水泥窑纯低温余热发电项目技术方案.doc

XXXX水泥有限责任公司水泥窑纯低温余热发电项目技术方案北京仟亿达科技股份有限公司2015年6月 目 录第一章 总论41.1 企业概况11.2项目建设的必要性11.3工程名称、建设规模、产品方案31.4 设计依据和范围31.5 主要设计原则和指导思想31.6 主要设备配置41.7主要技术经济指标5第二章 方案实施条件12.1 建设条件12.2 技术条件12.3余热条件22.4 设备及材料来源32.5 管理条件3第三章 热力系统13.1设计原则13.2余热锅炉与水泥生产工艺系统的衔接13.3 热力系统的确定53.4余热烟气性质以及热力计算73.5主机型式及其主要设计规范83.6 热力系统设计特点及说明103.7主要辅助设备12第四章 化学水处理系统14.1概述14.2锅炉补给水处理系统14.3 循环冷却水处理系统44.4 水汽冷却取样系统54.5 加药系统54.6 化学实验室5第五章 电 气15.1概述15.2电气主接线25.3短路电流计算及主要设备选择25.4厂用电接线及布置35.5电气设备的布置35.6 直流系统45.7 发电机励磁系统45.8电气二次线、继电保护及自动装置45.9电缆设施85.10过电压保护及接地85.11 照明和检修网络9第六章 自 控26.1 概述16.2 热工自动化水平和控制室布置26.3 热工自动化功能76.4 热工自动化设备选择146.5 辅助车间控制系统156.6 电源15第七章 采暖、通风、空调17.1通风27.2空气调节27.3采暖2第八章 总 图28.1区域位置18.2建设场地18.3总平面布置18.4道路交通1 第一章 总论1.1 企业概况略1.2项目建设的必要性随着我国经济的不断发展，能源问题日益突出，特别是2004年开始中国的煤炭、电力价格不断上涨，水泥制造业作为高能耗产业，成本上涨的压力越来越大，为了节能降耗，提高公司产品的竞争能力，公司拟进一步抓住发展良机，建设实施与新型干法水泥生产线配套的低温余热发电工程，一方面可以综合利用水泥生产线排放的废热资源，回收高温烟气的热量变废为宝，降低水泥生产成本和提高企业的经济效益，部分缓解生产用电紧张的形势，提高企业的竞争能力，另一方面可降低排烟温度和排尘浓度，节约能源，减少对环境的空气污染和温室效应。1.2.1 项目的建设是开展资源综合利用、节约能源、环境保护和可持续发展的需求。走进21世纪的中国，随着GDP的快速增长，能源供应紧张的状态日趋明显。水泥制造业是一个高能耗产业，不仅每年要消耗大量的煤炭等一次能源，而且还要消耗大量的二次能源电力，虽然随着水泥煅烧技术的发展，系统热效率得到了较大地提高，1300t/d、2500t/d、3200t/d新型干法水泥生产线的熟料热耗已经分别达到3475kJ/kg（830 kcal/kg）、3140kJ/kg（750 kcal/kg）、2970kJ/kg（710kcal/kg），但仍有大量的中、低温废气余热未能被充分利用，造成大量的能源浪费，并产生大量的废气，其中CO2的排放量占到了我国CO2总排放量的20。树立科学发展观，建立循环经济运行体系是我国的一项长期的重大技术政策，合理地综合利用现有的宝贵资源将是我国确保经济可持续发展的关键。在窑外分解新型干法水泥生产工艺中，窑尾预热器和窑头熟料冷却机的废气除了部分用于烘干原料、煤以外仍然排掉了大量的低温废气余热，其热量约占水泥熟料烧成系统总热耗量的30%左右，进一步充分利用这些中、低品位的余热是节约能源、减少温室气体排放的关键。纯低温余热发电项目的实施，一方面可以综合利用水泥生产线排放的废热资源，回收高温烟气的热量变废为宝，降低水泥生产成本和提高企业的经济效益，部分缓解水泥制造厂生产用电的紧张形势；另一方面可降低排烟温度和排尘浓度，减轻热污染和环境污染。早在1996年国务院曾以国发199636号文批转国家经贸委等部门关于进一步开发资源综合利用意见的通知，意见中明确指示，凡利用余热、余压、城市垃圾和煤矸石、煤泥等低热值燃料及煤层气生产电力、热力的企业，其单机容量在500千瓦以上，符合并网调度条件的，电力部门都应允许并网，装机容量在1.2万千瓦以下（含1.2万千瓦）的综合利用电厂，不参加电网调峰”。1.2.2 项目的建设企业节能降耗、降本增效、增强企业竞争力的需要。