新版水泥余熱發(fā)電單雙壓系統(tǒng)發(fā)電能力分析比較

1、水泥余熱發(fā)電單雙壓系統(tǒng)發(fā)電能力分析比較（杭州汽輪動(dòng)力集團(tuán)設(shè)備成套工程有限公司，浙江杭州 310020）摘要 ： 介紹了干法水泥窯單壓、雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的理論計(jì)算值；單壓、雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)用情況。關(guān)鍵詞 ：干法水泥窯 余熱 汽輪機(jī) 過(guò)熱蒸汽 發(fā)電 Abstract：Introduced a dry-process cement kiln single pressure、dual pressure Waste heat systems theoretical Calculated values of capacity of power generation; the actual us

2、e of single pressure、dual pressure Waste heat cogeneration system。 Key words： Dry-process cement kiln ；Waste heat；steam turbine；Superheated steam；power generation1 引言中國(guó)的干法水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。由最初的帶補(bǔ)燃鍋爐的余熱發(fā)電系統(tǒng),到目前雙壓、單壓發(fā)電系統(tǒng)（純低溫）并存的局面。就實(shí)際使用單壓遠(yuǎn)多于雙壓, 對(duì)于單壓雙壓發(fā)電量高低各有關(guān)單位也是觀點(diǎn)不一。下面我們以理論計(jì)算和實(shí)際運(yùn)用結(jié)果來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。2單雙

3、壓系統(tǒng)發(fā)電能力計(jì)算說(shuō)明(以5000t/d干法水泥窯為例)考慮到公平性，在單雙壓發(fā)電能力計(jì)算時(shí)作如下說(shuō)明：為滿足生料烘干，SP鍋爐排煙溫度單雙壓均為210左右。這樣，雙壓系統(tǒng)SP鍋爐只能做成單壓。雙壓系統(tǒng)只在窯頭AQC鍋爐做成雙壓。雙壓、單壓系統(tǒng)圖分別見(jiàn)圖1、圖2。雙壓系統(tǒng)按大連易世達(dá)公司窯頭雙取風(fēng)并設(shè)ASH過(guò)熱器考慮，單壓系統(tǒng)仍按窯頭單取風(fēng)考慮。 圖1-雙壓系統(tǒng)圖圖2-單壓系統(tǒng)圖由于水泥工況波動(dòng)，水泥產(chǎn)量有時(shí)會(huì)大幅降低，窯頭廢氣溫度此時(shí)會(huì)降低至150左右（根據(jù)水泥廠調(diào)查），此時(shí)窯尾廢氣溫度無(wú)大變化，若雙壓系統(tǒng)補(bǔ)汽壓力選取過(guò)高，雙壓系統(tǒng)鍋爐低壓部分在水泥產(chǎn)量大幅降低時(shí)將不能汽化，汽輪機(jī)無(wú)法補(bǔ)汽。

4、為確保汽輪機(jī)正常補(bǔ)汽，雙壓系統(tǒng)補(bǔ)氣參數(shù)宜選為0.1 MPa（A）-120。雙壓系統(tǒng)受汽輪機(jī)補(bǔ)汽結(jié)構(gòu)及補(bǔ)汽壓力溫度過(guò)低的影響, 主汽內(nèi)效率只有 ,補(bǔ)汽內(nèi)效率只有 。單壓系統(tǒng)汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)通暢, 主汽內(nèi)效率達(dá)。單雙壓發(fā)電能力理論計(jì)算表(5000t/d水泥線)AQC鍋爐熱力計(jì)算煙氣成份：N2 77.5、O2 20.5、H2O1、C O2 1、灰份5g/Nm3SP鍋爐熱力計(jì)算煙氣成份：N2 65、O2 5、H2O5、C O2 25、灰份60g/Nm3技術(shù)參數(shù) 計(jì)算式數(shù)據(jù)來(lái)源 單位雙壓系統(tǒng)單壓系統(tǒng)汽機(jī)主汽參數(shù) 設(shè)計(jì)確定 MPa（A）- 2.3-3701.25-315汽機(jī)補(bǔ)汽參數(shù) 設(shè)計(jì)確定 MPa（A）- 0

