水泥有限公司2000td水泥窑余热发电工程项目设计方案

1 水泥有限公司 2000t/1 项目申报基本概况 目名称 项目名称： 水泥有限公司 2000t/d 水泥窑余热发电工程（ 5 目地址 ，与现有水泥生产线建在同一厂区内。 目建设规模及产品 根据 2000t/d 水泥窑的设计参数和实际运行情况，建设规模拟定为：在不影响水泥熟料生产、不增加水泥熟料烧成能耗的前提下，充分利用水泥生产过程中排出的废气余热建设一座装机容量为 5低温余热电站。 产品为 力。 目主要技术经济指标 主 要技术经济指标一览表 序号 指标名称 单位 指标 备注 1 装机容量 000 2 计算发电功率 600 3 平均发电功率 520 保证指标值 4 年运转小时 h 7200 窑年运转 7600h 5 年发电量 104254 按平均发电功率计 6 年供电量 104043 按平均发电功率计 7 年少购电量 104043 按平均发电功率计 2 序号 指标名称 单位 指标 备注 8 电站自用电率 % 9 吨熟料平均发电量 t 料产量按 2500t/d 计 10 全站占地面积 410 11 全站建筑面积 100 12 电站年节约标准煤 t/a 11137 按 13 日补充水量 t/d 1105 包括生产与生活用水 14 全 站劳动定员 人 18 其 中：生产工人 人 16 管理人员 人 2 15 劳动生产率（实物） 全员 104 年 181 按年发电功率计 生产工人 104 年 203 按年发电功率计 3 2 拟建项目情况 设内容与范 围 本项目根据 2000t/d 水泥生产线的实际运行情况、机构管理和辅助设施，建设一座 5低温余热电站。本项目的建设内容与范围如下： 电站总平面布置； 窑头冷却机废气余热锅炉（ ）； 窑尾预热器废气余热锅炉（ ）； 窑头冷却机废气余热 过热器 （ 简称 锅炉给水处理系统； 汽轮 机及 发电机系统； 电站循环 冷却 水系统； 站用电系统； 电站自动控制系统； 电站室外汽水系统； 电站室外给、排水管网及相关配套的 土建、 通讯、给排水、照明、 环保、劳动安全与卫生、消防、节能 等辅助系统。 设条件 域概况 热条件 根据公司提供的水泥窑正常生产 15 天连续运行记录，废气余热条件如下。 （ 1）窑头冷却机可利用的废气余热量为： 废气量（标况）： 140000h 废气温度： 310 含尘量： 20g/了充分利用上述废气余热用于发电，通过调整废气取热方式，将废 4 气参数调整如下。 冷却机前部取风参数： 废气量（标况）： 30800h 废气温度： 450 含尘量： 20g/冷却机中部取风参数： 废气量（标况） ： 71200h 废气温度： 306 含尘量： 20g/述废气余热可全部用于发电。 冷却机通过调整上述取风方式，冷却机直接排掉的废气参数为： 废气量（标况）： 38000h 废气温度： 120 含尘量： 20g/ 2）窑尾预热器可利用的废气余热量为： 废气量（标况）： 167000h 废气温度： 350 含尘浓度： 80g/述窑尾废气经余热锅炉后，温度 降至 170再用作原 料粉磨烘干热源。 源条件 拟建电站生产用水根据当地水资源情况，拟采用污水厂二次处理水及地下水。本工程日总消耗水量为 1105t/d，其中生活及其他日耗水量为206t/d；循环冷却水消耗量为 899t/d。 机方案 根据水泥生产线的设计和运行情况，结合以往余热电站的设计、调试及运行经验；在充分利用余热资源的条件下，以“ 稳定可靠，技术先进，降低能耗，节约投资 ”为原则，确定本方案。 