5 水泥窑余热发电存在的问题

目前, 低温余热发电技术主要存在以下几个问题:

(1) 汽轮机发电机组方面。为了充分利用350℃以下纯低温废气余热发电, 国内还亟待解决一系列问题, 比如多级低参数混压进汽式汽轮机组的设计、制造等问题。

(2) 水泥生产工艺与余热发电技术结合方面。水泥窑窑尾废气温度控制范围、窑头熟料冷却剂能否与余热锅炉实现一体化、篦冷机余风的最佳温度等问题, 还需进一步研究。

(3) 热锅炉中管束的磨损与积灰也是一个难题。废气含尘量大、粉尘硬度高, 极易产生积灰和磨损, 不仅影响水泥窑的稳定运行, 也影响电站的发电功率。

(4) 自动化控制系统也不容忽视。当前, 水泥熟料线DCS控制系统、余热发电DCS控制系统是完全独立控制系统, 常发生因多发电而导致水泥质量不稳定、熟料能耗增加等问题。

摘要：本文总结了水泥窑低温余热发电技术的现状及发展历程, 阐述了水泥窑发电量与能耗的关系, 同时指出了现阶段水泥窑低温余热发电技术存在的问题, 以期为我国水泥窑行业的发展提供依据。

关键词：水泥窑,余热回收,进展

参考文献

[1]赵加敏.水泥窑纯低温余热发电的若干问题[J].科技传播, 2013 (19) :079.

[2]曾学敏.与共和国共铸辉煌——水泥行业余热发电事业发展报告[J].中国水泥, 2009 (10) :18-23.

[3]唐金泉.我国水泥窑余热发电技术的现状发展趋势及存在的问题[J].水泥, 2000 (11) :5-12.

如何提高水泥窑余热发电能力 篇5

(1) 机组的主参数不能达到设计要求;

(2) 锅炉的旁通挡板不能完全关闭, 减少了锅炉入口风量;

(3) 锅炉内部积灰、爆管影响锅炉的换热效率

(4) 加强发电系统与窑系统操作配合

为此我们做了以下技改措施来提高发电量

1 提高循环热效率

提高发电量就是要提高循环热效率, 通常采取提高主蒸汽参数包括提高主蒸汽温度和主蒸汽压力来实现。根据T-S图, 当压力不变时, 提高温度则吸热效率增加 (即发电量增加) , 同样温度不变时, 提高压力同样能提高发电量。根据上述热力学分析, 水泥窑余热发电的主蒸汽参数应该是越高越好。

而水泥窑余热发电系统的窑头锅炉AQC的入口温度波动大, 不能长时间保持发电所需要的温度, 针对我公司配置的发电机组, 当AQC锅炉的入口平均温度低于300度时, 不能产生过热蒸汽, 对发电量影响很大。

(1) 在3#机组的窑头篦冷机头部Ⅱ段煤磨取风段 (温度在500～700℃左右) 增加取风口, 同时减小原篦冷机中部取风口挡板的开度, 加大压差, 提高AQC锅炉入口废气温度和风量, 从而提高主蒸汽压力和温度。见下表, 实际测算主蒸汽参数比原来提高10%～20%, 发电量增加约400KW。

(2) 同样在4#机组中也存在类似的问题, 由于4#线窑头锅炉采用篦冷机多级取热及循环风纯余热发电技术 (见下图) , 设置独立的ASH型窑头过热器, 窑头废气经ASH型余热过热器后再进窑头AQC型锅炉。ASH的作用是将AQC、SP锅炉炉生产的饱和蒸汽变为过热蒸汽以供汽轮机发电用。运行中发现, ASH产生的过热蒸汽温度很高, 但过高的温度对汽轮机使用影响很大。我们采用把SP锅炉产生的饱和蒸汽一部分直接送入ASH出口主蒸汽管内 (见图二) , 以降低主蒸汽温度, 提高压力, 根据发电量=汽轮机入口蒸汽流量/汽轮机汽耗, 技改后主蒸汽流量增加, 发电量增加300KW。

(3) 对窑尾预热塔的C1级出口至SP炉进口之间的烟道, 以及篦冷机到ASH锅炉之间的烟道进行保温, 以提高锅炉的烟气入口温度, 保温后入口风温提高了约30～60度, 综上所述, 上述技改对生产工艺没有影响, 提高了汽轮机主参数, 增加了发电量。