5、.1-120無(wú)SP余熱鍋爐SP余熱鍋爐高壓段進(jìn)口廢氣量 、溫度實(shí)際測(cè)定Nm3/h350000350000330330高壓段進(jìn)口廢氣比熱 、總焓值總焓值=350000×330×1.5215534÷10000查表計(jì)算kJ/ Nm3· 1.52155341.5215534104×kJ/h17573.942 17573.942高壓蒸發(fā)段鍋爐漏風(fēng)量、風(fēng)溫、比熱、總焓值雙壓漏風(fēng)量=350000×1.5%單壓漏風(fēng)量= 350000×2%漏風(fēng)總焓值=漏風(fēng)量×風(fēng)溫×比熱÷10000設(shè)計(jì)確定Nm3/h5250700

6、02525kJ/ Nm3· 1.29791.2979104×kJ/h17.034922.7133考慮漏風(fēng)后高壓段進(jìn)口廢氣總焓值 雙壓=17573.94217.0349單壓=17573.94222.7133計(jì)算104×kJ/h17590.976917596.6553高壓蒸發(fā)段鍋爐出口廢氣量 、溫度、比熱、總焓值雙壓=3500005250單壓=3500007000出口廢氣溫度=飽和溫度15雙壓出口總焓值=355250×238.9×1.497÷10000單壓出口總焓值=357000×210×1.489÷1000

7、0計(jì)算Nm3/h355250357000238.9210kJ/ Nm3· 1.4971.489104×kJ/h12704.92311163.033高壓蒸發(fā)段鍋爐用于生產(chǎn)蒸汽的總廢氣焓降雙壓=（17590.976912704.923）×0.975單壓=（17596.655311163.033）×0.975計(jì)算104×kJ/h4763.90266272.7817高壓段主蒸汽壓力 、溫度、焓值設(shè)計(jì)查焓熵圖MPa（A）2.51.35飽和 223.9315KJ/kg2800.943075.88高壓段排污壓力、溫度、焓值設(shè)計(jì)查焓熵圖MPa（A）2.51.4

8、飽和 223.9195KJ/kg961.93830.04高壓蒸發(fā)段鍋爐給水溫度、焓值 雙壓汽包給水低于飽和溫度10單壓汽包給水低于AQC汽包給水5(考慮窯頭至窯尾途中散熱)設(shè)計(jì)查焓熵圖213.9180KJ/kg915.54763.09高壓段蒸汽產(chǎn)量 雙壓=47639026/ (2800.94915.54) 2%×(961.93915.54)單壓=62727817/(3075.88763.09) 2%×(830.04763.09)計(jì)算(排污率2%)t/h25.25527.106高壓段省煤器漏風(fēng)量、總焓值漏風(fēng)量=350000×0.5%總焓值=1750×25&

9、#215;1.2979÷10000設(shè)計(jì)確定Nm3/h1750計(jì)算104XkJ/h 5.6783考慮漏風(fēng)后高壓段省煤器進(jìn)口廢氣總焓值 12704.9235.6783計(jì)算104kJ/h12710.6013高壓段省煤器給水量、溫度 25.255×1.02計(jì)算t/h25.76設(shè)計(jì)確定100高壓段省煤器進(jìn)出水總焓升 25760×(915.54419.04) ÷10000計(jì)算104kJ/h1278.984高壓段省煤器出口廢氣量 、比熱廢氣量=3552501750計(jì)算Nm3/h357000KJ/ Nm3· 1.49高壓段省煤器出口廢氣溫度(127106013

10、12789840/0.975)/(1.49×357000) 計(jì)算214.3210冷卻機(jī)廢氣冷卻機(jī)去ASH過(guò)熱器廢氣量、溫度、總焓值總焓值=94900×500×1.3974÷10000計(jì)算Nm3/h94900500kJ/ Nm3· 1.3974104kJ/h6630.663冷卻機(jī)去AQC廢氣量、溫度、比熱、總焓值雙壓總焓值=145100×300×1.3693÷10000單壓總焓值=240000×380×1.3807÷100006630.6635960.5629=12591.2259(與單

