带余热锅炉的水泥生工艺简介.

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1、带余热锅炉的水泥生产 工艺简介 无机非0703 魏湫龙 0120701040307 一、水泥工业发展余热发电技术的意义和目的 以我国水泥行业为例： 目前我国境内建成并已投入生产运行的新型干法水泥生产线截止2007年底 有约796条。为了完成水泥工业结构调整任务，实现到2010年水泥预期产量维 持15亿吨(其中：新型干法水泥比重提高到70%，水泥散装率达到60)，累计 淘汰落后生产能力4.5亿吨，企业平均生产规模由2005年的20万吨提高到40万 吨，企业户数减少到3500家的目标，预计到2015年新型干法水泥生产线的数量 将达到1200条左右。即使如期完成水泥工业结构调整任务,全国水泥行业仍将

2、年 消耗1.7亿吨标准煤同时消耗1840亿度电。如果不采取相应的资源综合利用措 施,仅水泥行业每年浪费的能源就可达5000万吨标准煤,年增加二氧化碳排放量 1.3亿吨以上。 自1985年起，水泥工业即开始开展水泥窑余热发电技术的研究、开发、推 广、应用工作：从上世纪八十年代初为水泥干法中空窑配套高温余热发电技术 起，到上世纪九十年代为初期的新型干法窑配套带补燃锅炉的中低温余热发电 技术，再到本世纪为成熟的新型干法窑配套纯低温余热发电技术。也就是说， 水泥窑余热发电技术是随着水泥工艺技术的发展而不断发展的，同时也为我国 水泥工业的发展、节能技术的进步、推动资源综合利用工作的开展做出了重要 贡献，

3、为其它行业树立了典范。 至2008年6月，全国水泥行业在新型干法水泥生产线上已经配套建设各种类 型的纯低温余热电站约186座(包括已经投产运行和正在建设的余热电站)，形成 年余热发电量98亿度的能力，相当于年节约380万吨标准煤、二氧化碳减排980 万吨。 二、水泥工业余热发电技术的简要发展历程 我国水泥窑余热发电技术源于二十世纪三十年代日本人在我国东北及 华北地区建设的若干条中空窑高温余热发电站，其水泥窑废气温度为 800950、熟料热耗为6700KJ8400KJ/kg，所配套的高温余 热发电系统的发电能力为每吨熟料90kWh130kWh。自二十世纪八 十年代起至九十年代末，为了适应国民经济

4、的高速发展，考虑水泥生 产技术的限制，国内陆续建设投产了了大量的干法中空窑。这种新建 的干法中空窑，其废气温度仍为800950、熟料热耗6700KJ 8400KJ/kg。为了降低水泥生产能耗，同时也为了解决电力供应不足 的矛盾，自1985年起，国内开始开展水泥窑高温余热发电技术的研究 、开发、推广、应用工作。至上世纪九十年代末，利用水泥窑高温余 热发电技术，为国内水泥行业的约280余条干法中空窑配套建设了高 温余热电站，期间随着高温余热发电技术的不断完善和进步，高温余 热发电系统的发电能力由每吨熟料90kWh130kWh逐步提高到150 175KWh和175195KWh。这项技术的研究、开发、

5、推广、应用 为我国水泥工业的发展做出了重要贡献，也为我国开展中低温余热发 电技术的研究、开发奠定了基础和积累了经验。 三、余热锅炉简介 和常规锅炉不同，余热锅炉中不发生燃 烧过程，也没有燃烧相关的设备，从本 质上讲，它只是一个燃气水/蒸汽的 换热器。 其与燃气轮机配合，燃气轮机的排气( 温度约在500600）进入余热锅炉 ，加热受热面中的水，水吸热变为高温 高压的蒸汽再进入汽轮机，完成联合循 环。 余热锅炉由锅筒、活动烟罩、炉口段烟 道、斜1段烟道、斜2段烟道、末1段烟 道、末2段烟道、加料管（下料溜）槽 、氧枪口、氮封装置及氮封塞、人孔、 微差压取压装置、烟道的支座和吊架等 组成。 余热锅炉

6、共分为六个循环回路，每个循 环回路由下降管和上升管组成，各段烟 道给水从锅筒通过下降管引入到各个烟 道的下集箱后进入各受热面，水通过受 热面后产生蒸汽进入进口集箱，再由上 升管引入锅筒。 余热锅炉共分为六个循环回路，每 个循环回路由下降管和上升管组成 ，各段烟道给水从锅筒通过下降管 引入到各个烟道的下集箱后进入各 受热面，水通过受热面后产生蒸汽 进入进口集箱，再由上升管引入锅 筒。 各个烟道之间均用法兰连接。 四、水泥厂中低温纯余热发电的特点及工艺流程 在水泥厂，中低温纯余热发电与中空窑余热发电 不同，有其特殊性。 1)中低温纯余热发电技术仅用在带预热器的窑上且 完全利用其余热发电； 2)废气