5 机方案选择 根据目前国内 外纯低温余热发电 技术及装备 ，针对的废气余热资源，可供选择的纯低温余热发电热力系统及装机方案 主要有两个：一是我公司开发的 专利技术方案（专利证号为 下简称“第二代”）；二是以日本 海万安集团金山水泥厂 1500t/下简称“第一代”）。 对于第二代与第一代的原则比较结论叙述如下。 根据我们总承包并已投产的昌乐、潍坊、创新、龙游、山水、兴宝龙等水泥公司余热电站生产、运行、调试情况及所所取得的经验： （ 1）在各台余热 锅炉进出口废气温度相同的条件下，第二代纯余热发电技术由于实现了废气余热按其温度梯级利用，其发电能力比第一代提高 （ 2）第二代余热发电技术能在水泥窑临时事故状态下（比如因窑尾系统结皮、积料、堵塞或窑内结蛋、结圈等原因引起的临时断料）不停机； （ 3）第二代余热发电技术系统可采用滑参数运行，主蒸汽压力和温度运行变化范围可以达到 310 390 ,在提高余热发电能力的同时，由于主蒸汽参数运行范围比较宽，发电系统的运转率、可靠性、对水泥窑生产波动的适应性都大大优于第 一代； （ 4）第二代余热发电技术系统可以方便地调整主蒸汽温度，可保证汽机进汽参数能够长期处于汽机为保证寿命和效率所要求的进汽参数 ,从而保证汽机寿命和效率； （ 5）由于第二代余热发电技术系统采用较高蒸汽参数 ,汽水管道规格、配套辅机、阀门及水消耗量都小于第一代，即单位 （ 6）第二代余热发电技术采用常规热力除氧器，用 130以下低温废 6 气余热除氧，与第一代技术的化学或真空除氧相比降低了药品或电站自用电即降低了电站运行成本同时提高了除氧的可靠性； （ 7）第二代余热发电技术解决了 锅炉给水串联从而互相影响的问题。 综合上述因素 ,我们确定采用第二代余热发电技术。 经热力计算， 2000t/d 水泥窑在正常生产时所产生的废气余热设计可发电 4600计平均发电功率为 4520虑到水泥生产线废气参数的波动，发电装机容量按一台 5000机方案予以确定。 力系统 根据上述方案比较， 本 项目装机容量为 5统主机包括二台余热锅炉、一台余热过热器及一套补汽凝汽式汽轮发电机组。 窑尾余热锅炉 热锅炉 利用窑尾废气余热，在窑尾设置 热锅炉。余热锅炉分为蒸汽段、蒸 汽段运行：蒸汽段生产 和蒸汽通入设在窑头熟料冷却机旁的 热过热器过热，蒸汽段生产 热蒸汽 一部分用于汽轮机补汽，另一部分可通入窑尾电收尘器入口风管用于降低废气比电阻 。出 热锅炉废气温度降到 160 200后作原料磨烘干热源。 窑头余热锅炉 热锅炉 利用冷却机中部抽取的废气（中温端： 306）与 热过热器出口废气混合，在窑头设置 热锅炉。余热锅炉分为蒸汽段、蒸汽段和热水段运行：蒸汽段生产 饱和蒸汽通入热过热器过热；蒸汽段生产 过热蒸汽，一部分去除氧器用于热力除氧，另一部分用于汽轮机补汽；热水段生产的105热水通至除氧器除氧后，经锅炉给水泵作为 热锅炉段的给水，出 炉废气温度降至 90 100后再由原来的窑头收尘系统 7 排入大气。 窑头余热过热器 热过热器 利用冷却机中部靠前位置抽取的废气（高温端： 450），在窑头设置 热过热器。