一种水泥窑余热回收三压发电系统及其发电方法与流程

1.本发明属于工业余热回收利用技术领域，更准确地说本发明涉及一种水泥窑余热回收三压发电系统及其发电方法。


背景技术：

2.在水泥企业生产过程中，所排余热主要包括窑头篦冷机所排热空气和窑尾预热器c1筒所排热废气，充分回收利用这两部分热量可显著降低水泥生产能耗，实现可持续发展和循环经济。
3.而水泥窑余热回收发电技术则是通过设置窑头余热锅炉和窑尾余热锅炉分别回收篦冷机及窑尾c1筒所排余热产生过热蒸汽进行发电，目前水泥窑余热发电系统大都采用补汽凝气式机组，且经过多年的发展其热回收效率及发电效率基本已达瓶颈，故我们提出了三压技术引入中低温余热的水泥窑余热发电系统中，进一步提高系统的热回收及发电效率，以实现余热资源最大限度利用。


技术实现要素：

4.本发明目的是解决现有水泥窑余热利用技术中发电量较低的问题，提供了一种水泥窑余热回收三压发电系统，采用如下技术方案：
5.一种水泥窑余热回收三压发电系统，包括窑头余热回收系统、窑尾余热回收系统以及汽轮发电机组；所述窑头余热回收系统包括aqc余热锅炉以及篦冷机，所述窑尾余热回收系统包括预热器和sp余热锅炉，所述汽轮发电机组包括汽轮机、发电机以及锅炉给水泵；所述锅炉给水泵分别向aqc余热锅炉和sp余热锅炉提供给水，所述篦冷机向aqc余热锅炉输入中温热风产生低压过热蒸汽、高压过热蒸汽以及中压过热蒸汽i，预热器向sp余热锅炉输入高温热风产生中压过热蒸汽ii，将中压过热蒸汽i和中压过热蒸汽ii一起再送至aqc余热锅炉中的aqc中压再热器再热形成中压再热蒸汽；将高压过热蒸汽、中压再热蒸汽、低压过热蒸汽分别送入汽轮机做功拖动发电机发电。
6.进一步的所述锅炉给水泵提供给水进入aqc余热锅炉的aqc公共省煤器预热后分三路：
7.第一路送入aqc余热锅炉的aqc低压汽包，再进入aqc余热锅炉的aqc低压蒸发器加热成饱和蒸汽，然后再进入aqc低压汽包，饱和蒸汽从aqc低压汽包输出后进入aqc低压过热器加热产生低压过热蒸汽；
8.第二路送入aqc余热锅炉的aqc中压省煤器加热，又分为两路：其中一路送入aqc余热锅炉的aqc高压省煤器加热，然后进入aqc余热锅炉的aqc高压汽包，然后进入aqc余热锅炉的aqc高压蒸发器加热成饱和蒸汽，再进入aqc高压汽包，饱和蒸汽从aqc高压汽包输出后进入aqc余热锅炉的aqc高压过热器加热产生高压过热蒸汽；另外一路进入aqc余热锅炉的aqc中压汽包，然后进入aqc余热锅炉的aqc中压蒸发器加热成饱和蒸汽，再依次进入aqc中压汽包、aqc中压过热器加热产生中压过热蒸汽i；
9.第三路送入sp余热锅炉的sp中压省煤器加热，然后进入sp余热锅炉的sp中压汽包，然后进入sp余热锅炉的sp中压蒸发器加热成饱和蒸汽，再进入sp中压汽包、sp中压过热器加热产生中压过热蒸汽ii。
10.进一步的，所述汽轮机为背压汽轮机和补汽式汽轮机，所述高压过热蒸汽输入背压汽轮机中膨胀做功拖动水泥厂动力设备，背压汽轮机输出的乏汽为中压蒸汽iii；所述中压过热蒸汽i、中压过热蒸汽ii和中压蒸汽iii一起汇合送至aqc余热锅炉中的aqc中压再热器再热形成中压再热蒸汽，再将中压再热蒸汽以及低压过热蒸汽送入补汽式汽轮机中做功拖动发电机发电。
11.进一步的，所述窑头余热回收系统还包括除尘器、窑头排风机、以及烟囱；篦冷机中的中温热风依次进入aqc余热锅炉的aqc高压过热器、aqc中压再热器、aqc高压蒸发器、aqc高压省煤器、aqc中压过热器、aqc中压蒸发器、aqc中压省煤器、aqc低压过热器、aqc低压蒸发器、aqc公共省煤器，并加热aqc余热锅炉中的工质，后经降温后通过除尘器、窑头排风机、烟囱排入大气。
12.进一步的，所述窑尾余热回收系统还包括高温风机、以及原料磨；篦冷机中的高温热风进入预热器，经过预热器的c1筒中的热烟气依次进入sp余热锅炉的sp中压过热器、sp中压蒸发器、sp中压省煤器并加热sp余热锅炉中的工质，经降温后由高温风机送入原料磨烘干。