xxx水泥有限公司的一条日产5000t/d水泥熟料生产线，有大量的中、低温废气余热未能被充分利用，造成大量的能源浪费，并产生大量的废气，对这部分中、低温废气余热，国内外大多数的水泥企业普遍采用的回收方法就是余热发电，并已取得了相当成功的经验和较好的经济效益。经基本测算，建设配套的低温余热发电系统，年发电量可达到3203万kwh，可以为企业创造较大的经济效益，降低产品成本，提高产品的竞争能力。综上所述，XXXX有限公司公司利用窑尾废气进行余热发电，将熟料生产线所排出的中、低温废气采用纯低温余热发电技术加以回收利用，不仅可为公司节减大量的电力费用，从而大大降低产品成本，而且还可缓解因供电不足影响生产的矛盾，也为国家节省大量的能源，符合国家关于节能和资源综合利用政策。1.1.3 项目提出的背景能源、原材料、水、土地等自然资源是人类赖以生存和发展的基础，是经济社会可持续发展的重要的物质保证。而随着经济的发展，资源约束的矛盾日益凸显。采用纯低温余热发电技术，将排放的废气余热回收并转换为电能再用于水泥生产，将废气温度大幅降低后排入大气，这对降低水泥生产的综合能耗、减排CO2、削减热污染将是非常有效途径。北京仟亿达、XXXX水泥有限公司根据以上资源综合利用、节约能源、环境保护以及降低产品成本、提高企业竞争力的需要，决定利用公司的一条5000t/d水泥熟料生产线的窑尾、窑头废气余热，配套建设110MW的纯低温余热发电系统。 1.3工程名称、建设规模、产品方案1.3.1 工程全称：XXXX水泥有限公司15000t/d熟料生产线余热发电工程1.3.2 建设地点：XXXX水泥有限公司1.3.3 建设规模与产品方案本工程为熟料干法生产线配套纯低温余热发电系统，年运转率5200h，年发电量:3203104kWh。1.4 设计依据和范围1.4.1 设计依据XXXX水泥有限公司提供基础数据和相关批复文件、国家法律法规。1.4.2 设计范围主要生产工程：15000t/d熟料生产线配套纯低温余热发电系统的一台SP余热锅炉、一台AQC余热锅炉、一套汽轮发电机组、循环冷却水系统、DCS控制系统。本基本设计涉及专业包括：总图、锅炉、汽机、电气、自动化、给排水、暖动、建筑、结构、设备等。1.5 主要设计原则和指导思想尽可能做到余热电站在正常运行时不影响水泥熟料生产线的正常生产，余热电站建设时减少对水泥生产线正常生产的影响，在此前提下余热电站设计遵循“技术先进、生产可靠、节约投资”的原则，具体指导思想如下：(1) 在不影响水泥生产的前提下最大限度地利用余热；(2) 在生产可靠的前提下，提倡技术先进。要尽可能采用先进的工艺（热力系统）技术方案，以降低操作成本和改造基建的投入； (3) 以生产可靠为前提，采用成熟、可靠的工艺和装备，克服同类型、同规模项目中暴露出的问题；(4) 生产设备采用国产设备；(5) 余热电站主、辅机的过程控制采用集散型计算机控制系统；(6) 贯彻执行国家和地方对环保、劳动、安全、计量、消防等方面的有关规定和标准，做到“三同时”。1.6 主要设备配置主机设备配置表序号设备名称及型号数量主要技术参数1AQC余热锅炉1过热蒸汽：1.6MPa，330，16t/h进口烟气温度：360C，排烟温度：118C，烟气量：180,000Nm3/h,给水温度：45C。2SP余热锅炉1过热蒸汽：1.6MPa，330，28t/h进口烟气温度：330C，排烟温度：210C，烟气量：330,000Nm3/h3汽轮机N6-1.251主汽流量： 42t/h主汽压力： 1.5MPa主汽温度： 325额定功率： 8MW 4发电机QF-J6-21额定功率： 10MW出线电压： 10.5KV频率： 50Hz功率因数： 0.8转速： 3000r/min1.7主要技术经济指标序号指 标 名 称单 位数 量备 注一熟料生产规模熟料产量t/d15000t/d二生产工艺方式新型干法三余热发电建设规模装机容量kW10MW四余热发电工艺纯低温余热发电五主要生产设备1AQC 炉台12SP 炉台1310MW汽轮发电机组套1六发电系统指标按照15000t/d设计计算1额定功率kW80002计算发电功率kW77003平均发电功率kW61603年运行时间h52004年发电量104 kW h/a32035余热发电自用电率%86年供电量104 kW h/a29457熟料产量t/h2088计算吨熟料发电量kW h/ t37七劳动定员人26第二章 方案实施条件2.1 建设条件2.1.1 建设场地在XXXX水泥有限公司目前水泥生产线附近空余场地，可满足布置余热锅炉、纯低温余热发电站及辅助设施要求。