余热发电管理层技术培训.ppt

余热发电设备工艺流程及经济指标技术培训 重庆拉法基南山水泥有限公司工艺环保部 简要介绍 各位领导 各位同事 大家好 关于水泥窑余热发电大家知道的比较多 这里不是什么培训讲课 实事求是的讲 我在这里与大家一起进行余热发电项目技术交流探讨 主要是熟悉当前国家能源形势 水泥行业余热排放现状和余热发电前景 南山水泥厂余热发电系统布置和主要设备工艺流程 重要设备的概念 结构 作用 技术参数 余热发电的经济效益和在项目投运后应注意的一些问题 希望通过技术交流和探讨 认识到余热发电建设的必要性和紧迫性 使大家积极支持我厂余热发电项目建设 为项目早日建成投产 降低我厂生产成本 提高经济效益起到一定的推动作用 我国目前能源现状 随着我国经济的高速发展 能源紧缺的矛盾日趋突出 煤炭 石油和天然气消耗的快速增长 能源紧张的形势日趋严重 这一局面短时间内难以改观 目前一些地区闹煤荒 电荒 石油价格上扬 加油困难 这些事情频繁发生 严重影响着国民经济的可持续发展 虽然能源这样紧张 但是我们的能源使用 客观存在着很多不合理的现象 导致能源大量浪费 最突出的浪费是能源没有 梯级利用 和工业余热的随意排放 第一 把煤炭 石油 天然气等高品级能源 降级使用 只为取得100 左右低品质的热水或蒸汽 用于采暖 空调 生活用热等 这种能源利用能效很低 且能源转换价值也很低 随着人们节约能源观念 意识的转变和能源利用专业水平的提高 这一问题会逐渐得到解决 第二 把大量工业低温废气余热丢弃不用 不仅造成了大量宝贵能源的浪费 而且造成了环境热污染 导致环境温度不断升高 客观上可以说是在浪费人类宝贵资源 我国水泥工业现状 水泥行业是能源消耗大户 2004年我国水泥总产量约9 4亿吨 能源总消耗量为1 5亿吨标煤 CO2的排放量占我国CO2排放总量的20 粉尘排放量占我国工业行业粉尘排放总量的40 废气热量排放形成环境热污染 对我国环境保护造成重大冲击 随着技术的进步 新型干法水泥生产线已使单位水泥熟料的热耗大幅下降 但其窑头熟料冷却机和窑尾预热器仍排放了大量400 以下的废气 其热量约占水泥熟料烧成系统总热耗量的30 充分合理利用烧成系统所产生的废气这种低品质能源 生产出高品质能源 已成为当今我国水泥工业的重要研究课题和推广项目 重庆拉法基南山水泥厂生产现状 南山水泥厂目前拥有两条干法水泥生产线 1 线日产水泥熟料2000吨 2 线日产水泥熟料2500吨 2006年共生产水泥熟料153 69万吨 折合2条线满负荷运行8196h 满负荷运行时 1 窑头篦冷机排放360 烟气70000Nm3 h 2 窑头篦冷机排放360 烟气102000Nm3 h 1 窑尾预热器排放350 烟气138000Nm3 h 2 窑尾预热器排放350 烟气158000Nm3 h 按照生料磨全部利用230 的窑尾烟气热量 南山水泥厂年无偿排放烟气总热量106 36万GJ 折合标煤3 63万吨 这些热量无偿排放到环境当中 既浪费了能源 同时造成了环境污染 全球环境变暖应当有水泥行业的贡献 当然这种结果一是受当时技术水平的限制 二是和人们节能意识的淡薄也都有关系 水泥窑余热发电技术 水泥窑余热发电技术 对于不同阶段的水泥生产工艺 研究设计开发的余热发电项目技术工艺也是不同的 按照时间顺序主要分为三个不同阶段的余热发电技术 一 中空窑的高温余热发电系统 二 带补燃锅炉的中低温余热发电系统 三 