13.进一步的，所述汽轮发电机组还包括凝汽器、循环冷却水泵、冷却塔、凝结水泵、轴封加热器、除氧器、锅炉给水泵，所述汽轮机|排出的乏汽被排入凝汽器中放热凝结为冷凝水；循环冷却水泵将水池中冷却水通过冷却水管泵入凝汽器吸收后，再排往冷却塔进行冷却，经过冷却的水最后回到水池循环利用；冷凝水经轴封加热器预热后，再进入除氧器除氧。
14.进一步的，所述aqc余热锅炉为三压余热锅炉，所述sp余热锅炉为单压余热锅炉。
15.本发明还提供一种采用上述发电系统的发电方法，包括如下步骤：
16.步骤a：aqc窑头余热锅炉回收篦冷机中部热废气余热产生三种压力等级的过热蒸汽：高压过热蒸汽、中压过热蒸汽i及低压过热蒸汽；
17.步骤b：sp余热锅炉回收预热器中的c1筒所排烟气余热产生中压过热蒸汽ii；
18.步骤c：将高压过热蒸汽送入背压汽轮机做功拖动水泥厂动力设备；
19.步骤d：将中压过热蒸汽i、中压过热蒸汽ii，以及背压汽轮机排出的中压蒸汽iii一起送入窑头余热锅炉进行再热形成中压再热蒸汽；
20.步骤e：将中压再热蒸汽送入补汽式汽轮机以及将低压过热蒸汽也送入补汽式汽轮机一起做功发电；
21.步骤f：补汽式汽轮机排出的乏汽被排入凝汽器中放热凝结为水；循环冷却水泵将水池中冷却水通过冷却水管泵入凝汽器吸收后，再通过冷却水管排往冷却塔进行冷却，经过冷却的水最后回到水池循环利用；
22.步骤g：凝汽器来的冷水通过除氧器除氧后，由锅炉给水泵送入aqc窑头余热锅炉中的aqc公共省煤器中循环利用。
23.优选的，aqc余热锅炉产出的高压过热蒸汽与中压再热蒸汽的温差为20～30℃。
24.优选的，所述汽轮机做功后的乏汽湿度不超过6％。
25.本发明具有如下有益效果：
26.(1)采用三压系统后，窑头锅炉排烟温度可进一步降低，从而提高了系统热回收效率及发电效率，系统发电量可提高7～10％；
27.(2)窑头设置中压再热器，对中压蒸汽再热后，使补汽式汽轮机排汽干度高，汽轮机末级叶片腐蚀风险降低；
附图说明
28.图1为本发明实施例1的水泥窑余热回收三压发电系统流程图；
29.图2为本发明实施例2的水泥窑余热回收三压发电系统流程图；
30.上述图中，1-aqc余热锅炉；2-aqc公共省煤器；3-aqc低压汽包；4-aqc低压蒸发器；5-aqc低压过热器；6-aqc中压省煤器；7-aqc中压汽包；8-aqc中压蒸发器；9-aqc中压过热器；10-汇集箱；11-aqc高压省煤器；12-aqc高压汽包；13-aqc高压蒸发器；14-aqc中压再热器；15-aqc高压过热器；16-篦冷机；17-除尘器；18-窑头排风机；19-烟囱；20-预热器；
31.21-sp余热锅炉；22-sp中压过热器；23-sp中压汽包；24-sp中压蒸发器；25-sp低压过热器；
32.26-高温风机；a-原料磨；27-三压补汽式汽轮机；27a-背压汽轮机；27b-补汽式汽轮机；28-动力设备；29-发电机；30-凝汽器；31-循环冷却水泵；32-冷却塔；33-凝结水泵；34-轴封加热器；35-除氧器；36-锅炉给水泵。
33.aqc为窑头余热锅炉的缩写；sp为窑尾余热锅炉的缩写。
具体实施方式
34.下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
35.实施例1
36.如图1所示，是本发明水泥窑余热回收三压发电系统的一种实施方式，该系统包括窑头余热回收系统、窑尾余热回收系统以及汽轮发电机组。
37.所述窑头余热回收系统包括aqc余热锅炉(1)、篦冷机(16)、除尘器(17)、窑头排风机(18)、以及烟囱(19)；所述aqc余热锅炉(1)为三压余热锅炉，包括aqc公共省煤器(2)、aqc低压汽包(3)、aqc低压蒸发器(4)、aqc低压过热器(5)、aqc中压省煤器(6)、aqc中压汽包(7)、aqc中压蒸发器(8)、aqc中压过热器(9)、汇集箱(10)、aqc高压省煤器(11)、aqc高压汽包(12)、aqc高压蒸发器(13)、aqc中压再热器(14)、aqc高压过热器(15)。