2 废气旁通阀挡板安装的位置和角度对发电量也有一定的影响

我公司2#机组的窑尾SP锅炉的旁通阀是直角安装, 存在积灰问题, 阀门开关时大股料流冲击易造成高温风机跳停而影响水泥窑生产, 为防止这种情况发生, 工艺上要求废气旁通阀不能全关, 最少保持5%的开度, 这样使一部分的废气未进入锅炉, 而减少发电量。

为此, 我们计划将2#线的PH (A) 、PH (B) 的旁路阀由直板式改换为倾斜45度角, 并缩短入口和旁通阀之间的距离, 这样既能将热风最大效率的运用, 又能避免影响窑生产, 经测算可以提高发电能力200kW左右。

3 提高锅炉的热交换率

因为锅炉入口废气均是含尘的高温气体, 高速流动容易对锅炉受热面管子的磨损很快, 造成爆管事故, 同时SP锅炉的除尘效果不佳的情况下使锅炉受热面挂灰, 使热交换率下降。我公司3台机组的锅炉均出现过爆管现象, 处理方法就是取消爆裂的蒸发管, 这样锅炉的蒸发量自然会受到影响;另外锅炉内积灰严重, 振打效果不佳, 也会影响锅炉的蒸汽量。

我公司各机组对比见下表

根据:Q=V·T·C

可用于发电的总余热量ΣQi由以下几部分组成, 即ΣQi=QSP+QAQC

3.1 QSP为可用于发电的窑尾废气余热。

QSP—窑尾入口废气热量kJ/h;

VZS—窑尾入口的总废气量Nm3/h;

Tjs—窑尾入口的废气平均温度℃;

Ctjs—对应于Tjs的废气比热kJ/Nm3·℃;

Ths—窑尾排出废气平均温度℃;

Cths—对于应Ths的废气比热kJ/Nm3·℃;

3.2 QAQC为可用于发电的窑头废气余热。

QAQC—可用于发电的窑头总废气余热量kJ/h

VZA—窑头入口的总废气量Nm3/h;

TjA—窑头入口废气平均温度℃;

CtjA—对应于TjA废气比热kJ/Nm3·℃;

ThA—窑头排出废气平均温度℃;

CthA—对于应Ths的废气比热kJ/Nm3·℃;

由此可见, 可用于发电用的总热量减少, 造成发电量下降。我们采取的措施是增加振打装置锤头的重量, 将锤头的角度调整, 由统一振打改为旋转振打。另外, 对于ASH锅炉我们决定采用燃气热爆吹灰新技术, 加大除尘效果。

4 发电系统的操作及和窑系统操作协调及配合问题

发电系统和窑操作配合也是提高发电量的一个重要因素。

(1) 窑系统对窑头篦冷机操作的好坏, 直接影响发电系统AQC的入口风温。

蓖床运行的最佳料层厚度及合适的篦速, 篦冷机最佳鼓风方式等等, 是保证AQC的入口风温稳定的保证。在3#机组我们要求窑上尽量多拉篦冷机Ⅱ段风温, 电机电流保持一定值确保料层厚度, 保持一定速度。

(2) 窑尾系统操作要求

在不影响正常生产的情况下, 尽量全部关闭SP炉的旁路档板, 保证SP炉进出口压力差大于700Pa。

(3) 发电系统操作保持最佳真空度 (93%～97%) , 适当增加循环水泵的运行台数。

5 结语

本文针对我公司3台余热机组运行过程中出现的问题进行的技改措施, 在实践运行中收到了很好的效果, 为提高发电能力做出了很好的尝试。为想提高发电量的同行提供了参考方案, 如有不合理或不当之处, 敬请同行谅解。

参考文献

[1]王志锋.水泥窑余热发电系统开口取气方式[J].水泥, 2008, 11.