11、壓焓值基本相等)計(jì)算Nm3/h145100240000300380kJ/ Nm3· 1.36931.3807104kJ/h5960.562912591.984ASH過(guò)熱器過(guò)熱器出口廢氣量、廢氣溫度、比熱、總焓值總焓值出口廢氣量 考慮漏風(fēng)0.5%出口廢氣量=94900×1.005總焓值=95375×374×1.3798÷10000計(jì)算Nm3/h95375374kJ/ Nm3· 1.3798104kJ/h4921.781過(guò)熱器用于加熱蒸汽的總廢氣焓降=0.955（保熱系數(shù)）×（6630.6634921.781）計(jì)算104kJ/h

12、1631.9823過(guò)熱器進(jìn)口蒸汽量 SP鍋爐蒸汽輸送至ASH考慮50kg/h冷凝量過(guò)熱器進(jìn)口蒸汽量=25.255-0.0515.768計(jì)算t/h40.973過(guò)熱器進(jìn)口蒸汽壓力、溫度、焓值、總焓值總焓值=2800.69×40973÷10000設(shè)計(jì)確定MPa（A）2.45222.87KJ/kg2800.69104kJ/h11475.2671過(guò)熱器出口蒸汽壓力、溫度、焓值、總焓值總焓值=3197.84×40973÷10000設(shè)計(jì)確定MPa（A）2.40380KJ/kg3197.84104kJ/h13102.5098過(guò)熱器進(jìn)出口蒸汽總焓升=13102.50981

13、1475.2671=1627.2427與過(guò)熱器用于加熱蒸汽的總廢氣焓降基本相等計(jì)算104kJ/h1627.2427AQC余熱鍋爐蒸汽段（雙壓為高壓蒸汽段）AQC 鍋爐蒸汽段進(jìn)口廢氣量、溫度、比熱、總焓值雙壓廢氣量=95375+145100雙壓總焓值=240475×329.5×1.3735÷10000單壓總焓值=240000×380×1.38074921.7815960.5629=10882.3439(與與10883.1349基本相等)計(jì)算Nm3/h240475240000329.5380kJ/ Nm3· 1.37351.3807104

14、kJ/h10883.134912591.984AQC 鍋爐蒸汽段漏風(fēng)量、漏風(fēng)焓值 雙壓考慮漏風(fēng)0.5%單壓考慮漏風(fēng)1%漏風(fēng)焓值=漏風(fēng)量×25×1.2979÷10000設(shè)計(jì)確定Nm3/h12002400計(jì)算104kJ/h3.89377.7874考慮漏風(fēng)后AQC 鍋爐蒸汽段進(jìn)口廢氣總焓值 雙壓總焓值=10883.13493.8937單壓總焓值=12591.9847.7874計(jì)算104kJ/h10887.028612599.7714AQC 鍋爐蒸汽段出口廢氣量、溫度、比熱、總焓值廢氣溫度大于飽和溫度15計(jì)算Nm3/h241675242400237.87210kJ/Nm3

15、· 1.36191.3585104kJ/h7829.18626915.3084AQC 鍋爐蒸汽段廢氣總焓降雙壓=10887.02867829.1862單壓=12599.77146915.3084計(jì)算104kJ/h3057.84245684.463用于生產(chǎn)蒸汽的廢氣總焓降雙壓=保熱系數(shù)0.975×3057.8424單壓=保熱系數(shù)0.975×5684.463計(jì)算104kJ/h2981.39635542.3514蒸汽段主蒸汽壓力、溫度、焓值設(shè)計(jì)MPa(A)2.451.35222.87355焓熵圖kJ/kg2800.693162.4蒸汽段排污壓力、溫度、焓值設(shè)計(jì)MPa（A