38.所述窑尾余热回收系统包括预热器(20)、sp余热锅炉(21)、高温风机(26)、以及原料磨(a)；所述sp余热锅炉(21)为单压余热锅炉，包括sp中压过热器(22)、sp中压汽包(23)、sp中压蒸发器(24)、sp中压省煤器(25)。
39.所述汽轮发电机组包括背压汽轮机(27a)、补汽式汽轮机(27b)、动力设备(28)、发电机(29)、凝汽器(30)、循环冷却水泵(31)、冷却塔(32)、凝结水泵(33)、轴封加热器(34)、除氧器(35)、锅炉给水泵(36)。
40.该系统的工作流程如下：
41.(1)篦冷机(16)的中温段产生的中温热风进入aqc余热锅炉(1)，依次经过aqc高压过热器(15)、aqc中压再热器(14)、aqc高压蒸发器(13)、aqc高压省煤器(11)、aqc中压过热
器(9)、aqc中压蒸发器(8)、aqc中压省煤器(6)、aqc低压过热器(5)、aqc低压蒸发器(4)、aqc公共省煤器(2)并加热aqc余热锅炉(1)中的工质，后经降温后通过除尘器(17)、窑头排风机(18)、烟囱(19)排入大气；
42.(2)篦冷机(16)的高温段产生的高温热风进入预热器(20)，经过预热器(20)的c1筒中的热烟气进入sp余热锅炉(21)，依次经过sp中压过热器(22)、sp中压蒸发器(24)、sp中压省煤器(25)并加热sp余热锅炉(21)中的工质，经降温后由高温风机(26)送入原料磨(a)烘干；
43.(3)由锅炉给水泵(36)来的冷水进入aqc公共省煤器(2)预热后分三路：
44.第一路送入aqc低压汽包(3)，然后通过下降管进入aqc低压蒸发器(4)加热成饱和蒸汽，再通过上升管进入aqc低压汽包(3)，饱和蒸汽从汽包输出后进入aqc低压过热器(4)加热产生低压过热蒸汽；
45.第二路送入aqc中压省煤器(6)加热，又分为两路：其中一路送入aqc高压省煤器(11)加热，然后进入aqc高压汽包(12)，然后通过下降管进入aqc高压蒸发器(13)加热成饱和蒸汽，再通过上升管进入aqc高压汽包(12)，饱和蒸汽从汽包输出后进入aqc高压过热器(15)加热产生高压过热蒸汽；另外一路进入aqc中压汽包(7)，然后通过下降管进入aqc中压蒸发器(8)加热成饱和蒸汽，再通过上升管进入aqc中压汽包(7)，饱和蒸汽从汽包输出后进入aqc中压过热器(9)加热产生中压过热蒸汽i；
46.第三路送入sp中压省煤器(25)加热，然后进入sp中压汽包(23)，然后通过下降管进入sp中压蒸发器(24)加热成饱和蒸汽，再通过上升管进入sp中压汽包(23)，饱和蒸汽从汽包输出后进入sp中压过热器(22)加热产生中压过热蒸汽ii；(4)将步骤3中产生的高压过热蒸汽通过蒸汽管道输入背压汽轮机(27a)中膨胀做功拖动水泥厂动力设备(28)，然后变为中压蒸汽iii排出；(实施例二中没有这一步)
47.(5)将步骤3产生的中压过热蒸汽i、中压过热蒸汽ii和步骤4中产生的中压蒸汽iii一起汇合送至aqc余热锅炉中的aqc中压再热器(14)再热提高温度形成中压再热蒸汽，然后将中压再热蒸汽送入补汽式汽轮机(27b)的主汽门继续膨胀做功拖动发电机(29)发电而变为乏汽；
48.(6)将步骤3产生的低压过热蒸汽送入补汽式汽轮机(27b)的补汽口继续膨胀做功拖动发电机(29)发电也变为乏汽；
49.(7)补汽式汽轮机(27b)排出的乏汽，其湿度不超过6％，被排入凝汽器(30)中放热凝结为冷凝水；循环冷却水泵(31)将水池中冷却水通过冷却水管泵入凝汽器(30)吸收后，再通过冷却水管排往冷却塔(32)进行冷却，经过冷却的水最后回到水池循环利用；
50.(8)凝汽器(30)来的冷水先经轴封加热器(34)预热，然后再进入除氧器(35)除氧后，由锅炉给水泵(36)送入aqc公共省煤器(2)预热，然后重复上述步骤。
51.实施例2
52.如图2所示，是本发明水泥窑余热回收三压发电系统的另一种实施方式，与实施例一的不同之处在于：
53.该系统中的所述汽轮发电机组，包括汽轮机(27)、发电机(29)、凝汽器(30)、循环冷却水泵(31)、冷却塔(32)、凝结水泵(33)、轴封加热器(34)、除氧器(35)、锅炉给水泵(36)。