水泥窑余热锅炉设计 篇6

关键词：旁路放风,余热发电

1 引言

随着技术的发展和资源的日益紧缺, 在水泥生产过程中使用一些碱、氯、硫含量较高的原材料生产优质熟料, 不仅是社会发展对资源利用的要求, 也是水泥技术和装备进步的体现。20世纪50年代出现了旋风预热器[1], 它利用窑尾废气余热在旋风筒内将悬浮态的生料预热, 使入窑生料中碳酸钙的分解率达到了40%左右, 大大降低了熟料的热耗, 增加了单位产量。但由于美国原料中碱含量较高, 挥发组分循环容易发生结皮和堵塞现象, 导致这种窑型在美国投产后不得不陆续关闭, 停止使用长达20年之久。20世纪70年代旋风预热器窑在欧洲发展为预分解窑, 碳酸钙的分解率达到90%, 熟料的热耗更低, 但是窑内结圈或窑尾烟室、旋风筒锥体等部位结皮堵塞问题则更加严重。

现代水泥厂大多使用新型干法水泥生产方法。挥发成气态的碱、硫、氯与窑内气体一道进入预热器系统, 由于生料充分悬浮于热气体中, 当气体温度达到碱、硫、氯的熔点温度时, 他们便冷凝在生料粉颗粒表面, 随生料又重新回到窑内, 在高温带再次挥发, 挥发性组分就这样在窑与预热器之间经过多次挥发、冷凝, 使得预热器、窑内生料的有害成分显著提高。从测试结果来看, 一般入窑热生料中K2O含量是生料的2~4倍、Na2O为1.5~2倍、Cl-为20~30倍[2], 由此可以看出, 挥发组分的循环累积相当严重。

为了解决此问题, 一般会采用水泥窑旁路技术, 其主要分为三类:

第一类是旁路窑灰, 即将窑尾电收尘器收下的窑灰, 将其作水泥混合材或其他添加料使用, 减少挥发组分的循环, 该技术比较简便, 但效果不是很明显。

第二类是旁路热生料, 即将预热器入窑的热生料部分旁路, 从而减少挥发性组分的富集和循环, 该技术的效果也是比较明显的, 但旁路损失的热量难以利用。

第三类为旁路放风, 即在窑尾与预热器之间增设旁路放风装置, 减少挥发性组分的富集和循环, 这是目前应用最广泛的技术, 也是旁路效果最好的技术, 本文后续将着重介绍。

近年来随着水泥窑余热发电技术的不断发展, 在水泥窑上可以同时使用旁路放风和余热发电技术。旁路放风排出的高温烟气可以通过余热锅炉产生过热蒸汽接入现有余热发电系统, 因此解决了以往旁路放风热损失较大的问题, 经济效益提升明显。

2 旁路放风技术简介

2.1 旁路放风系统工艺流程

旁路放风系统常见工艺流程有4种形式:

(1) 带旋风收尘器及旁路气体返回主气流的旁路系统, 适用于有害成分含量不高时。旁路气体碱粉尘分离, 经过收尘后的气体从C1筒的进风管道与主气流汇合后进入C1。

(2) 带旋风收尘器及单独用于旁路气体电收尘器的旁路放风系统。旁路气体从抽气点抽出, 掺入冷风后, 先经旋风收尘器, 再进入电收尘器收尘, 经收尘后的气体通过排风机排出。

(3) 直接由电收尘器收尘的旁路系统。旁路气体从抽气点抽出, 掺入冷风后, 经过增湿塔进入电收尘器收尘。

(4) 直接由袋收尘器收尘的旁路系统。旁路气体从抽气点抽出, 掺入冷风后, 直接进入袋收尘器的旁路系统。

由于流程3和流程4比较简单, 因此实际应用较多。以流程4为例, 旁路放风系统的工艺流程如图1所示, 系统主要由抽气装置、袋收尘装置、输送装置、排气装置、窑灰储存处理等装置组成。

旁路放风设施一般设置在气流中粉尘浓度最小的部位, 抽气点以窑尾烟室上部为宜[4]。放风量在25%以下时, 抽气点的位置选在靠窑一侧的烟室上部 (图2) 。

取气点抽出的烟气温度约为1100℃[3]、压力-1k Pa、气体含尘浓度约400g/m3 (标) , 由于此时烟气温度过高, 为便于下一步处理, 一般在取气点设置急冷室, 以冷风作为冷却介质, 将抽取的约1100℃的热气体骤冷至450℃或更低。此时废气中的挥发性组分几乎全部冷凝为固态并附着于烟尘表面。抽出的废气进一步进入热交换器或继续与冷风混合进行冷却, 最终降低到200℃左右进入袋收尘装置, 净化后的废气通过烟囱排入大气。而窑灰经输送装置进入窑灰仓, 最终用汽车运走处理或作为混合材与熟料混合。