7、余热的品位比较低，废气温度一般在200 400之间； 3)可利用的废气余热源在一个以上； 4)余热发电配置的热力系统相对较复杂； 5)热力系统的压力等级相对较低； 6)单位发电量的设备体积和重量相对较大。 某2 000t/d水泥厂余热发电工艺流程 五、发电规模的确定 首先对工艺系统的余热量进行核算以便确 定余热发电的规模。一般来说余热量取决 于生产规模和生产工艺。对于同一种生产 规模若采用不同的生产工艺和设备，那么 余热量也有较大的差别。 一般中低温纯余热发电系统的余热回收分 为两部分：其一是窑尾预热器出口的废气 余热；其二是窑头冷却机出口的废气余热 。 对于窑尾余热一般生产工艺考虑出预热器的

8、废气 余热部分回收作为生料磨的烘干热源，多余部分 经增湿除尘后排放。若增加余热回收装置，不能 只简单地回收多余部分的废气余热，而要与生料 磨系统综合起来考虑，尽可能将高温废气提供给 余热锅炉，而将余热锅炉的排气送给生料磨，这 样余热锅炉可以利用较大的温差生产蒸气，回收 的热焓高，锅炉的受热面小，耗钢量小，产气的 压力等级相对较高，有利于提高整个系统的效率 。我们曾对某厂窑尾的余热回收作过比较，其结 果见表1。 注：废气量为标准状况下。 锅炉的排烟温度受到给水温度的限制，不可能很低，而生 料磨的排气温度可到90左右。余热锅炉设在生料磨前， 余热锅炉的排烟温度就是入生料磨的废气温度。这一温度 的确

9、定受两个条件的制约。 1)入生料磨的原料综合水分； 2)生料磨的操作风量。对此可通过生料磨系统的热平衡计 算来初定。然后兼顾考虑余热回收热力系统的蒸气参数， 可确定余热锅炉的排烟温度，即可确定窑尾锅炉的余热量 。若窑尾有煤磨系统也需一并考虑。 窑头冷却机的余热量的大小除与生产规模有关外还与烧成 热耗和冷却机的效率有关。一般是热耗高，余热量小；冷 却机热效率高，余热量少。篦冷机的余热回收有下面三种 形式： 1)余风直接利用； 2)中部抽气； 3)带回热循环。 从三种情况看 第一种系统简单，篦冷机无需改造，但废气温度 低，温差小，余热锅炉体积大，耗钢量大； 第二种系统简单，回收的废气温度高，可减小

10、锅 炉体积和耗钢量，且生产的蒸气温度、压力均可 提高，但篦冷机需进行一定的改造； 第三种系统较复杂，但余热回收量可显著提高。 具体采用何种形式要根据各个厂的实际情况确定 。窑头篦冷机的形式及取气方式决定了窑头回收 的余热量。最终根据窑头窑尾的余热量可确定发 电的规模。 综上在配置余热发电系统时应根据具体情况进行 设计才能取得好的效果，而不是某一生产规模就 必须达到多少发电量，这只是一种大致的配置， 而不是绝对的。 六、系统的主要设备及系统配置 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

11、窑尾锅炉通常 称SP炉，一台为窑头锅炉通常称AQC炉。 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。特点是系统较复杂，但系统热效率较高， 适合6000kW以上机组。 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

12、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(如窑头采用图3、图4流程)。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

13、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。 4、除氧系统 真空除氧 真空除氧器是一种使水在真空下低温沸腾，脱除水中的氧 气、氮气、二氧化碳等气体的设备。一般在3060温度 下进行。可实现水面低温状态下除氧(在60或常温)，对 热力锅炉和负荷波动大而热力除氧效果不佳的蒸汽锅炉， 均可用真空除氧而获得满意除氧效果。 真空除氧能利用低品位余热，可用射气抽汽器加热软化水 ，又能分级及低位安装，除氧可靠，运行稳定，操作简单 ，适应性强。当负荷在40%120%范围内变化时，除氧 效果都能达标。对于低压蒸汽锅炉，其给水含氧量0.05 吼即可符合要求，真空除氧器能满足要求。 热力除氧 热力除

14、氧的工作原理即利用蒸汽对水进行加热，使水达到 一定压力下的饱和温度，即沸点。这时除氧器的空间充满 着水蒸汽，而氧气的分压力逐渐降低为零，溶解于水的氧 气将全部逸出，以保证给水含氧量合格，同时还能去除其 他的气体。低参数的小型电站采用的是大气式除氧器，工 作压力0.02MPa，工作温度104，给水含氧量0.015吼 。合理设计的热力系统，在余热电站中使用热力除氧器的 同时，可以使AQC锅炉出口的废气温度100，余热利用 效率还有所提高。 化学除氧 化学除氧是利用容易和氧发生化学反应的一些药剂，使之 与水中溶解氧化合而达到除氧目的。化学除氧能够彻底除 去水中溶氧，但不能除去其他气体。现在常用的化学

15、药剂 是联氨(N2H)，它不仅能除氧，还可提高给水的pH值，同 时还可在管道内表面形成一层保护膜。 5、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，尽可能减少漏风。漏风

16、 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，并使余热发电系统高效率 运行。 七、水泥生产系统与余热发电系统配置的合理性 1、水泥生产系统的规模与生产能力水泥生产系统的规模应 该是整个生产