54.该系统工作流程如下：
55.(1)、(2)、(3)与实施例一完全相同，故不赘述；
56.(4)将步骤3中产生的中压过热蒸汽i、中压过热蒸汽ii一起汇合送至aqc余热锅炉中的aqc中压再热器(14)再热提高温度形成中压再热蒸汽；所述高压过热蒸汽与中压再热蒸汽的温差为20～30℃；
57.(5)将步骤3产生的高压过热蒸汽送入汽轮机(27)的主汽门、步骤4产生的中压再热蒸汽送入汽轮机(27)的中压补汽口、以及将步骤3产生的低压过热蒸汽送入汽轮机(27)的低压补气口膨胀做功拖动发电机(29)发电而变为乏汽；
58.(6)汽轮机(27)排出的乏汽，其湿度不超过6％，被排入凝汽器(30)中放热凝结为水；循环冷却水泵(31)将水池中冷却水通过冷却水管泵入凝汽器(30)吸收后，再通过冷却水管排往冷却塔(32)进行冷却，经过冷却的水最后回到水池循环利用；
59.(7)凝汽器(30)来的冷水先经轴封加热器(34)预热，然后再进入除氧器(35)除氧后，由锅炉给水泵(36)送入aqc公共省煤器(2)预热，然后重复上述步骤。
60.实施例一和实施例二中的三压水泥窑余热发电系统和常规系统的对比如下：
61.序号项目单位常规系统三压系统一窑头锅炉
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1烟气流量nm3/h240000.00240000.002进口烟温℃400.00400.003出口烟温℃90.9188.234高压蒸汽流量kg/h 19748.955高压蒸汽压力mpa 2.406高压蒸汽温度℃ 390.007中压蒸汽流量kg/h38219.9421188.358中压蒸汽压力mpa0.800.789中压蒸汽温度℃390.00370.0010低压蒸汽流量kg/h4704.163917.9511低压蒸汽压力mpa0.200.1912低压蒸汽温度℃161.46154.01二窑尾锅炉
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1烟气流量nm3/h315624.94315624.942进口烟温℃260.00260.003出口烟温℃193.32184.764中压蒸汽流量kg/h13436.0615060.155中压蒸汽压力mpa0.850.856中压蒸汽温度℃240.00240.00三汽轮机
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1高压蒸汽流量kg/h 19748.952高压蒸汽压力mpa 2.353高压蒸汽温度℃ 380.00
4中压蒸汽流量kg/h38219.9421188.355中压蒸汽压力mpa0.750.756中压蒸汽温度℃380.00360.007低压蒸汽流量kg/h4704.163917.958低压蒸汽压力mpa0.150.159低压蒸汽温度℃151.46144.0110发电功率kw7996.708748.82
62.从上表中可以看出，对水泥窑余热发电系统采用三压技术后，系统发电量与常规发电系统相比提高9.4％；同时还有汽轮机排汽干度高，可降低汽轮机末级叶片腐蚀风险等优点。
63.实施例1中将产生的高压过热蒸汽通过背压汽轮机做功直接驱动水泥厂动力设备，如高温风机、窑尾排风风机以及水泥磨等，具体能量转换环节为：热能(窑头、窑尾余热)—蒸汽—汽轮机—转动设备；与直接发电机组相比，少了发电机的机械能转变为电能、电动机的电能转变为机械能的两次能量转变过程所产生的损失，以及电能传输过程中的线路损失；两者的节能比较主要体现在系统的传动效率上，余热回收直接驱动机组传动效率高，同时还能降低电网负荷。
64.实施例2将产生的高压过热蒸汽、中压再热蒸汽以及低压过热蒸汽全部直接输入汽轮发电机组发电，从而供水泥厂动力设备使用，具体能量转换环节为：热能(窑头、窑尾余热)-蒸汽-汽轮机-发电机-电力传输网络-电动机-转动设备；与余热回收直接驱动机组相比，能源转换过程多、损失大，但是只需配置一台汽轮机，维护工作量小，同时其系统工艺流程简洁、投资成本低。