2.2 旁路放风系统相关计算

(1) 旁路放风料耗

假设窑尾热气体中粉尘含量占入窑热生料量的比例不变, 一般为10%~12%。因此旁路放风料耗为不放风时的料耗与放风损失物料量之和。根据假设, 旁路放风损失物料量为:

式中:

gh——旁路放风损失物料量, kg/kg熟料

L——生料烧失量

Φ——入窑生料分解率

Phm——窑尾烟气粉尘量占入窑热生料物料量的比例

通过式 (1) 可以得到旁路放风损失的物料量与旁路放风量之间成正比关系。

(2) 旁路放风热耗

假设条件与旁路放风量计算时相同, 根据热平衡原理, 放风损失热为:

式中:

Hbs——放风损失热, k J/kg熟料

Cg——放风气体温度在tg时的比热, k J/m3 (标) ·℃

tg——放风气体温度, ℃

Chm——放风粉尘温度在thm时的比热, k J/kg·℃

thm——放风粉尘温度, ℃

由式 (2) 可以估算出旁路每放出1%的风, 水泥窑热耗增加约为9.6k J/kg熟料。

(3) 旁路放风量

假设采用旁路放风后, 入窑生料分解率、窑头用煤量与之前一样, 放风损失的热量由放风气体的焓值与放风气体中粉尘的焓值组成, 并由分解炉补充。

根据燃烧计算可得旁路放风量Vbs为:

0.278 (1-Φ) }Vb (m3 (标) /kg熟料) (3) 式中:

α——窑尾空气过剩系数

Qnet, ad——煤粉热值, k J/kg

Qs——未放风时系统的热耗, k J/kg熟料

f——未放风时窑头燃料比例

Vb——旁路放风比例

Φ——入窑生料分解率

通过上述公式可以看出, 旁路放风料耗和旁路放风热耗都与旁路放风量成线性正比关系[5], 虽然旁路放风在原料有害组分超标的情况下能够稳定系统操作和提高熟料质量, 但是旁路放风量并不是越多越好, 应结合水泥厂的实际情况综合考虑, 既要生产出质量好的产品, 又要尽量降低料耗和热耗。

(4) K2O、Na2O、SO3、Cl-的旁路放风效果

挥发性组分的旁路放风效果主要受原料含量、挥发率、吸收率、热耗等因素的影响, 其中以挥发率因素影响最大。一般进行旁路放风系统设计时, 需要通过试验确定挥发性组分的挥发率, 据此确定旁路放风量。

一般条件下, K2O、Na2O、SO3、Cl-的旁路放风效果如图3所示。

由图3可以看出, Cl-的旁路放风效果最好, K2O、SO3效果比较接近, 而Na2O的效果最差。因此当生料中Cl-含量较高时, 采用旁路放风是比较好的解决办法。但是当生料中Na2O超出标准很高时, 旁路放风可能并不能解决问题, 此时可以考虑更改生料配料成分或更换生料[6]。

因此在水泥生产过程中应注重原料的选用。国外部分公司对生料中氯、硫、碱的允许含量见表1, 超过规定标准应考虑采取旁路放风措施。

在我国北方地区原料一般含碱量较高, 而在南方地区, 燃煤含硫量较高, 采用旁路放风技术可以降低熟料中的碱含量及对燃料含硫的要求。另外, 某些水泥厂为了生产低碱水泥, 即使挥发性组分对窑的操作未造成麻烦, 也必须采取旁路放风措施以减少窑内碱的含量。

2.3 加入旁路放风系统带来的影响

现有水泥厂加入旁路放风系统后, 应考虑如下几个问题:

(1) 由于旁路放风会产生一定的热量损失, 窑尾分解炉需增加相应的燃煤量, 对水泥熟料生产来讲, 增加煤耗相应地提高了成本。

(2) 增加旁路放风系统后需增加分解炉喂煤系统的能力, 有可能需更换或调整分解炉燃烧器、煤粉计量、送粉管路及一次鼓风装置。

(3) 加入旁路放风系统后如果工厂生产低碱水泥, 则旁路放风系统的降尘不能混入生料入窑而需设置一套旁路放风灰处理装置。如果工厂不准备生产低碱水泥, 则旁路放风系统的降尘可直接混入生料入窑。