2.1.2 电源余热发电系统的启动功率为1000kW，直接从10.5kv母线经过余热电站主厂房变压器变压380v。2.1.3 水文地质本项目拟采用地下水作为生产用水，工程日需补充新鲜水量约为2000m3。2.1.4 自然条件最高极端气温 摄氏度最低落极端气温 摄氏度年平均气温 摄氏度平均相对湿度 %年平均降水量 毫米日最大降水量 毫米最大冻土深度 毫米2.1.5 地震本项目所在区域属七度区，因此新建建筑物按七度地震烈度设防。2.2 技术条件2.2.1 水泥熟料产量及热量目前我公司通过以往余热发电基础理论数据的分析、总结和结合国内投产的余热发电工程，我公司开发了余热发电工程的第二代、第三代技术、单压、双压、闪蒸技术。目前该项目采用我公司第二代余热发电技术和双压技术。2.3余热条件根据已经投产的熟料生产线情况，初步测算可以利用的废热资源如下：烟气参数条件序号 项 目窑尾废气指标窑头废气指标1熟料产量5000t/d2废气量（湿基）340000Nm3/h200000Nm3/h3工艺出口废气温度平均值3602803104锅炉出口废气温度平均值2001105废气含尘量5060 g/Nm3Max. 80 g/Nm31522 g/Nm3Max.30 g/Nm36锅炉和风管的设计压力-7800Pa-3600Pa7允许锅炉的通风压损8001000Pa8001000Pa8废气成分（湿基）O2CO2N2H2O45%2030%6567%36%2021%/7679%12%根据废气参数，经过优化设计，热力参数汇总如下：热力参数汇总设 计 参 数熟料产量5000 吨/日AQC参数SP参数烟(风)流量(Nm3/h)180000330000进口烟(风)温度()360360出口烟(风)温度()110200过热蒸汽温度()330330过热蒸汽流量(t/h)1628过热蒸汽压力(MPa)1.61.6汽机主汽流量(t/h)42汽机主汽温度()325汽机主汽压力(MPa)1.5计算发电机输出功率(kW)7700考虑到熟料生产线熟料产量、废气量的波动情况，汽轮机选择8MW，发电机选择10MW。2.4 设备及材料来源 2.4.1 设备余热电站的主机设备和辅助设备国内均有生产厂家，其技术和装备水平都能满足本工程的要求，因此余热发电的主要设备在国内购置。2.4.2 药品来源余热发电系统锅炉水处理系统需要的药品可在当地购置。2.5 管理条件XXXX水泥有限公司经过多年来的生产经验，积累了一定的经验，培养了一批优秀的经营、管理和技术人才，有组织大规模建设工程的施工、安装、调试的经验，为本项目的建设奠定了良好的管理基础。第三章 热力系统3.1设计原则（1）本工程为一条5000t/d熟料生产线配套余热发电工程，装机容量为10MW，设备采用国产设备。余热发电工程热力系统、电气、自动化、水工系统与水泥生产线主系统匹配设置。（2）锅炉岛按照一条熟料生产线考虑，布置一台AQC炉和一台SP炉，汽轮发电机岛按照一台机考虑。（3）蓖冷机设置一个抽风口，窑头余热锅炉设单独的沉降室。（4）汽轮机组独立厂房布置，便于采光、运行管理。（4）配置一台真空除氧器，除氧工艺采用凝汽器热井除氧或真空除氧器二级除氧。（5）锅炉补给水采用除盐水，一级反渗透 + 混床工艺，便于进行锅炉水质管理；（6）设备冷却水采用循环水，循环水采用机力冷却塔进行冷却，混凝土和钢结构混合；（7）转动设备冷却水、循环水补水采用工业水，与厂区内原有工业水系统连接。（8）余热电站发电机并网不上网，所发的电用于熟料生产线的生产。厂用电部分仅考虑本余热发电新增负荷。（9）热工控制部分采用分散控制系统。（10）继电保护装置采用微机型，本工程设立独立的直流电源，容量只考虑本工程直流容量。3.2余热锅炉与水泥生产工艺系统的衔接3.2.1 SP炉（1）SP炉形式的确定 SP炉有两种布置形式：一种为卧式，另一种为立式。 卧式炉主要特点是：由于换热管采用悬挂式布置，不易积灰，清灰容易，换热效果稳定，锅炉内部按顺序前后布置过热器、蒸发器和省煤器。卧式炉的缺点是：占地面积大；尤其对已有的生产线加余热锅炉系统不方便，布置困难。锅炉投影面积大，造成粉尘落点分散，一般要通过拉链机集中输送，由于拉链机的运动，漏风点多，国产锅炉很难密封，特别是在窑尾负压较大的情况下，漏风严重。使得国产卧式锅炉热效率相对立式炉有所降低。