纯低温余热发电系统 我厂利用的是纯低温余热发电技术 纯低温余热发电前景广阔 纯低温余热发电技术是利用水泥窑排放的低温废气生产出相对较低品位的蒸汽 配套相应参数的汽轮机组发电 纯低温余热发电与火力电发电相比 不需要消耗一次能源 不产生额外的废气 废渣 粉尘和其它有害气体 非常适合我国节能和环保的时代要求 当前 为切实贯彻落实我国可持续发展的战略 国务院制定出台了一系列资源综合利用的政策 其中水泥行业纯低温余热发电项目 被列为落实节能规划的首批项目 纯低温余热发电是降低大气污染 减少能源消耗的有效手段和途径 是企业提高能源利用效率 降低成本 提高产品市场竞争力 减少CO2气体排放和保护环境的重要措施 因此纯低温余热发电前景广阔 当前我国发电技术现状 一 发电的定义发电技术就是将其它形式的能量转换成电能技术 二 发电的类型水力发电 火力发电 核能发电 风力发电 太阳能发电 余热发电和潮汐发电等形式 火力发电又分为热电联产和纯凝火力发电两种形式 三 余热发电类型余热发电分为水泥窑余热发电 石油化工余热发电和冶金余热发电等几种形式 考虑能源和环保形式 国家重点发展水力发电 核能发电 风力发电和余热发电 南山项目符合国家扶植政策 火力发电效果图 南山水泥余热发电设备系统布置图 火力发电设备工艺流程图 南山纯低温余热发电设备工艺流程图 余热发电烟气工艺流程图 余热发电系统设备组成 余热发电系统主要有以下几部分组成1 锅炉系统及附属设备2 汽轮机系统及附属设备3 发电机系统及附属设备4 化学制水系统及附属设备5 热工仪表安全附件6 自动控制系统这里重点介绍一 二和四这三个部分 锅炉设备 一 锅炉定义所谓锅炉就是锅和炉的总称 锅是吸热的水容器 炉就是加热设备 组合在一起 就是锅炉 10 75t h链条锅炉 1000t h锅炉 2000t h锅炉 2000t h锅炉 水泥窑窑头 窑尾余热锅炉 锅炉的类型及分类 一 按用途分类 电站锅炉 船舶锅炉 工业锅炉和供热锅炉二 锅炉水动力循环原理 自然循环锅炉 直流锅炉 控制循环锅炉和复合循环锅炉三 按主蒸汽出口压力分 低压锅炉 2 45MPa 中压锅炉 2 94 4 9MPa 高压锅炉 7 84 10 8MPa 超高压锅炉 11 8 14 7MPa 亚临界锅炉 15 7 19 6MPa 超临界锅炉 22 0MPa 锅炉的类型及分类 四 按照燃料种类分 燃煤锅炉 燃油锅炉 燃气锅炉和特种燃料锅炉 蔗渣锅炉 有机质锅炉等 五 电站锅炉分类 燃煤电站锅炉 燃油电站锅炉 燃气电站锅炉 特种燃料电站锅炉和余热锅炉 六 余热锅炉分类 水泥余热锅炉 炼油厂催化裂化余热锅炉和冶金余热锅炉 锅炉受热面的组成 火力或热力发电锅炉受热面主要包括以下几部分 辐射受热面 水冷壁或辐射受热管束 蒸汽过热受热面 低温过热器和高温过热器 省煤器受热面 低温省煤器和高温省煤器 空气预热器 主要用于加热空气 大型火电机组还包括再热器 从机组中部抽取部分蒸汽回送锅炉加热 然后再送给汽轮机发电 30 410t h煤粉锅炉 蒸汽锅炉的参数系列 锅炉 蒸汽 的参数系列1 锅炉的容量 主要是指锅炉出口处蒸汽的流量 单位t h 2 蒸汽的压力 主要是指锅炉出口处蒸汽的压力 单位MPa3 蒸汽的温度 主要是指锅炉出口处蒸汽的温度 单位 4 锅炉给水温度 主要是指进入锅炉省煤器的水温 如果没有省煤器 是指进如锅筒的水温 单位 锅炉的经济指标 一 锅炉热效率 送入锅炉的热量中被有效利用的百分数 