上述三点问题从技术、运行、维护、管理等角度来看都是可以解决的, 但要考虑加入旁路放风系统所带来的经济效益是否可以抵消其所带来的成本增加 (如额外投资、人工成本、煤耗增加等) , 因此项目的经济性是水泥厂需要重点考虑的问题。

3 旁路放风余热发电技术

从旁路放风技术来看, 排出高温烟气的热量浪费十分可惜, 如果利用现有余热发电技术将排出的高温烟气用于发电, 在保证水泥窑正常生产以及获得低碱水泥的同时, 还有可能取得一定的经济效益。

对于旁路放风余热发电系统, 其技术要求及工作条件与现有水泥窑高温余热发电系统完全相同, 因此不存在技术障碍和技术难点。下面以某生产能力为5000t/d的水泥厂为例[7], 分析其旁路放风余热发电系统自身的经济性。该水泥厂余热发电系统流程如图4所示。

与传统水泥窑余热发电系统不同的是, 该项目在窑尾增加了一台旁路放风余热锅炉, 旁路放风余热锅炉布置在急冷室后, 锅炉进风管道取自急冷室出口。旁路放风余热锅炉产生的过热蒸汽与其他蒸汽混合后一起进入汽轮发电机进行做功发电。

此5000t/d水泥生产线旁路放风废气参数为13500m3 (标) /h-1150℃, 经过急冷室补入大量冷空气后温度降至400℃, 此时旁路放风烟气参数变为44500m3 (标) /h-400℃。由于锅炉出口烟气要送回旁路放风系统收尘器, 因此余热锅炉排烟温度不能太低, 按照200℃考虑。综上所述, 根据废气参数设计出旁路放风余热锅炉产汽量为4.80t/h-1.35MPa-375℃。

余热发电系统自用电率约为7%, 采用窑尾旁路放风后电站供电功率增加为 (9400-8200) k W×93%=1116k W, 按电站年运行7200h计, 年多供电803.5万k Wh, 年收入增加803.5×E万元 (E为水泥厂外购电电价, 元/k Wh) 。

余热电站不含财务费用及折旧的供电总成本一般不超过0.07元k Wh。采用窑尾旁路放风时电站年总成本增加 (9400-8200) k W×7200h×0.07元/k Wh+0.86t/h×7200h×C元/t= (60.48+0.6192×C) 万元 (C为煤的到厂价, 元/t, 热值取22572k J/kg) 。

在此情况下, 采用窑尾旁路放风时电站总投资增加约为500万元。

因此仅增加旁路放风余热发电部分的投资回收期为500/[803.5×E- (60.48+0.6192×C) ], 通过上式可以看出, 当地的电价和煤价共同决定了旁路放风余热发电系统的经济性。

假设水泥厂当地煤价为450元t, 电价为0.6元/k Wh, 可以通过计算得到旁路放风余热发电系统投资回收期约为3.5年, 是可以接受的。但不排除某些水泥厂当地煤价高、电价低, 使得投资回收期很长, 甚至收益为负的情况, 这时就需要综合考虑旁路放风系统所带来的生产工艺保证以及优质低碱水泥所带来的额外收益, 综合计算后才能确定旁路放风系统是否具有可行性。

4 总结

旁路放风技术在国外已经得到广泛应用, 特别是近二十年, 欧美原料情况变化和持续增长的替代燃料 (如垃圾衍生燃料) 或原料的利用, 使碱、氯、硫的带入量增加, 对水泥生产工艺造成破坏性影响, 采用旁路放风技术能够很好地解决这一问题。在国内, 一般通过选取合适的原料, 避免采用该技术, 因此国内的研究和实践并不多。但随着我国海外市场的发展, 在当地原料中碱、氯含量较高, 或者燃烧当地硫含量较高的煤时, 旁路放风技术的使用就不可避免。

通过本文对旁路放风技术的论述和分析, 可以总结得到如下要点:

(1) 旁路放风技术拓宽了水泥生产原料的适应性, 为使用高碱、氯、硫原料提供了可能, 另外水泥厂还可以生产优质低碱水泥, 使产品具有更好的市场竞争力。

(2) 旁路放风对于防止系统结皮和堵塞具有比较明显的作用, 但旁路放风会损失部分热量, 增加系统热耗, 因此旁路放风量并不是越多越好, 应结合水泥厂的实际情况综合考虑。

(3) 旁路放风系统与余热发电系统相结合, 较之单独的旁路放风系统可能会取得更好的经济效益。

(4) 如今旁路放风技术已经十分成熟, 实施过程不存在大的问题, 但要考虑增加旁路放风系统所带来的经济效益是否可以抵消其所带来的成本增加 (如额外投资、人工成本、煤耗增加等) , 因此对于一个水泥厂来说是否真的需要旁路放风系统, 应该综合考虑, 重点分析其经济性后再做出结论。

参考文献

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[6]彭学平, 胡芝娟, 胡恒阳.水泥窑旁路放风的设计及其效果[J].水泥技术, 2001 (, 6) :8~12.