立式锅炉主要优点：锅炉本体采用钢护板结构，锅炉自上而下布置过热器、蒸发器和省煤器，由于锅炉投影面积小，粉尘落点集中，回灰采用灰斗式，漏风点少、国产立式锅炉较卧式锅炉热效率高；由于锅炉的换热面增加是向上发展，因此占地面积较小，比较容易布置（可顺着窑尾风管平行布置）。特别适合于已有生产线增加余热发电系统。 立式锅炉主要缺点：在相同管束间距的情况下锅炉易积灰（特别是窑尾废气中的粉尘浓度较高）、受热面耗钢量相对较大。清灰时粉尘要经过过热器、蒸发器和省煤器，清灰效果不是很理想； 锅炉的积灰主要与粉尘浓度和粉尘性质及受热面的布置水平有关，中空窑进锅炉的温度为850左右，此时的粉尘为熔融状态，容易附积在换热面和炉墙上，通过振打吹扫等清灰手段不易清除，从而影响锅炉的热效率。但经过预热器的烟气其温度为320350，此时的粉尘主要为生料粉，较为松散，通过机械振打装置，就可以清除。通过以上比较和采取的措施，我们推荐SP炉采用立式锅炉。（2）SP炉的布置本余热发电方案是在窑尾一级旋风筒出口装一旁路余热锅炉（SP炉），窑尾废气经余热锅炉吸热降温至200左右，再由高温风机送到生料磨烘干生料和窑尾除尘器。若发电系统停用，则废气经原系统风管进入增湿塔、高温风机，如此可确保水泥生产线稳定运行。（3）窑尾的改造熟料生产线和余热发电一起建设，熟料生产线的设计已经预留余热发电的接口。3.2.2 AQC炉布置 （1）窑头蓖冷机开孔AQC锅炉布置在窑头篦冷机和余风风机之间，为立式结构。AQC锅炉通常有如下A、B两种取风方式，其设备布置如下图所示。A 余风直接利用B 中部抽气窑头余风利用两种形式在AQC锅炉之前布置有飞灰分离器（或沉降室），要求将余风中的固体颗粒含量降低70%左右，以减轻对AQC锅炉的磨损。采用B种抽风方式，将原余风抽风口改为两个抽风口，一只靠前，一只挪后。靠前的高温抽风口热风送AQC锅炉，挪后的低温抽风与AQC锅炉出风混合后经除尘器和余风风机排入大气，实际运行时通过各抽风口进出口调节风门来调节。根据国内外经验，改造后余热发电量可以提高30%以上，而且由于进入AQC锅炉余风温度提高，AQC锅炉参数提高、受热面减少。进一步提高过热蒸汽温度和流量。（2）AQC锅炉形式在AQC锅炉进气前部设置了沉降室，可以将余风中的固体颗粒含量降低，以减轻对AQC锅炉受热面的磨损。AQC锅炉也采用立式布置，窑头废气从上往下进行流动。AQC炉烟气侧阻力损失120mmH2O，漏风系数2%，AQC炉排烟温度110。（3）窑头蓖冷机改造余热发电和熟料生产线同时建设，建设熟料生产线过程中已经考虑余热发电的接口以及阻力。3.2.3余热锅炉受热面型式及清灰装置的确定窑尾余热锅炉的换热面将根据烟气含尘浓度较高的特点，采用光管受热面管束，以减少烟尘附着在换热面上，材质采用20#钢；窑头余热锅炉主要考虑减少水泥熟料颗粒对换热管束的直接冲刷磨损和增加换热面积，因此采用鳍片式管束。窑头高温过热器采用优质锅炉钢管，用以保证过热器的使用寿命（适应窑头烟气波动）。附着在换热面上的粉尘不仅能降低锅炉的热效率，而且使烟气的通过面积减少、气流速度增大、对锅炉的冲刷磨损加大，从而降低锅炉的寿命。因此余热锅炉的清灰在余热利用系统中是相当重要的。窑尾余热锅炉的清灰采用机械振打的措施来清除附着在换热面上的烟尘，通过机械振打，使粉尘进入灰斗最后排除；另外在余热锅炉设计时，换热管束之间间距可以布置的相对大一些，从而减少锅炉内部的积灰；窑头余热锅炉因采用了预除尘措施，所以附着在换热面上的大的粉尘较少，粘结性小，基本能随气流带走，所以不设清灰装置。3.3 热力系统的确定为了提高传热效率，合理布局锅炉受热面。窑头余热锅炉由省煤器、蒸发器和过热器组成，窑尾余热锅炉由省煤器和蒸发器、过热器组成。给水经窑头余热锅炉一级省煤器加热后分为两路，分别进入窑头高温省煤器和窑尾余热锅炉省煤器。工质在汽包和蒸发器中进行自然循环加热。产生的过热蒸汽通过过热蒸汽管道进入汽轮机作功发电。设计主要特点：l 余热锅炉单压系统，汽轮机单压压机组，结构简单、稳定性高，热回收效率也较高；l 窑头、窑尾锅炉均采用立式自然循环；l 窑头窑尾余热锅炉公用一个省煤器，以降低排烟温度以保证余热最佳利用。l 本方案不但保证了蒸汽的流量，而且提高了进入汽轮机的过热蒸汽温度，发电量高；l 系统能够适应生产线的波动，能够保证主蒸汽温度的一致性，减少了分汽缸的热应力和延长了分汽缸的使用寿命。