余热过热器将来自本窑 热锅炉和 热锅炉 和蒸 汽过热到 380，出 热过热器的废气温度降至 255 258后，再与冷却机中部（中温端）抽取的废气混合后进入 热力系统 汽轮机凝结水经凝结水泵送入疏水箱，经疏水泵为窑头 热锅炉热水段供水， 热锅炉热水段生产的 100 105热水通至除氧器被除氧后，经锅炉给水泵作为 热锅炉蒸汽段的给水； 热锅炉蒸汽段生产的 饱和蒸汽汇合后进入 热过热器过热到 380，过热蒸汽作为主蒸汽进入汽轮机的主进汽口； 蒸汽段生产的 压过热蒸汽，一部分通入汽机补汽口，另一部分去除氧器用于热力除氧； 热锅炉蒸汽压过热蒸汽， 一部分用于汽轮机补汽，另一部分可通入窑尾电收尘器入口风管用于降低废气比电阻 。汽轮机做功后的乏汽通过冷凝器冷凝成凝结水，经凝结水泵送入疏水箱，从而形成完整的热力循环系统。 机设备 根据热力系统和国内外余热锅炉、汽轮机的生产及使用情况，确定主、辅机设备如下： 序号 设备名称及型号 数量 主要技术参数、性能、指标 1 凝 汽式汽轮机 1 型号： 3/定功率： 5定转速： 3000r/定进汽 压力： 8 序号 设备名称及型号 数量 主要技术参数、性能、指标 额定进汽 温度： 370 额定进汽量： h 额定补汽压力： 定补汽温度： 150 额定补汽量： h 额定排汽压力： 发电机 1 型号： 定功率： 5 额定转速： 3000r/线电压： 热锅炉 1 入口废气量： 163600h（标况） 入口废气温度： 346 入口废气含尘浓度： 80g/况） 出口废气温度： 160 200 锅炉蒸汽段： I 段： 产汽量： h 和） 给水 温度： 100 ： 产汽量： h 160 给水 温度 ： 40 锅炉总漏风： 3% 布置方式： 露天 4 热锅炉 1 入口废气量： 105350h（标况） 入口废气温度： 285 入口废气含尘浓度： 20g/况） 9 序号 设备名称及型号 数量 主要技术参数、性能、指标 出口废气温度： 90 100 锅炉蒸汽段： I 段： 产汽量： h 和） 给水 温度： 100 ： 产汽量： h 160 给水 温度： 40 锅炉 热 水段： 热 水 量 ： h 给水温度： 105 给水温度： 40 锅炉总漏风： 3% 布置方式： 露天 5 热 过热器 1 入口废气量： 31416h（标况） 入口废气温度： 440 入口废气含尘浓度： 20g/况） 出口废气温度： 258 入口 蒸汽 ： h 和） 出口蒸汽 ： h 布置方式： 露天 6 除氧器 1 出力： 20t/h 工作压力： 作温度： 104 除氧水箱： 20 锅炉给水泵 2 流量： 15 25 28t/h 10 序号 设备名称及型号 数量 主要技术参数、性能、指标 扬程： 360 405 420 循环冷却水泵 3 流量： 972 1260m3/h 扬程： 20 16 机械通风冷却塔 3 冷却水量： 600t/h 10 慢速双钩桥式起重机 1 型号： 16/度： 间布置 （ 1）主厂房 主厂房由汽轮发电机房、电站控制室、高低压配电室及化学水处理组成，全部为单层布置，总占地面积为 33 15建筑面积 822 （ 2） 热锅炉 窑尾 热锅炉布置在水泥生产线窑尾框架旁边，占地为 用露天布置，运行平面为 台上布置 热锅炉本体、值班室及 汽水取样器等。 （ 3） 热锅炉、 热过热器 窑头 热锅炉、 热过热器布置在水泥生产线窑头厂房南侧，占地为 7 用露天布置。 热锅炉、 热过热器运行平面同为 台，平台上布置 热锅炉和 热过热器本体、汽水取样器等。 （ 4）循环冷却水塔及循环水泵站占地为 9 站采用的技术措施 （ 1） 熟料冷却机废气取热方式分为高温端 ( 450 )、中温端 (306 )两个取热口，提高了余热品位，相应地提 高了余热发电能力。 （ 2） 窑头 热锅炉采用两段受热面，最大限度地利用了窑头熟料冷却机废气余热。 