二 锅炉的热损失排烟热损失 化学不完全燃烧损失 机械不完全燃烧损失 散热损失 灰渣无力热损失 注意漏风系数 三 锅炉的成本 由材料价格 劳动生产率 工资和技术开发成本组成 由于钢材是整台锅炉的主要成本 从设计制造考虑 以锅炉每生产一吨蒸汽所需金属材料重量作为锅炉的成本指标 单位吨钢 吨汽 南山水泥纯低温余热发电热源 一 窑头锅炉在窑头篦冷机中部增加抽气口 将原来通过篦冷机尾部抽气口排放的烟气 分为两部分抽取 中部抽取为360 烟气 尾部抽取为160 烟气 通过烟气品质核算分析和阀门调节实现 其中360 烟气作为窑头锅炉热源 窑头锅炉排放烟气与尾部160 烟气混合 经除尘后排放 二 窑尾锅炉在窑尾预热器后增设窑尾锅炉 预热器排出的350 烟气作为热源 生产出品质合格蒸汽 供汽轮机发电 设计窑尾锅炉排烟温度为230 用于生料的烘干 窑头篦冷机改造前状况 窑头篦冷机改造后状况 窑尾锅炉改造前状况 窑尾锅炉改造后状况 南山余热发电项目锅炉烟气参数 一 窑头锅炉 AQC锅炉 1 烟气 1 线入口烟气量70000Nm3 h 入口烟温360 出口烟温115 2 烟气 2 线入口烟气量10200Nm3 h 入口烟温360 出口烟温115 二 窑尾锅炉 SP锅炉 1 烟气 1 线入口烟气量138000Nm3 h 入口烟温350 出口烟温115 2 烟气 2 线入口烟气量158000Nm3 h 入口烟温350 出口烟温115 余热锅炉的组成 南山水泥厂采用的纯低温余热锅炉 每条生产线配置两台锅炉 一台窑头锅炉AQC 一台窑尾锅炉SP 窑头锅炉主要由以下几个部分组成 1 汽包 2 省煤器 3 蒸发器 4 过热器 窑尾锅炉主要由以下几个部分组成 1 汽包 2 蒸发器 3 过热器 这种设计 主要是因为窑尾锅炉排放230 烟气 窑头锅炉排放115 烟气 存在窑头 窑尾锅炉受热面的相互匹配 导致这种设计 如果窑尾锅炉排烟温度与窑头锅炉一样 窑头窑尾锅炉可分别设计 互不影响 设计难度就会降低很多 该炉属于低压 次中温 自然循环 电站 余热锅炉 窑头锅炉汽水 烟气工艺流程 窑尾锅炉汽水 烟气工艺流程 南山余热发电项目锅炉蒸汽参数及容量 一 余热锅炉参数窑头锅炉主蒸汽压力1 35MPa 主蒸汽温度340 窑尾锅炉主蒸汽压力1 35MPa 主蒸汽温度330 锅炉给水温度42 二 余热锅炉容量1 1 窑两台余热锅炉总蒸发量14 93t h 两台炉共用窑头省煤器 其中窑头锅炉蒸发量5 08t h 窑尾9 85t h 2 2 窑两台余热锅炉总蒸发量19 35t h 两台炉共用窑头省煤器 其中窑头锅炉蒸发量7 97t h 窑尾11 38t h 余热发电锅炉附属设备 一 送风机 二 引风机 三 除尘器 八 拉链机 属于水泥系统 这里不解释 重点介绍下面四项 四 除氧器五 排污扩容器六 加药装置七 给水泵九 干扰式分离器 除氧器的工作原理 除氧的工作原理是应用亨利定律和道尔顿定律 根据亨利定律可知 在封闭容器中 任何气体同时存在于水面上 则气体的溶解度与其自己的分压力成正比 而且气体的溶解度仅与其本身的分压力有关 热力除氧原理 在一定压力下 随着水温升高 水蒸汽的分压力增大 而空气和氧气的分压力越来越小 在一个大气压100 时 氧气的分压力降低到零 水中的溶解氧也降低到零 真空除氧原理 在一定温度下 随着水压的降低 水蒸汽的分压力增大 而空气和氧气的分压力越来越小 