水泥窑余热发电系统废水回用改造 篇7

中国联合水泥集团有限公司南阳分公司3000+6000t/d水泥熟料生产线是豫西南最大的水泥熟料生产基地;为节能减排降低生产成本，2008年配套建设了闪蒸纯低温余热发电系统，发电系统装机容量16MW。公司生产系统水源取自镇平县赵湾水库，发电系统用水占公司总用水量的60%, 发电系统用水主要供冷却塔循环水系统的补充水、化学制水系统用水、射水抽气系统用水、少量的绿化冲洗和生活用水。

1 余热发电系统的用水结构

1.1 冷却塔循环水系统的补充水

蒸汽冷凝时放出大量热，必须要有大流量的冷却水带走，为解决冷却水本身的温度升高，设置强制通风机械立式冷却塔对其进行冷却，水系统为循环运行，系统的循环水量为5500t/h，间接循环利用率97%，考虑系统的蒸发和排污，补充水量取循环水量的2%。在选用新型水处理药剂的基础上，逐步提高循环倍率，减少补充水量，经测算实际冷却塔蒸发及风损为65t/h, 冷却塔水池排污量平均为25t/h左右。

1.2 化学制水系统用水

为保证锅炉管道、受热面及汽轮机等设备的安全性和经济性，系统设置一套6t/h的阴阳离子树脂交换型纯水设备，制水系统生产的纯水作为汽水系统损耗、定期排污和连续排污的补充水。每月的用水量约为2000吨左右。树脂再生、反洗过程中产生的少量废水经中和水池调整PH值为7，经沉淀过滤水池后作为冷却塔循环水池的补充水回收利用。

1.3 射水抽气系统用水

我公司的凝汽器射水抽气系统为封闭式循环系统，在该系统中射水泵运行时摩擦产生的热量及抽气器抽出的气、汽、水混合物所放出的热量将射水池的水加热，为控制射水池的水温在25℃左右，需始终开启补水并保持射水池处于溢流状态，射水池的溢流量约为3.5t/h。

1.4 少量的绿化冲洗和生活用水

余热发电区域环境绿化及生活用水较少，约0.5t/h，排放入生活污水下水道后由公司统一处理。

2 废水回用系统改造

针对我公司余热发电系统的用水实际状况和废水回收可行性进行综合分析后认为：射水池溢流水和循环水池排污每月累计20000吨左右，该部分废水的回收利用对节水减排、降低生产成本有重要意义。

2.1 对射水池溢流水的回收利用改造

由于射水抽气系统来水为水库来水，循环回路是闭路循环，水温比原水略有升高，溢流处水温度控制在25℃左右，水质无变化，完全可以作为冷却塔循环水池的补充水，具体改造方案如图1所示，在射水池旁边用钢板制作集水箱，把射水池溢流水通过管道收集至集水箱，在集水箱内安装潜水泵，水位计及潜水泵自动控制系统，敷设潜水泵出口至循环水池的排水管道;集水箱装设溢流管道及低位放水管道。经过以上改造可完全回收射水池的溢流水并作为循环水池的补充水。