生产的 热蒸汽与 1 热水段生产 105的热水直接入除氧器，在保证除氧效果的同时提高了机组的发电能力。 （ 3） 为了保证电站事故不影响水泥窑生产，各余热锅炉均设有旁通废气管道，一旦余热锅炉或电站发生事故时，可以将余热锅炉从水泥生产系统中解列，不影响水泥线的正常运行。 （ 4） 窑头余热锅炉废气入口采用沉降室降尘处理，以减轻熟料颗粒对锅炉的冲刷磨损， 另外锅炉在设 计时采用适当的受热面结构型式、合适的废气流速及受热面管节距、防磨板片的材质及型式。 （ 5）对窑尾 废气进口管道的阀门设置，做了特殊的设计和位置安装，能够调节灵活，不积灰、不漏风。 站循环冷却水 计规范 小型火力发电厂设计规范 建筑给水排水设计规范 设计范围 电站生产设备冷却水系统，冷却水系统中建、构筑物设施的设计。 备冷却用水量 凝汽器冷却水量： 1320t/h 冷 油器冷却水量： 60t/h 空冷器冷却水量： 120t/h 锅炉给水泵轴封 冷却水量： 1t/h 本 项目 设备冷却水量为： 1501t/h 备冷却水系统方案 本项目设备冷却用水采用循环系统。循环冷却水系统包括循环冷却水泵、冷却构筑物、循环水池及循环水管网。该系统运行时，循环冷却水泵自循环水池抽水送至各生产设备冷却用水，换热后的冷却水（循环回水）用循环水泵的余压送至冷却构筑物，冷却后的水流至循环水池，供 循环水泵继续循环使用。为确保该系统良好、稳定的运行，系统中设置了旁滤和 12 加药装置。 本项目循环冷却水泵采用 3台流量为 972 1260m3/h、扬程为 20 16常工作实现二用一备。 根据本项目所在地区气象条件和冷却用水量，循环冷却塔采用 3 台冷却能力为 600m3/h 的逆流式机械通风冷却塔。 统损失水量与补充水量 逆流式机械通风冷却塔的蒸发、风吹、飞溅损失水量为 h，系统排污、渗漏损失水量分别为 12t/h、 3t/h， 总损失水量为 h。 电站各车间排放废水经沉淀、过 滤处理后泵入循环水系统 ， 可 补充 损失 水量 h， 另有 h 损失水量由新鲜水补充。 全站冷却水回收利用 h， 间接循环利用率为 学水处理 计规范 小型火力发电厂设计规范 火力发电厂化学设计技术规程 5068 水处理方式的选择 根据公司提供的水质分析报告，为了满足电站的用水水质标准，根据原水水质情况采用“组合式双柱锅炉软化水”系统。该系统具有经济实用、常年运转费用低、操作简便、整体性 强、占地面积小等特点。处理流程为：自清水池清水进入车间清水箱，再由清水泵将水送至组合式双柱锅炉软化水装置，最后进入软化水箱，通过软化水泵送给汽轮发电机房。处理后水质残留硬度可达到 的标准。 量的确定 电站正常运行时，系统水汽循环量为 h，此时系统总补水量为 h。考虑系统运行中发生汽轮发电机或其它辅机突发故障而短时停运，为不影响水泥生产线的正常运行，余热锅炉不解列而损失的蒸汽量，再考虑正常运行时余热锅炉并汽或解列所损失的蒸汽量，因此设计确定化学水处理系统生 产能力为 10 20t/h。 13 处理设备选型 组合式软化水装置 2 台 工作压力： 水浊度： 2 度 交换流速： 15 20m/h 出水残留硬度： 产水量： 10 20t/h 软化水泵 2 台 流量： 15 20m3/h 扬程： 53 46 清水泵： 2 台 流量： 15 20m3/h 扬程： 30 18化水箱： 30水箱： 30 技术指标 根据公司提供水源情况和锅炉给水水质要求，化学水处理系统主要技术指标如下： 年消耗原水量： 15360t 年产软化水量： 7680t 年消耗 64t 年消耗氨水： 8t 循环水用药： 5t 年消耗 98%12 16t 气及自动化 制范围 本项目 编制范围包括以下几个主要方面 ： 14 电站的电气主 接线，电站 接入系统； 站用电配电，站用辅机控制； 热工自动化及计算机控制系统； 电站室外动力及照明配电线路； 车间照明、防雷及接地设计 。 