l SP锅炉采用机械振打清灰；l 窑头锅炉前有一重力沉降室，减少了对AQC炉的磨损，增强了使用寿命；l AQC锅炉采用自然通风清灰，烟气从底部流出出口烟箱，受热面布置考虑集灰影响。3.3.1立式与卧式布置优缺点大型余热锅炉的布置主要有立式和卧式两种方式，在烟道为微负压时两种布置方式各有优缺点，视热介质（烟/空气、化工气体等）特点和现场条件进行优化选择。应用在燃气轮机和水泥的中低温烟/空气余热，处于高正压或高负压（如燃气轮机烟气背压在20003000 Pa，水泥窑尾烟气系统背压在-7500 Pa）的余热锅炉以立式结构布置更佳，象燃气轮机余热锅炉从卧式居多发展为目前的以立式为主。对水泥余热锅炉而言，立式布置的优点如下：1、占地小，布置方便；2、锅炉烟道密封容易，减少漏风；3、灰的收集（或携带）方便；4、烟气流动均匀，可避免出现烟气走廊而导致的传热效率降低和局部过速磨损；缺点是锅炉钢结构用量略有增加，对清灰的要求更高。水泥余热锅炉虽然容易积灰，但灰的黏结性小，容易清除。故在本项目中推荐使用的余热锅炉全部采用立式布置。3.3.3自然循环与强制循环优缺点依靠工质的重度差而产生的循环流动称为自然循环。借助水泵压头使工质产生的循环流动称为强制循环。自然循环形成：汽包、下降管、下联箱和倾斜式的受热面组成一个循环回路。由于上升管中的水在炉内受热产生了蒸汽，汽水混合物的比重/密度小，而下降管在炉外不受热，管中是水，其比重/密度大，两者比重/密度差就产生压力差，压力差形成水流推动力，水沿下降管向下流动，而汽水混合物则沿上升管向上流动，这样就形成水的自然循环流动。强制循环锅炉的结构与自然循环基本相同，所不同的在下降管中增加了循环泵，作为增强汽水循环的推动力。强制循环锅炉的优点:工质在受热面中是强制流动，因而受热面的布置方式灵活；汽水流速高，换热效率高；起、停炉快；循环倍率820（自然循环的循环倍率一般为510）或更高，蒸发受热面可使用小管径，相对汽包容积减小，节省钢材。缺点：加装热水循环泵，操作、检修相对复杂，系统可靠性降低；循环泵系统投资增加；运行费用高。自然循环的优点：系统可靠性高；系统水容积增大，（在波动热源情况下）稳定性好；运行费用低。缺点：锅炉钢材消耗较强制循环系统而言有所增加（由于锅炉设计水平的提高，受热面布置难度提高的问题已经解决）；锅炉启、停慢。在中低温余热发电领域，燃气轮机余热发电的锅炉及其热力系统的技术相当成熟，许多设计思想可以应用到水泥余热发电领域。自从20世纪90年代CMI发明的自然引致循环的专利技术后，首台立式余热锅炉脱离循环泵成功运行，由此中低温余热锅炉以立式自然循环为潮流。综合所述，在本项目中推荐使用的余热锅炉全部采用自然循环锅炉。3.4余热烟气性质以及热力计算（1）根据已经投产的熟料生产线情况，初步测算可以利用的废热资源如下：烟气参数条件序号 项 目窑尾废气指标窑头废气指标1熟料产量5000t/d2废气量（湿基）340000Nm3/h200000Nm3/h3锅炉进口废气温度平均值3602803104锅炉出口废气温度平均值2001105废气含尘量5060 g/Nm3Max. 80 g/Nm31522 g/Nm3Max.30 g/Nm36锅炉和风管的设计压力-7800Pa-3600Pa7允许锅炉的通风压损8001000Pa8001000Pa8废气成分（湿基）O2CO2N2H2O45%2030%6567%36%2021%/7679%12%根据废气参数，经过优化设计，热力参数汇总如下：热力参数汇总设 计 参 数熟料产量5000 吨/日AQC参数SP参数烟(风)流量(Nm3/h)180000330000进口烟(风)温度()360360出口烟(风)温度()110200过热蒸汽温度()330330过热蒸汽流量(t/h)1628过热蒸汽压力(MPa)1.61.6汽机主汽流量(t/h)42汽机主汽温度()325汽机主汽压力(MPa)1.5计算发电机输出功率(kW)7700考虑到熟料生产线熟料产量、废气量的波动情况，装机容量选择8MW的汽轮机和10MW的发电机。