16、）2.451.4飽和 222.87195.04焓熵圖KJ/kg956.95830.04蒸汽段給水溫度、焓值設(shè)計(jì)212.87185焓熵圖KJ/kg910.82785.23蒸汽段蒸汽產(chǎn)量 雙壓=29813963/(2800.69910.82) 2%×(956.95910.82)單壓=55423514/(3162.4785.23) 2%×(830.04785.23)計(jì)算t/h15.76823.306AQC余熱鍋爐雙壓高壓省煤器段AQC 鍋爐高壓省煤器段進(jìn)口廢氣量、溫度、比熱、總焓值=241675×237.87×1.3619計(jì)算Nm3/h241675237.87

17、kJ/Nm3· 1.3619104kJ/h7829.1862漏風(fēng)量、漏風(fēng)焓值 考慮漏風(fēng)0.5%漏風(fēng)焓值=漏風(fēng)量×25×1.2979÷10000設(shè)計(jì)確定Nm3/h1200計(jì)算104kJ/h3.8937AQC 鍋爐高壓省煤器段出口廢氣量、溫度、比熱、總焓值廢氣量=2416751200總焓值=242875×213×1.3589Nm3/h242875213kJ/Nm3· 1.3589104kJ/h7029.9124AQC 鍋爐高壓省煤器段廢氣總焓降=7829.18623.89377029.9124計(jì)算104kJ/h803.1675用

18、于加熱水的廢氣總焓降保熱系數(shù)0.975×803.1675計(jì)算104kJ/h783.0883高壓段給水量、溫度、焓值1.02×15.768計(jì)算t/h16.083設(shè)計(jì)100焓熵圖KJ/kg419.04高壓段給水總焓升16083×（910.82419.04）÷10000與廢氣焓降基本相等104kJ/h790.9298AQC余熱鍋爐低壓蒸汽段考慮漏風(fēng)AQC 鍋爐低壓蒸汽段入口廢氣溫度、總焓值考慮漏風(fēng)1%、漏風(fēng)溫度25=7029.91242400×25×1.2979÷10000213計(jì)算104kJ/h7037.6998AQC 鍋爐低壓

19、蒸汽段出口廢氣量、溫度、比熱、總焓值2428752400總焓值=245275×139×1.3518/10000計(jì)算設(shè)計(jì)Nm3/h245275139kJ/ Nm3· 1.3518104kJ/h4608.7221AQC 爐低壓蒸汽段用于生產(chǎn)蒸汽的廢氣總焓降 =0.98(保熱系數(shù))×(7037.69984608.7221)計(jì)算104kJ/h2380.3981低壓蒸汽段主蒸汽壓力、溫度、焓值、產(chǎn)汽量給水40焓值167.44 kJ/kg產(chǎn)汽量=23803981/（2726.9167.44）設(shè)計(jì)MPa(A)0.2 130-kJ/kg2726.9計(jì)算t/h9.3AQC

20、余熱鍋爐省煤器段(雙壓:低溫省煤器段)(單壓: 高溫省煤器段)AQC 鍋爐省煤器段進(jìn)口廢氣溫度、總焓值 139210104kJ/h4608.72216915.3084漏風(fēng)量、漏風(fēng)焓值 雙壓可不考慮漏風(fēng)單壓考慮漏風(fēng)1%漏風(fēng)焓值=漏風(fēng)量×25×1.2979÷10000設(shè)計(jì)確定計(jì)算Nm3/h2400104kJ/h7.7874考慮漏風(fēng)入口廢氣總焓值6915.30847.7874104kJ/h6923.0958AQC 鍋爐省煤器段出口廢氣量、廢氣溫度、廢氣比熱、廢氣總焓值出口廢氣量=2424002400雙壓廢氣總焓值=245275×98.5×1.3476

21、單壓廢氣總焓值=244800×150×1.3528Nm3/h24527524480098.5150kJ/ Nm3· 1.34761.3528104kJ/h 3255.7464967.4816AQC 鍋爐省煤器段進(jìn)出口用于加熱給水的廢氣總焓降雙壓=0.98(保熱系數(shù))×(4608.943255.746)單壓=0.98(保熱系數(shù))×(6923.09584967.4816)104kJ/h1326.131916.5019AQC 爐省煤器段給水量 、給水溫度雙壓給水量(不含低壓部分)=1.01×（25.7616.083）（考慮除氧損失1%）單壓