制依据 根据业主 提供的基础资料。 气技术方案 （ 1）电气主接线 为保证电站运行的可靠性和供电质量，电站的主接线采用单母线不分段的接线方式，由发电机出口开关、电站与总降 母线相联的联络开关及电站内部的母联开关组成发电 机母线段。该种接线方式可保证电站与系统联络灵活，同时亦可保证站用电的安全和可靠。 （ 2）厂用电系统及直流系统 电站站用电设备总装机容量为 450算负荷为 300 根据直流系统的负荷 (包括正常工作负荷和事故负荷 )容量，为了安全可靠，设计各选用一套 180酸免维护直流蓄电池成套装置。 站用电接线应安全可靠、保证重要负荷供电连续性，同时应在站用电主接线简单、灵活的原则下，兼顾电站热力系统的配置。站用电接线方式将采用单母线不分段运行， 站用变压器选 用两 台 400/10、 00压器。 （ 3）主要设备选型 压配电设备选用金属铠装全封闭中置移开式高压开关柜 ； 400站用低压配电设备选用抽屉式低压配电屏 ； 继电保护屏选用 10 标准屏 ； 控制屏选用 列仪表控制屏 ， 控制台为由 统配套的电脑 15 工作台 ； 控硅励磁装置随发电机配套 。 （ 4）配电线路 电站 压电缆全部采用交联聚氯乙烯电缆， 380V 配电线路及控制电缆采用全塑电缆。 电站的敷线以桥架为主，电缆沟及穿管直埋为辅。 （ 5）照明 主厂房 的照明电源，采用白炽灯与高压水银灯混合配光。控制室、值班室、配电室等的照明电源均为荧光灯。同时在控制室、汽轮机房等重要场所均设有直流事故照明灯。 （ 6）防雷及接地 高于 15 米的主厂房均设有防雷设施；低压站用电系统采用接零方式。 （ 7）通讯 根据余热电站生产的需要，电站各个车间之间均应设有调度通讯系统，主要生产车间还设有直通电话。考虑到电站与地区电力系统的生产调度，电站还应设有与地区电力系统的通讯联络设施。 动化技术方案 （ 1）设计原则和控制方式 本项目的控制仪表及设备，由数 字控制系统的控制装置和由 视装置为主构成的集散型控制系统组成。设备运行时的控制、监视及保护、调节均由设在汽轮发电机房的主控室集中监控。 （ 2）控制功能 a、通过计算机控制系统，可进行按车间、按块、按流程的马达及阀门的顺序起动和停止，同时实现自动顺序联锁、保护。 b、对于热工参数及信号，具有数据记录功能，图形表示功能和操作功能。 c、对于汽包水位、凝汽器水位、锅炉主蒸汽温度、发电负荷、闪蒸 16 器水位、凝汽器压力、主蒸汽压力等由 统实现自动调节。 d、利用 统同时实现生产报表、操作运行记录、事 故发生及处理记录、参数运行曲线打印等管理控制功能。 水排水 风与空调 筑结构 筑 （ 1）设计原则 建筑设计将严格遵照国家现行的建筑设计规范，标准，尽量采用新技术，新材料和先进可靠的建筑构造。在建筑形象上充分考虑建筑的总体性和地方性，力求布局合理，造型美观，色彩协调，与工厂现有建筑物合理统一，努力创造既有时代感又有地方特色的工业建筑群的新形象。 （ 2）总体构思 根据本项目总体布局，功能分区明确等特点，设计将充分利用建设场地的自然地貌和气候特征，巧妙地运用建筑设 计手法，使每个建筑物都具有良好的朝向及采光。