上述方案解决了射水池的溢流水直接外排问题，回收溢流水进入循环水池进行循环利用，节约了大量水资源。

2.2 对冷却塔循环水池排污水的回收利用改造

我公司循环水系统如图2所示。

循环水由三台冷却循环水泵(两用一备)送入汽轮机凝汽器、发电机空冷器、油系统冷油器，经热交换后沿回水管道至冷却塔散水口，经冷却塔内上部的喷头喷出，在塔内形成均匀分布的水滴，落在塔内的填料上，最终落入储水池。由于填料的散热面积较大，加之塔顶的风机抽风，水滴与风相对运动过程中得到冷却，并流至储水池。冷却水泵再将水送至需要的设备。由于损耗和排污，冷却塔每天需要进行一定量的补充水。循环水池的保有水量为2500吨左右;同时设置两台锅炉辅机冷却水泵(54t/h)用于锅炉辅助运转设备及排污冷却器的冷却用水，回水进入循环水池重复利用。循环水的水质指标如表1所示，据公司化验室分析认为，水质完全能够满足立磨喷水要求，同时依据《旱生作物灌溉水质标准》完全可以作为厂区绿化用水使用。根据现场的实际情况，在1#PH锅炉辅机冷却水回水管道上开口安装三通及控制阀门，一路敷设管道(DN50)至1#、2#生料磨喷水集水箱，并在供水口安装给水浮球控制阀，控制集水箱水位，防止集水箱溢流，集水箱原补水管路停止供水，作为集水箱的备用水源。另一路设洒水车接水口，并与生料绿化区喷水浇花管网相连，同时断开该管网与原绿化管网的连接。

根据现场实际测算，生料立磨喷水量为22t/d, 同时依据2100吨/月的绿化灌溉用水量核定供水区域。在上述方案解决了冷却塔排污水直接外排问题，回收进入水泥生产线进行循环利用，减少了生产用循环水的需求量，节约了生产用水成本。

3 改造经济性分析

3.1 射水池溢流水回收改造

每小时回收溢流水3.5吨，全年以生产330天计算，累计减少排污量为：3.5×24×330=27720吨，同时每年可减少循环水池补水27720吨。

3.2 循环水池排污水回用改造

每年减少的立磨喷水和绿化管网供水量为：25×24×330=198000吨。

通过以上两项改造，全年累计节约一次水量225720吨，以我公司供水成本1.05元/吨计，每年可为公司节约23.7万元，经济效益显著。

4 总结

水泥窑余热锅炉设计 篇8

一、改造方案

此次改造主要采用低压损五级旋风预分解技术, 对水泥窑进行综合节能增产技术改造。主体方案是将原有1号窑Φ3.5×70m拆除, 将2号窑Φ3.6×70m改造为Φ3.6×57m预分解窑, 同时对石灰石破碎、生料制备、煤粉制备进行配套改造。其设计指标为:熟料产量2300t/d, 热耗800kcal/kg。

二、改造内容及配套主机设备

1、新建石灰石破碎系统

选用单段锤式破碎机, 型号DPC20.18, 生产能力350~450t/h。

2、新建石灰石预均化堆场

选用Φ60m圆形预均化堆场, 有效储量9600t。圆形悬臂堆料机:型号YDQ.450/15.75, 能力450t/h;圆形刮板取料机:型号YDQ.Q300/60, 能力300t/h。

3、生料制备与窑尾废气处理

将原有生料制备 (管磨) 及两台窑余热发电系统拆除, 利用其场地建设生料制备与窑尾废气处理系统。原料粉磨选用立式磨, 并利用窑尾废气余热对原料进行烘干, 废气处理选用袋式收尘器, 以确保粉尘排放达标。系统主要设备见下表:

4、生料均化与供料

新建Φ15×47m多股流均化库, 储量6400t。入窑生料计量选用固体流量计, 计量能力80~300 m3/h, 计量精度±1%。

5、窑尾预分解系统

窑尾预分解系统选用北京天正协力科技公司设计的单系列五级旋风预热器带BSC炉, 设计能力2300t/d。

旋风筒:一级旋风筒 (C1) :内径4700毫米2个;二级旋风筒 (C2) :内径6600毫米1个;三级旋风筒 (C3) :内径6800毫米1个;四级旋风筒 (C4) :内径6800毫米1个;五级旋风筒 (C5) :内径7000毫米1个。

分解炉:型式BSC, 内径5600毫米。

高温风机:风量450 000 m3/h;风压7500Pa。

6、回转窑

原回转窑规格Φ3.6×70m, 三道支撑。改造方案:从窑尾开始截去13m筒体, 换烧成带20m筒体;更换传动电机及减速机;保留窑头窑中基础, 重新设计窑尾基础。

7、熟料冷却与废气处理

熟料冷却采用第三代篦式冷却机, 余风处理选用高效电除尘器。系统主要设备见下表:

