纯低温余热发电系统
第十一章纯低温余热发电系统
11.1 发电规模
发电规模按5000t/d熟料生产线配套设计。
水泥生产线的窑头、窑尾会排放大量的废气，通常仅利用废气的余热来烘干原料，利用率很低，其余大量废气的余热不仅没有得到利用，而且还要对废气进行喷水降温，浪费水和电能。因此，利用余热发电技术回收这部分废气的热能，可以使水泥生产企业提高能源利用效率，降低成本，提高产品市场竞争力，降低污染物排放量。
综合考虑水泥熟料生产线的工艺流程、场地布置、供配电结构、供水设施等因素，利用生产线窑头、窑尾余热资源，可建设一条装机容量为9000KW的纯低温余热电站。
11.2 设计原则
1）余热电站在正常运行时应不影响原水泥生产线的正常生产；
2）充分利用窑头、窑尾排放的废气余热；
3）采用工艺成熟、技术先进的余热发电技术和装备；
4）余热电站尽可能与水泥生产线共用水、电、机修等公用设施；
5）贯彻执行有关国家和拟建厂当地的环境保护、劳动安全、消防设计的规范。
11.3 设计条件
1）余热条件
从更合理的利用窑头余热考虑，窑头篦冷机需要进行改造，在篦冷机的中部增加一个废气出口，改造后的窑头废气参数为：240000Nm3/h，360℃。此部分废气余热全部用于发电。
窑尾经五级预热器出口的废气参数为：312500Nm3/h，320℃。此部分废气经利用后的温度应保持在220℃左右，用于生料粉磨烘干。
2）建设场地
本工程包括：窑头AQC锅炉、窑尾SP锅炉、汽机房、化学水处理车间、冷却塔及循环水泵房等车间。
各车间布置遵循以下原则：窑头AQC锅炉和沉降室布置在窑头厂房旁边的空地上，窑尾SP锅炉布置在窑尾高温风机的上方，汽机房的布置靠近锅炉，化学水处理车间、冷却塔及循环水泵房尽量靠近汽机房。在布置有困难时可以适当调整，不能影响水泥生产线的布置。
AQC锅炉占地面积：14.2m×6.35m
SP锅炉占地面积： 22m×12m
汽机房占地面积： 31m×20.4m
3）水源、给水排水
电站的用水有：软化水处理、锅炉给水、循环冷却水及其它生产系统消耗，消防用水，部分用水可循环使用。
11.4 电站工艺系统
1）余热电站流程
本方案拟采用纯低温余热发电技术，该技术不使用燃料来补燃，因此不对环境产生附加污染；是典型的资源综合利用工程。主蒸汽的压力和温度较低，运行的可靠性和安全性高，运行成本低，日常管理简单。
综合考虑目前水泥生产线窑头、窑尾的余热资源分布情况和水泥窑的运行状况，确定热力系统及装机方案如下：
系统主机包括两台余热锅炉、一套补汽式汽轮发电机组。
a．AQC余热锅炉：利用冷却机中部抽取的废气（中温端，～360℃），在生产线窑头设置AQC余热锅炉，余热锅炉分为高压蒸汽段、低压蒸汽段和热水段运行；高压蒸汽段生产 1.6MPa-350℃的过热蒸汽，进入蒸汽母管后通入汽轮发电机组，低压蒸汽段生产0.15MPa-140℃的过热蒸汽，热水段生产的140℃热水后，作为AQC余热锅炉蒸汽段及SP余热锅炉的给水，出AQC锅炉废气温度降至110℃。
b．SP余热锅炉：在窑尾设置SP余热锅炉，仅设置蒸汽段，生产 1.6MPa-305℃的过热蒸汽，进入蒸汽母管后通入汽轮发电机组，出SP余热锅炉废气温度降到220℃，供生料粉磨烘干使用。
c．汽轮发电机组：上述余热锅炉生产的蒸汽共可发电7.9MW，因此配置9MW 补汽式汽轮机组一套。
整个工艺流程是：60℃左右的化学水经过除氧，由锅炉给水泵加压进入AQC 锅炉省煤器，加热成140℃左右的热水；分成两部分，一部分进入AQC锅炉，另一部分进入SP锅炉；然后依次经过各自锅炉的蒸发器、过热器产生1.6MPa-350℃和1.6MPa-305℃的过热蒸汽，在蒸汽母管汇合后进入汽轮发电机组做功，而AQC锅炉增加了低压蒸汽段产生0.15MPa-140℃的过热蒸汽，作为补汽进入汽轮机，作功后的乏汽进入凝汽器成为冷凝水，冷凝水和补充纯水经除氧再进行下一个热力循环。SP锅炉出口废气温度220℃左右，用于烘干生料。
2）热力工艺系统
热力工艺系统主要包括：主蒸汽系统及辅属蒸汽系统，疏放水及放气系统，给水系统，锅炉排污系统等。
a．主蒸汽系统及辅属蒸汽系统
热电站的主蒸汽系统采用单母管制。锅炉产生的主蒸汽先引往蒸汽母管后，再由该母管引往汽轮机。
汽轮机的轴封用汽，由主蒸汽管引至均压箱后，再分别送至前后轴封。
b．疏放水及放气系统
本工程锅炉部分疏放水量极少，放水直接引至定排总管通过定排扩容器排放。汽机部分的疏水均引至设备配套的疏水膨胀箱，最后汇入凝汽器全部回收。
作为机组启动的安全措施，本电站各类汽水管道的自然高点和自然低点均设放汽阀和放水阀，系统启动时临时就地放汽、排水。
c．给水系统
本工程锅炉给水由两部分组成：一路为汽轮机冷凝排汽的冷凝水，另一路为化学补充水，由化学水处理系统提供。