3.5主机型式及其主要设计规范3.5.1余热锅炉（1）窑尾余热锅炉主要热力参数（1台）：锅炉蒸发量 28t/h蒸汽出口压力 1.6MPa蒸汽出口温度 330省煤器入口温度 125省煤器出口温度 191烟气流量 330，000 Nm3/h入口烟气温度： 360（锅炉入口）出口烟气温度： 210（锅炉出口）锅炉压损： 80mmH2O（2）窑头余热锅炉主要热力参数（1台） ：低温省煤器热水量： 44t/h一级省煤器出口温度： 130省煤器入口温度： 42高温省煤器出口温度： 184高温省煤器入口温度： 130过热蒸汽压力： 1.6MPa过热蒸汽温度： 330过热蒸汽量： 16t/h烟气流量： 180，000 Nm3/h入口烟气温度： 360（锅炉入口）出口烟气温度： 112（锅炉出口）锅炉压损： 80mmH2O（3） 汽轮机主要技术参数（1台） ：型式：单缸、冲动、凝式汽轮机组额定输出功率： 8MW汽轮机转速： 3000 r/min，主汽压力： 1.5MPa主汽温度： 325水泥窑设计工况主汽流量： 42t/h冷凝器排汽压力： 0.008 MPa （4）发电机主要技术参数（1台）：额定功率： 10MW额定电压： 10.5KV功率因素： 0.8发电机转速： 3000 r/min励磁方式： 静止可控硅励磁3.6 热力系统设计特点及说明3.6.1热力系统概述水泥余热发电的热力系统主要由余热锅炉和汽轮机汽水系统组成，汽轮机、锅炉本体的热力系统随设备整体采购。3.6.2汽水循环系统 汽水循环系统主要由余热锅炉（汽水系统）和汽轮机以及辅助设备和管道组成。余热锅炉主蒸汽进入分汽缸，然后由分汽缸进入汽轮机。因考虑余热锅炉烟气利用，汽轮机不设置回热系统，采用真空除氧器。汽轮机配一台射水抽气器式真空除氧器。（1） 主蒸汽系统来自余热锅炉的新蒸汽经隔离阀至主汽门，再经调节阀进入汽轮机作功，做完工后的乏汽进入凝汽器凝结为水，经凝结水泵、除氧器、给水泵送回锅炉。汽轮油泵、汽封加热器、均压箱所需新蒸汽的管道，连接在主蒸汽电动阀前，为防止汽封加热器喷嘴堵塞，汽封加热器前蒸汽管道上装有滤汽器。（2） 轴封系统为了减少汽轮机汽缸两端轴封处的漏气损失，在轴伸出气缸的部位均装有轴封，分别由前汽封、后汽封和隔板汽封，汽封均采用高低齿型迷宫式。（3） 疏水系统在汽轮机启动、停机或低负荷运行时，要把主蒸汽管道及其分支管道、阀门等部件中集聚的凝结水迅速地排走，否则进入汽轮机通流部分，将会引起水击，另外会引起其它用汽设备和管道发生故障。汽轮机本体疏水设计有：l 自动主汽阀前疏水；l 前后汽封疏水；l 自动主汽阀杆疏水；l 自动主汽阀后疏水、汽轮机前后汽缸、轴封供汽管疏水，引至疏水膨胀箱；（4） 凝结水系统凝汽器热井中的凝结水，由凝结水泵经汽封加热器送至除氧器。汽轮机启动和低负荷运行时，为了保证有足够的凝结水量通过汽封加热器中的冷却器，并维持热井水位，在汽封加热器后的主凝结水管道上装设了一根再循环管，使一部分凝结水可以在凝汽器及汽封加热器之间循环，再循环水量的多少由再循环管道上的阀门来控制。汽轮机启动时，凝汽器内无水，这时应由专设的除盐水管向凝汽器注水。（6） 真空系统汽轮机运行需要维持一定的真空，必须抽出凝汽器、凝结水泵等中的空气，它们之间均用管道相互联通，然后与射水抽气器连在一起，组成一个真空抽气系统。（7） 循环水系统凝汽器、冷油器以及发电机的空气冷却器必须不断地通过冷却水，以保证机组的正常工作，冷却水管道、循环水泵、补充用的工业水管道及冷却循环水的冷却设备总称为循环水系统。循环冷却水系统 循环冷却水系统为凝汽器提供冷却水，采用机力通风冷却塔循环系统，其补充水来自厂区工业水。循环冷却水为汽轮机冷油器、发电机空气冷却器提供冷却水，供水管自凝汽器循环水进口蝶阀前的管道上接出，直接输送至各冷却设备，冷却水回水接至循环冷却水回水管。冷油器当机组停运时用工业水。其他设备冷却水用循环水或工业水，部分回收到冷却塔。循环水还提供给射水泵工业水箱，通过射水泵维持凝汽器真空。.工业水系统 工业水由业主管道过来，做为冷却塔补充水和工业设备冷却水。（8）给水系统 除氧器出水至低压给水母管，给水泵将除氧器水箱中的给水升压至高压给水母管，从母管送到AQC锅炉一级省煤器入口集箱。设置一台100%容量的电动给水泵。余热发电工程锅炉给水泵一用一备。3.7主要辅助设备3.7.1凝汽器选择原则及主要技术参数（1）选择原则 凝汽器通常由汽轮机厂家配套供货。（2）主要设计参数供货厂家： 汽轮机厂配套型号： N1000型式： 双流程二道制表面式冷却面积： 1000m2额定排汽压力： 8.0kPa额定排汽流量： 42t/h冷却水量： 20002500t/h凝结水温度： 42冷却水温度： 2733 管束材质： 不锈钢台数： 1台3.7.2给水泵选型原则及主要技术参数（1）选型原则 给水泵容量和扬程的选择应满足火力发电厂设计技术规程中对给水泵选型的要求。