在一定温度和该温度饱和压力时 氧气的分压力降低到零 水中的溶解氧也降低到零 真空除氧原理图 南山水泥除氧器设备 我厂余热发电项目选用一台除氧器 布置在主场房上部 属于高位布置 真空除氧 除氧器出力为50t h 工作压力0 008MPa 工作温度40 排污扩容器的作用 为了保证蒸汽的品质 锅水的品质必须符合规定的标准 所以对自然循环锅炉要进行排污 排污方式分为连续排污和定期排污两种 连续排污是从锅炉水循环回路中上汽包内含盐浓度最大的部位连续放出锅水 以维持锅水额定含盐量 定期排污是为了补充连续排污的不足 从锅炉下汽包或汽包底部及联箱排除其中的沉淀物 以改善锅水品质 连续排污和定期排污都进入排污扩容器减压后排放 扩容器设备 余热锅炉加药装置 加药作用锅内加药处理是往锅内加碱性药剂 与锅炉给水中的钙镁等盐类生成松软水渣 通过排污排出锅炉 我们余热锅炉属于辅助加药处理 是用加磷酸三钠溶液的办法使锅水内经常维持一定量的磷酸根离子 在通过水沸腾状态下 与钙镁离子反应生成碱式磷酸钙 一种松软的水渣 并不断排出锅外 保持锅内水质稳定 加药装置 锅炉给水泵 一 定义 给水泵就是向锅炉不断给水的水泵 二 给水泵的容量为了保证给水的可靠性 给水泵的总容量及台数应保证在其中一台最大容量的给水泵停运时 其余给水泵能供给所连接系统的全部锅炉在额定蒸发量时所需的给水量 三 给水泵的扬程给水泵的扬程应足够克服气包压力 开启安全阀的多余压力 给水进水管 压力管 阀门 流量孔板和省煤器等的水力阻力以及供水的几何高度 锅炉给水泵 干扰式分离器 在窑头冷却机中部抽出的废气 为减轻窑头锅炉磨损 在窑头锅炉前设置了干扰式分离器 一 1 干扰式分离器入口烟气量 70000Nm3 h 入口烟温 360 入口烟气含尘浓度 36g Nm3 出口烟气含尘浓度 15g Nm3 压力损失 350Pa 漏风系数 0 5 二 2 干扰式分离器入口烟气量 102000Nm3 h 入口烟温 360 入口烟气含尘浓度 36g Nm3 出口烟气含尘浓度 15g Nm3 压力损失 350Pa 漏风系数 0 5 汽轮机设备 一 定义 汽轮机是将蒸汽的热力势能转换成机械能 借以拖动其他机械转动的原动机 二 汽轮机装置 为保证汽轮机安全经济的进行能量转换 除汽轮机本体外 还需配置若干附属设备 汽轮机及其附属设备通过管道 阀门等附件连成系统 再由各种功能的系统组成一个整体 称为汽轮机装置 汽轮机装置 汽轮机设备 装置 组合示意图 汽轮机的分类 一 按工作原理 冲动式汽轮机和反动式汽轮机二 按热力系统 凝汽式汽轮机 背压式汽轮机 调节抽汽式汽轮机 抽汽背压式汽轮机 中间再热式汽轮机 混压压式汽轮机 三 按汽流方向 轴流式汽轮机和辐流式汽轮机 四 按用途分类电站汽轮机 工业汽轮机 船用汽轮机 凝汽式供暖汽轮机 汽轮机的分类 五 按照进汽参数低压汽轮机 1 5MPa 中压汽轮机 2 4MPa 高压汽轮机 6 10MPa 超高压汽轮机 12 14MPa 亚临界汽轮机 16 18MPa 超临界汽轮机 22MPa 六 按照功率分大功率汽轮机 200MW 小功率汽轮机 25MW 6MW汽轮发电机 60MW汽轮发电机 200MW汽轮机 300MW汽轮机 600MW汽轮机 水泥行业余热发电汽轮机 水泥行业余热发电汽轮机 汽轮机本体结构 一 气缸 上汽缸 下气缸两部分 其中上 下气缸又分为高压缸和低压缸两部分 二 隔板 隔板与其后边的叶轮组成一个压力级 