本系统选用电动锅炉给水泵。进出水均按母管制连接，给水泵出水母管上设再循环管接至除氧器水箱，再循环水量通过设在管道上截止阀进行控制。
d．锅炉排污系统
本工程每台锅炉均设连续排污扩容器和定期排污扩容器。
11.5 汽轮机油系统
汽轮机油系统由油箱、油泵、冷油器、滤油器及油管路组成，承担着机组轴承润滑、冷却供油及调速系统各执行机构工质供油的任务。
机组的调节油由汽机直接带动的主油泵供给，主油泵出来的高压油，一部分至调节保安系统，工作后回主油箱，一部分经冷油器、节流阀和滤油器至润滑油管路；另一路则直接由电动油泵吸入，经冷油器、节流阀和滤油器至润滑管路，润滑油工作后回主油箱。
11.6 汽轮机循环水系统
本系统为汽轮机凝汽器、冷油器、发电机空气冷却器等提供冷却水，冷却水循环使用。
设备冷却用水采用压力回流循环供水系统。压力回水送至冷却塔，冷却后的水自流至循环水池(两座，V=2000m3)，由循环水泵送入循环供水管网，供余热发电各冷却水用水点。
该系统除冷却塔处水与大气接触外，其余各处均为密闭状态。为防止系统水质的变差，设灭菌仪及防腐防垢仪对循环水进行防垢、杀菌、除藻及防腐蚀处理。为确保水质,系统设有旁滤水处理设施，部分压力回水直接进入钢制过滤器处理后进入循环水池。
系统因蒸发及风吹，总水量会不断减少。损耗部分水由厂区水源供水系统补给。
主要用冷却水设备
11.7 化学水系统
建设一套化学水处理余热发电纯水制备系统（反渗透脱盐装置），给水采用加药除氧。
本系统提供满足锅炉给水要求的纯水，产水量为12.0m3/h。源水经处理后进入原水箱，加PAC混凝剂后由原水泵加压经多介质过滤器和活性碳过滤器过滤，再加阻垢剂经保安过滤器过滤后，由一级高压泵扬入一级RO装置处理，然后流入中间水箱，调整PH值后, 再由二级高压泵扬入二级RO装置处理，处理后的水流入纯水箱，由纯水泵加压至冷凝器供锅炉使用。
11.8 电气自动化系统
根据水泥工艺布置设置两台余热锅炉：窑尾余热锅炉和窑头余热锅炉。通过热力蒸汽管道通往布置在总降压站旁的汽轮发电厂房。
11.8.1 电气主接线
9000kW发电机出线经过10kV母线引至励磁变压器和励磁调节PT，同时通过发电机主断路器引至另一段10kV母线，该段母线上接厂用变压器，并经出线断路器配出至厂区总降压站。两段10kV母线均设有PT和避雷器。
11.8.2 电气设备布置
为了运行维护方便，将中压开关柜和低压开关柜集中在一层平面的电气室。靠近电气室布置厂用变压器。控制室布置在二层，与汽轮机发电机房相邻。控制室内布置有：保护屏、直流屏、DCS操作站。
11.8.3 继电保护及电力系统自动化
发电机主断路器、出线断路器及厂用电变压器回路均采用微机保护装置。发电机设置纵差保护、复合电压过流保护、定子一点接地、转子一点接地、自动调节励磁、失磁保护、自动及手动准同期。发电机保护装置及自动化设备安装于发电机保护屏内。
出线断路器设置单相接地、速断、过流、自动及手动准同期。保护装置安装于开关柜内。
厂用变回路设单相接地、速断、过流、温度、轻瓦斯、重瓦斯保护；保护装置安装于开关柜内。
11.8.4 厂用电系统
设置一台800kVA 10/0.4kV±5%全密封油浸式变压器。为提高厂用电供电可靠性，低压开关柜进线为两路：厂用电变压器低压出线和窑尾电气室引来一回低压电源，采用手动和自动切换。窑尾电气室引来电源按照汽轮发电机正常运转所需容量考虑。如果有单台负荷超过55kW的设备，应考虑采用软起动装置控制。汽轮机油泵一般设置两台：一台由交流电源供电，另一台由直流电源供电。油泵直流电动机
电源由直流屏配出至MCC，由MCC断路器和直流接触器控制电动机。还有一些调速控制的伺服电机也采用直流电机控制。所以，直流装置电池容量应足够。
11.8.5 照明及防雷接地
照明系统由两部分构成：交流供电照明和直流供电照明。在控制室、开关柜室、汽轮发电机房、油站等场合应设由直流供电的应急照明。
余热锅炉和主厂房的防雷接地系统可以与水泥厂窑尾、窑头电气室的接地统一考虑，接地电阻不大于1欧姆。
11.8.6 消防报警
控制室、开关柜室、汽轮发电机房均应设消防报警装置。在设计过程中按照《发电厂变电站消防设计规范》进行设计。
11.8.7 热工自动化
本工程采用DCS控制。控制范围包括：余热锅炉、汽轮机、水处理系统、厂用电的其他动力负荷。控制室内设一台操作站，分别监控余热锅炉、汽机汽水系统、除氧给水系统、汽机发电机油系统、中压开关供电系统及低压电动机控制。
余热发电系统的DCS与水泥厂中控室的DCS通过通讯联网，在中控室操作站可以监视余热发电的主要监控画面及参数。
11.8.8 通讯
应保证余热发电控制室与总降压站、中央控制室、生产调度办公室的通讯畅通。
11.9 主机设备
纯低温余热发电系统主机设备表
11.10 主要技术经济指标
主要技术经济指标表