（2）主要技术参数供货厂家： 国内订购型号： DG85-674流量： 55t/h扬程： 296 mH2O水泵轴功率：76.4kW转速： 2950 r/min电动机功率：110kW电动机电压：380 v频率： 50 HZ台数： 二台给水泵一用一备。3.7.3 凝结水泵主要技术参数（1）选型原则 选择凝结水泵容量时应考虑使凝结水泵正常工作点在最佳状态。凝结水泵的扬程选择遵循火力发电厂设计技术规定。（2）主要技术规范供货厂家： 国内订购 型号：N50-55 流量：50t/h扬程：55m H2O转速：2950 r/min电动机功率：18.5kw电动机电压：380 V台数：2凝结水泵一用一备。 第四章 化学水处理系统4.1概述4.1.1化水专业设计主要内容和范围主要设计内容和范围包括：锅炉补给水处理系统、循环水处理系统、水汽取样系统、炉内加药系统、化学实验室等。4.1.2水源及水质本项目余热锅炉补给水源为地下水，水质资料参照生活水标准。4.1.3水汽质量标准(1)汽包给水的质量控制标准（GB1576-2001）如下：序号项目计量单位控制标准1悬浮物mg/L52PH值（25）无量纲73总硬度mmol/L0.034溶解氧mg/L0.15含油量mg/L26含铁量mg/L0.3 (2)低压汽包炉水的质量控制标准（GB1576-2001）如下：序号项目计量单位控制标准1总碱度mmol/L14 2PH（25）无量纲10123溶解固形物mg/L30004PO43-mg/L10305SO32-mg/L10306相对碱度无量纲0.24.2锅炉补给水处理系统4.2.1系统的选择及出力的确定(1)电厂的各项水汽损失 电厂的各项水汽损失表 序号水汽损失类别及所需水处理容量水量（t/h）1厂内水汽循环损失2.02锅炉排污损失1.03其他14事故或启动而增加的水处理设备出力（t/h）35所需水量（正常）46所需水量（最大）7(2)水处理方式选择 根据余热锅炉给水质量、给水水质标准和环保要求，真空除氧器前的补给水处理系统可选择钠离子交换法、反渗透+混床或全膜法处理系统，现就这三种方案进行比较。 钠离子交换工艺钠离子交换工艺简易流程如下：锅炉补给水来水机械过滤器钠离子交换器锅炉补给水此工艺主要设备为钠离子交换器。当含有硬度离子的原水通过软水器内树脂层时，水中的钙、镁离子被树脂交换吸附，同时等物质量释放出钠离子。从软水器内流出的水就是去掉了硬度离子的软化水。当树脂吸收一定量的钙镁离子之后，就必须进行再生。再生过程就是用盐箱中的食盐水冲洗树脂层，把树脂上的硬度离子再置换出来，随再生废液排出罐外，树脂就又恢复了软化交换的能力。离子交换法出水水质：悬浮物5mg/L；总硬度0.03mmol/L。特点：设备简单，初期投资较少，出口水质质量较差，运行管理投入较大；容易使余热锅炉受热面结垢，对于低参数补汽式汽轮机机组容易造成叶片结垢，缩短了设备大修周期，影响系统效率，适宜于纯粹低压锅炉而无汽轮机等设备。 反渗透+混床工艺反渗透+混床工艺处理工艺简易流程如下：锅炉补给水来水预处理单元保安过滤器 RO 混合离子交换器锅炉补给水此工艺采用反渗透作为预除盐单元，去除大部分离子，然后再由混床去除水中的残留离子以及硬度并调整PH值 。反渗透作为工艺中的主除盐单元，它能去除原水中98%的盐。由于是一种纯物理的的分离装置，加上纳米级以上的过滤功能，除了去除无机离子外，对微颗粒去除能力相当突出。反渗透方法可用于去除水中的浊度、色度、硬度、镭、铀等放射元素和三氯甲烷、石棉等致癌物质及各种无机离子，目前被广泛应用于水处理工艺中。混床是将阴、阳离子交换树脂按一定比例混合，放在同一个交换器内的装置。水通过此交换器时，水中阴、阳离子同时与阴、阳树脂发生反应，达到补给水除盐的目的。混床具有出水纯度高、水质稳定、冲洗时间短等特点。反渗透+混床出水水质：电导率20S/cm,PH值79。特点：设备较先进，初期投资比软化水系统稍大，出口水质质量好，运行管理投入小；延长了设备大修周期、保证了系统效率。 全膜法工艺全膜法处理工艺简易流程如下：锅炉补给水来水自清洗过滤器超滤一级RO二级ROEDI锅炉补给水该工艺采用二级反渗透作为初脱盐单元（它能去除原水中98%的盐）， EDI 工艺为精除盐，以保证水质稳定的要求。EDI电去离子过程将离子交换技术和离子电迁移技术与电渗析有机结合，其基本原理主要包括离子交换、直流电场作用下离子的选择性迁移及树脂的电再生等三个方面，这三个过程相伴发生，相互促进， 达到连续去离子的目的。