同时充分利用建筑物之间的空地，加强绿化措施，种植长青植物，形成立体的绿色屏障，为职工工作营造一个优美的室外环境。 （ 3）环境设计 考虑到当地气温及气候特点，在建筑色彩方面采用浅淡色调，局部利用明快的暖色加以点缀。结合总图布置，在电站主厂房、化学水处理、循环冷却水塔及泵站周围及道路两旁，设置花池，花台及绿化带，形成电站优美的环境。 （ 4）建筑构造及做法 （ a）屋面 17 生产车间屋面排水均为无组织排水，现浇钢筋混凝土屋面坡度为 3%，压型钢板屋面坡度为 10%。屋面防水 为现浇钢筋混凝土屋面粉 20 厚 1： 2防水砂浆。辅助建筑屋面为 性沥青防水卷材屋面。其屋面保温采用150 厚防水珍珠岩或聚苯乙烯板。 （ b）楼地面 一般生产车间为 凝土地面，楼面为钢筋混凝土随捣随光。办公、值班室楼地面采用地砖或其它材料。主厂房室内外高差为 150助车间室内外高差为 300于汽轮发电机房运行层地面采用水磨石地面或地砖地面。 （ c）墙体及粉刷 生产车间内外墙均采和 370 厚粘土多孔砖墙。钢筋混凝土框架结构中用非承重粘土多孔砖墙，其余采用承重的粘土多孔砖墙。辅助建筑外墙均采用 370 厚粘土多孔砖墙，内墙采用 240 厚粘土多孔砖墙。 车间及辅助建筑外墙均刷外墙涂料，内墙面喷（刷）石灰浆或乳胶漆，化验室、值班室、配电室、控制室等内墙做水泥砂浆及涂料粉刷，有特殊要求或标准较高的建筑可采用面砖等材料。 一般车间顶棚为喷白，辅助建筑顶棚为轻钢龙骨防火纸面石膏板。 （ d）门窗 除主厂房内的高低压电气室外，一般车间外门窗采用钢门窗，辅助建筑外门窗采用塑钢窗。 一般内门窗采用木门窗。 （ e）楼梯、栏杆 除电气室为钢筋混凝土楼梯外，一般生产车间均采用钢梯。平台栏杆一般采用钢栏杆。 （ f）地沟，地坑 一般采用 配密实性防水混凝土，抗渗标号不小于 缝处采用单层固定式钢板止水带。当深度大于 800有特殊防水要求时，选 18 用钢筋混凝土地沟。 构设计 （ 1）自然条件 （ 2）场地工程地质 （ 3）基础选型 （ 4）结构造型 本着节约投资的原则，确定下列结构选型： 主厂房 ：采用钢筋砼结构。 各余热锅炉基础：采用钢筋砼结构 化学水处理：采用砖混结构 循环水冷却塔及水泵房：采用现浇钢筋砼结构 目实施进度设想 根据同类型项目的建设经验和本项目的实际情况，本工程建设进度安排如下： 项目申请报告经主管部门核准后开展施工图设计， 2 个月后开始土建施工，土建施工 2 个月后安装与土建施工交叉进行，自第 8 个月起转入联合试运转，从土建施工起至投入生产运行总计安排 8 个月。具体进度安排见下表： 月 份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 工图设计 19 织机构及劳动定员 织机构 余热电站建成后，在日常生产上作为公司下属的一个机构纳入公司的统一管理。电站根据需要设站长 (兼热工工程师 )、电气仪表工程师各一名。 动定员 电站生产岗位按工艺要 求设置，实行四班三运转工作制，工作制度为每人每周工作 5 天，每天工作 8 小时。 电站定员 18 人，其中管理人员 2 人，生产工人 16 人。 详见定员明细表。 动生产率 按电站年发电量 3254 104算，实物劳动生产率如下： 全员 181 104 a 生产工人 203 104 a 工培训 本电站的生产工人可在国内同类型厂或小型火电厂进行培训，以便保证正常生产。培训时间建议安