22、給水量=1.02×（27.10623.306）（考慮排污損失2%）t/h42.26151.4240100AQC 爐省煤器段出水溫度 、焓值114185kJ/kg478.23785.23AQC 爐省煤器段出水總焓升雙壓=42261×（478.23167.44）÷10000單壓=51420×（785.23419.04）÷10000計(jì)算結(jié)果與用于加熱給水的廢氣總焓降基本相等104kJ/h1313.42961882.9489AQC余熱鍋爐單壓低溫省煤器段AQC 鍋爐低溫省煤器段進(jìn)口廢氣量、廢氣溫度、廢氣比熱、廢氣總焓值可不考慮漏風(fēng)單壓廢氣總焓值=244

23、800×150×1.3528Nm3/h244800150kJ/ Nm3· 1.3528104kJ/h 4967.4816AQC 鍋爐低溫省煤器段出口廢氣量、廢氣溫度、廢氣比熱、廢氣總焓值可不考慮漏風(fēng)單壓廢氣總焓值=244800×100×1.3483Nm3/h244800100kJ/ Nm3· 1.3483104kJ/h 3300.6384AQC 鍋爐省煤器段進(jìn)出口用于加熱給水的廢氣總焓降單壓=0.98(保熱系數(shù))×(4967.48163300.6384)104kJ/h1633.5063AQC 爐省煤器段給水量 、給水溫度（除

24、氧汽水損失1%）單壓給水量=1.01×51.42t/h51.934240AQC 爐省煤器段出水溫度 114AQC 爐省煤器段出水總焓升單壓=51934.2×（478.23167.44）÷10000計(jì)算結(jié)果與用于加熱給水的廢氣總焓降基本相等104kJ/h1614.063汽輪機(jī)及發(fā)電機(jī)主汽壓力、溫度、焓值、流量考慮阻力0.1 MPa(A)考慮溫降10以上計(jì)算匯總MPa(A)2.31.25370324kJ/kg3177.353097.76t/h40.97350.412雙壓補(bǔ)汽壓力、溫度、焓值、流量考慮阻力0.1 MPa(A)溫降10以上計(jì)算匯總MPa(A)0.1 120

25、kJ/kg2716.48 t/h9.3汽輪機(jī)排汽壓力MPa(A)0.0080.008雙壓排汽焓值kJ/kg2369.33單壓壓排汽焓值kJ/kg2380.75雙壓發(fā)電功率汽輪機(jī)機(jī)械功等損耗128 kW(3177.352369.33)×40973÷3600(2716.482369.33) ×9300÷3600128×0.97發(fā)電機(jī)效率0.97kW9666單壓發(fā)電功率汽輪機(jī)機(jī)械功等損耗128 kW (3097.76-2380.75) ×50412÷3600128×0.97機(jī)械效率0.98發(fā)電機(jī)效率0.97kW以上計(jì)算僅限于雙壓雙取風(fēng)不與二次風(fēng)三次風(fēng)搶風(fēng)、搶熱量，實(shí)際上雙壓雙取風(fēng)的前段取風(fēng)過(guò)于靠近二次風(fēng)三次風(fēng)，勢(shì)必與二次風(fēng)三次風(fēng)搶風(fēng)、搶熱量，可能由此造成增加發(fā)電的假象，其實(shí)增加發(fā)電是以增加水泥熟料煤耗為代價(jià)，在經(jīng)濟(jì)上是不合算的。3單雙壓系統(tǒng)系統(tǒng)廠用電比較(以5000t/d干法水泥窯為例)雙壓系統(tǒng)，單壓系統(tǒng)的疏水箱出水泵軸功率相差不多,可視為相等，由于蒸汽量雙壓?jiǎn)螇合嗖畈欢?循環(huán)水泵耗電也相差不多,可視為相等。廠用電可比情況人如下：雙壓系統(tǒng)鍋爐(高壓)給