全膜法出水水质：电导率：0.2S/cm，SiO220g/l。特点：设备先进，初期投资比软化水系统和一级反渗透+混床系统大很多，出口水质质量好，运行管理投入小。 根据方案比较，从工程投资和运行费用方面分析，一级反渗透+混床工艺方案对于此低压锅炉系统来说是最优化的方案。拟采用以下工艺：管网供水清水箱清水泵多介质过滤器活性炭过滤器保安过滤器高压泵反渗透装置中间水箱中间水泵混合离子交换器除盐水箱除盐水泵热力系统水处理系统出力按一期工程设计，设计水量10t/h。4.2.2出水水质系统出水水质如下表：序号项目计量单位控制标准1PH值无量纲792硬度mmol/l03电导率S/cm204.3 循环冷却水处理系统4.3.1循环水系统的有关参数 本工程冷却水系统为敞开式循环冷却水系统，根据电厂补充水水质，循环冷却水浓缩倍率暂按3倍设计，循环冷却水系统参数如下：序号项 目水量1循环水量2500m3/h2循环水补水量80m3/h3蒸发损失水量45m3/h4风吹损失水量25m3/h5排污水量10m3/h4.3.2 循环冷却水的处理由于原水水质采用地表水，且硬度较高，我们设计采用在循环水中加入水质弱酸阻垢剂、稳定剂等药剂，提高水质极限碳酸盐浓度。为防止循环水中滋长藻类有机物黏膜及细菌等，保持循环冷却水系统设备和管道的表面清洁，拟进行杀菌灭藻处理，建议采用杀菌剂处理。杀菌剂和稳定剂（液体）加药均通过人工投放。考虑循环水在循环过程中产生悬浮物等渣，设计旁滤装置一台。4.4 水汽冷却取样系统4.4.1水汽取样系统 为及时、准确地监督机炉运行中水、汽品质变化情况，诊断系统中的设备故障，以保证电厂机组的安全运行，设置水汽取样分析装置，设置必要的取样点。4.4.2 取样装置管道、阀门及其他组件的配置取样装置的管道及阀门的最大压力和工作温度满足机组相应取样点的最大压力和最高温度要求。水汽取样冷却水采用工业水。4.4.3水汽取样装置的布置锅炉炉水、蒸汽取样装置布置在锅炉运行平台，锅炉给水、凝结水取样装置布置在主厂房内。 4.5 加药系统(1) 系统概述为控制炉水的水质，最大限度地减少热力系统结垢和腐蚀，设置化学加药系统，考虑到本系统为低压锅炉系统，设置磷酸盐加药系统。 (2) 磷酸盐加药系统炉水加磷酸盐系统全厂共用一套。(3) 控制方式加药方式采用加药泵和专用管道直接压入汽包。(4) 设备布置磷酸盐加药系统布置在窑头锅炉锅炉运行平台上。4.6 化学实验室余热发电工程设置常规水分析化学实验室，化验室布置在化学水处理车间内，并配置1套进行常规水分析的实验室仪器和设备。第五章 电 气5.1概述5.1.1设计范围（1）110MW余热电站发电机及其辅助设备（2）110MW余热电站发电机出线端设备，包括发电机出口避雷器、PT、发电机出口断路器。（3）110MW余热电站全厂高低压配电系统，包括厂用变压器、高压开关柜、低压开关柜。（4）110MW余热电站电缆托架和电缆。（5）110MW余热电站照明和检修系统。（6）110MW余热电站防雷和接地。5.1.2接 口（1）水泥厂总降室10KV母线5.1.3设计依据电气设计将依据火力发电厂设计技术规程、火力发电厂厂用电设计技术规定、导体和电器选择设计技术规定、交流电气装置的过电压保护和绝缘配合（DL/T620-1997）、高压配电装置设计技术规定、火力发电厂和变电所照明设计技术规定等国家标准和相关技术规定。5.1.4电气部分情况本项目将由业主方提供本项目的专用电源。5.1.5本余热发电厂的作用本期工程再建设一台10MW低参数汽轮发电机组，主要是利用水泥生产过程中的余热进行发电，属于水泥生产的副产品，发出的电能全部供水泥生产线用电。5.1.6发电厂与厂内系统的联系方式 由于本发电机组所发出的电能只能满足本厂水泥生产线部分用电，厂内用电电压等级为10.5KV，选择本期工程发电机组电压等级为10.5KV，直接接于水泥生产线降压站10KV段。5.2电气主接线由于本工程电力系统接线方式较为简单，本工程考虑选用单母线方式，本项目设置发电机母线一段。发电机出口10.5KV直接总降10KV段。5.2.1发电机主要技术参数汽轮发电机 容量： 10MW 电压： 10.5KV 频率： 50HZ 相数： 3相 转速： 3000r/min 效率： 96.8% 功率因数： 0.8 5.2.2发电机回路中性点接线方式 汽轮发电机与系统主变压