隔板上有隔板汽封 装在隔板调节室上的喷嘴组合体称为喷嘴组 三 转子 由主轴 叶轮 叶片 推力盘 轴套 联轴器和主轴泵等组成 四 轴封 汽封齿和气封套组成 五 轴承 支撑轴承和推力轴承 汽轮机的经济指标 一 相对内效率 n 是指1kg蒸汽在一个工作单元中所转换成的有效功W与所消耗的理想能量H之比 W蒸汽转换成的有效功 H所消耗的理想焓降 kJ kg 二 绝对内效率 j 是指1kg蒸汽在一个工作单元中所转换成的有效功W与所消耗的热量R之比 W蒸汽转换成的有效功 R所消耗的热量 kJ kg 三 热耗率q kJ kwh 每生产1kwh电能所消耗的热量称为热耗率 汽轮机的经济指标 四 气耗率d kg kwh 每生产1kwh电能所消耗的蒸汽量称为汽耗率 d D WD 汽轮机进汽量 kg h W 汽轮机功率 kw 五 冷源损失汽轮机排汽仍然具有一定的压力和温度 仍具有一定的热力势能 这一部分能量没有转换成机械能 称为冷源损失 为了减少冷源损失 常采用凝汽设备来降低排汽的压力和温度 并保持凝汽器的真空度 将冷源损失降到最低限度 南山余热发电项目选用汽轮机发电机 一 汽轮机型号 N7 5 1 25 额定功率 7 5MW 额定转速 3000r min 进汽压力 1 25MPa 进汽温度 320 排汽压力 0 008MPa 这种汽轮机属于低压 次中温 纯凝汽轮机 二 发电机型号 QFJ 7 5 2 额定功率 7 5MW 额定转速 3000r min 出线电压 6300V 汽轮机附属设备 六 汽机的附属设备 余热发电 1 凝汽器 2 油系统 3 射水抽汽器 4 循环冷却系统 凝汽器设备 凝汽器顾名思义就是凝结蒸汽的设备 作用之一就是在汽轮机的排汽侧建立并维持低温和高度真空状态 减少冷源损失 作用之二就是回收凝结水 蒸汽凝结水品质很高 一般经过除氧后可直接用于锅炉给水 这样可大大减少锅炉补水凝汽器水室分成两个部分 可以一部分运行一部分检修 凝汽器胶球清洗装置能在运行中进行自清洗 凝汽器热水井 有一定的储水量 以保持热井水位相对稳定 有利于凝结水泵的运行 凝汽器外观 凝汽器内部结构 汽轮机油系统 汽轮机油系统的作用现代汽轮机的调节保护系统都是用油驱动的 各轴承也需要大量润滑油进行润滑和冷却 因此每台气轮机组 均设置供油系统 在各种运行工况下 不间断的向调节系统 保护系统和轴承供油 并保证油压 油温和右的流量符合要求 通常情况 调节系统用油和润滑系统使用同一牌号的润滑油 由一套供油系统供油 汽轮机油系统组成 汽轮机油系统的组成一 油泵 包括主油泵 交流高压油泵和交直流润滑油泵 一般油泵采用离心式油泵 主油泵置于前轴承箱内 二 油箱 供油系统存油的容器 保证油在油箱中有足够的停留时间 以便分离出油中所含气体 水分和残渣 三 冷油器 是一种表面式换热器 用于吸收润滑油流经轴承所吸收的热量 四 油净化装置 润滑油由于不断吸热放热 长时间运行会出现乳化 需要定期处理和更换汽机用油五 油压调节和低油压保护装置 汽轮机油系统流程图 汽轮机油系统设备图片 射水抽汽器的工作原理 射水泵抽吸射水箱的工业水将其升压后经水室射入射水抽汽器喷嘴 喷嘴将压力水的压力能转变为速度能 水流高速从喷嘴射出后在水室中形成高度真空的负压区 从而把凝汽器内的汽气混合物吸入水室内和工业水一起进入扩散管后 水流速度减慢压力升高最后以略高于大气压的压力排出扩散管进入射水箱 射水抽汽器系统图 汽轮机循环冷却系统 