8、煤粉制备与烧成供煤

利用原有两台风扫煤磨, 对系统工艺设备进行更新改造, 窑头、窑尾喂煤选用科氏力计量系统, 利用篦冷机余热对原煤进行烘干。

系统主要设备见下表:

9、中央控制室

计算机控制系统选用集散型控制系统。它是由过程控制级、控制管理级和通讯网络等部分组成, 具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范、调试方便、运行可靠等特点。并配有线扫描型窑胴体测温装置、工业电视系统, 以实现集中控制与操作。

三、投产运行及效果分析

本改造项目于2009年3月破土动工;2010年2月设备安装结束、设备调试、点火试生产, 当年实现达标;2011年实现稳定运转, 日产达到新高, 最高月份平均日产达到2854t/d, 年平均日产2543t/d。与改造前相比, 日产 (改造前两台窑) 提高1500 t/d以上, 煤耗 (标) 下降135kg/t, 熟料28天强度提高5MPa。2011年水泥窑产质量、消耗完成情况见下表:

1、高产因素分析

本次改造从点火试生产以来, 经过两年多生产运行, 通过不断摸索最佳工艺控制参数, 总结中控操作经验, 提高操作水平, 水泥窑实现了稳产高产。年平均日产2543t/d, 其单位容积产量达到5.55t/d.m3, 在国内新型干法窑当中处于高水平, 是改造窑型成功范例。经分析, 认为水泥窑能实现高产有以下几方面因素:

一是预分解系统设计合理。预热器换热效率高, 在投料175t/h以上时, 一级出口温度低于330℃。分解炉采用二次喷腾加鹅颈管结构设计, 保证了燃料在分解炉内能充分燃烧, 在生产运行中很少出现温度倒挂现象, 预热器结皮堵塞事故少。头尾煤比例控制在37~40:63~60范围内, 入窑分解率稳定在90%~95%。

二是坚持薄料快转的操作方法。回转窑直径决定其产量, Φ3.6×57m窑要接近或达到Φ4×60m窑的产量, 在保证入窑物料分解率的前提下, 只有通过提高窑速, 减薄窑内料层厚度, 即“薄料快转”, 才能实现高产。通过实践摸索, 回转窑转速稳定控制在4.3r/min。

三是坚持使用好煤。煤质好坏及其稳定性对熟料产、质量影响很大。本次改造由于受场地、投资所限, 没有采用原煤预均化, 生产控制中只能采取铲车搭配简易均化办法, 来控制煤质相对稳定。为保证回转窑煅烧, 在原煤采购上坚持购买灰分低、发热量高的优质煤。2011年年平均灰分26.9%, 发热量23 000k J/kg。

四是使用助烧剂改善生料易烧性。由于该公司硅质原料使用风化砂、页岩, 含有结晶态Si O2, 生料易烧性较差, 通过实验, 在生料配料中参加1.5%的助烧剂, 明显改善生料易烧性, 熟料产、质量均有提高。见下表统计数据 (2011年8月没有使用助烧剂, 10月、11月使用助烧剂) :

8月与11月比较 (KH-、SM、煤灰分相近) 熟料强度提高1.6MPa;台时提高1.49t/h。

2、存在问题

生产实践证明, 该预分解窑系统还有进一步增产潜力, 改造项目工艺匹配等问题有待进一步研究解决。

一是煤磨产量问题。两台煤磨最高产量20t/h, 在原煤水分高、煤灰分高、冬季出现冻块的情况下, 煤磨产量17~18t/h。为保证窑的供煤, 被迫放粗煤粉细度, 或减少投料量, 煤粉细度高时达到20%, 这是窑改造留下的遗憾。

二是窑速问题。由于回转窑是在旧窑筒体改造而成的, 大齿圈、轮带、托轮均为原有, 虽然设计窑速为4.7 r/min, 生产操作窑速曾控制在4.5 r/min, 但出现窑翻瓦事故、托轮磨损等问题, 所以窑速限定在4.3 r/min, 影响窑产量进一步提高。

三是篦冷机冷却能力不足。回转窑改造设计产量2300t/d, 当时没有想到窑产量能达到这么高, 篦冷机选型按最大产量2500 t/d配套, 当窑产量达到2700~2800 t/d时, 熟料温度高, 电收尘入口温度高。这既影响熟料质量 (强度、需水量) , 同时对电收尘安全运行不利, 此情况夏季生产更明显。

3、结语