循环冷却水系统包括循环冷却水泵 组合逆流式机械通风冷却塔 循环水池 循环水管网 加药装置和无阀过滤器 系统运行时 循环冷却水池抽水送至各生产车间供生产设备冷却用水 冷却过设备的水 循环回水 利用循环水泵的余压送至冷却构筑物 冷却后的水流回循环水池 供循环水泵继续循环使用 为确保该系统良好 稳定的运行 系统中设置了加药和旁滤设备 循环冷区水系统流程图 风机冷却塔 电厂冷却设备主要分为冷却池和冷却塔两种形式 冷却塔分为自然通风冷却塔和机力通风冷却塔两种 机力通风冷却塔分为风筒式和抽风式两种 我厂选用的是机力通风冷却塔是抽风式横 逆流冷却塔 具有冷却能力大 占地面积相对较小的特点 余热发电项目循环水设备选型 一 组合逆流式机械通风冷却塔 两台 型号 10BNGZ 2000 设计出力 2000m3 h 二 循环冷却水泵 两台 型号 20SH 13A 流量 1440 1872 2232m3 h 扬程 34 31 26m 三 无阀过滤器 一台 型号 GLG150 1700 设计出力 150m3 h 四 组合逆流式机械通风冷却塔 两台 型号 JY 0 3 0 72 A 1 设计出力 0 200L h 化学制水系统工艺流程 为满足于热电站锅炉给水水质标准 天津设计院设计的水处理方式为 过滤 反渗透 系统 厂区生活给水一次通过原水箱 多介质过滤器 活性碳过滤器 过滤后经高压泵送至反渗透装置 达标出水进入软水箱再由软水泵将软化水送至汽轮发电机组使用 标准要求出水硬度不大于0 03mmol L 实际出水指标要低于该值 前提条件是化学车间补水也就是进入原水箱的水必须满足 生活饮用水水质标准 化学制水系统工艺流程图 原水箱 软水箱 为满足事故 机组启动调试阶段的用水要求 设置原水箱和软水箱各一台 原水箱容积为20立方米 可以满足系统额定状态最大补水量1 8小时清水耗量 最大补水量6t h 软水箱容积40立方米 可以满足2 窑两台余热锅炉2 07小时额定蒸发量 2 窑两台余热锅炉额定蒸发量7 97t h 11 38t h 原水箱 软水箱外型图 多介质过滤器 利用器内粒状滤料来去除水中悬浮物和胶体杂质 降低出水浊度同时去除铁锰等 根据所装滤料的不同可采用单层 双层过滤器 双层设备的滤料配级 上层无烟煤400 0 8 1 6mm或700 1 2 2mm 下层石英砂800 0 6 1 2mm 利用多介质滤料 例 石英砂 铁锰砂 活性炭等 的截留 滤除作用 去除大粒径的杂质颗粒 浓度胶体和悬浮物 具有效率高 容量大 截污能力强 过滤周期长及低成本 易维护 效果稳定等特点各项指标均达到国内先进水平 我厂选用多介质过滤器出力为14m3 h 多介质过滤设备系统 活性碳过滤器 活性炭过滤器的工作是通过炭床来完成的 组成炭床的活性炭颗粒有非常多的微孔和巨大的比表面积 具有很强的物理吸附能力 水通过炭床 水中有机污染物被活性炭有效地吸附 此外活性炭表面非结晶部分上有一些含氧管能团 使通过炭床的水中之有机污染物被活性炭有效地吸附 活性炭过滤器是一种较常用的水处理设备 作为水处理脱盐系统前处理可有效保证后级设备使用寿命 提高出水水质 防止污染 特别是防止后级反渗透膜的污染 我厂选用多介质过滤器出力为14m3 h 活性炭过滤器设备 反渗透制水原理 反渗透定义用足够的压力使溶液中的溶剂 一般指水 通过优先选择水分子通过的膜 或称丰透膜 而分离出来 他和自然渗透的方向相反 因此称为反渗透 反渗透设备原理反渗透装置是以