水泥窑余热锅炉设计

毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 摘 要 目前 我国水泥工业中存在大量的中低温余热资源 这部分余热资源的热量占 水泥生产工艺系统总热量的三分之一左右 若直接将其排放会造成能源的严重浪费 应用水泥窑低温余热发电技术将这部分余热资源回收加以利用 产生蒸汽进入汽轮 机做功发电 可以大大地提高水泥企业的能源利用率 本文主要阐述水泥窑余热发电的发展历程和发展现状 介绍水泥窑余热发电技 术所存在的一些问题 同时对水泥窑纯低温余热发电技术的工艺流程和发展现状做 一些阐述 最后根据国家的一些政策对水泥窑余热发电技术的发展前景作了一些展 望 首先 本次设计是设计一个 32t h 水泥窑余热锅炉的设计 然后 按方案设计 时的选型进行热力计算 结构计算和校核 为各个部分选取正确的参数并确定结构 形式 最后 根据计算结果和 CAD 绘制水泥窑余热锅炉总图 关键词 水泥窑 发展历程 余热发电 余热锅炉 设计 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 Abstract At present our country has large amounts of low temperature waste heat resources in cement industry the heat of this part of the waste heat resources are around a third of cement production system If they are emission ed directly it will cause serious energy waste Take advantage of this part of waste heat resources by recovering low temperature waste heat power generation technology of cement kiln and produce steam to power generation which will increase energy efficiency of the cement enterprises greatly This article focuses on the development of the cement kiln waste heat power generation process and the development status of cement kiln waste heat power generation technology introduced by a number of problems meanwhile cement kiln waste heat power generation technology process yet cement kiln waste heat power generation process technology and development of some elaborate Finally according to some of the policies of the national cement kiln waste heat power generation technology for the development prospects of some prospects First this design is to design a 32t h cement kiln waste heat boiler design Then press the program selection for thermal design calculations structural calculations and check for each part of the selected parameters and to determine the correct structure Finally according to the calculations and CAD drawing cement kiln waste heat boiler assembly diagram Keywords Cement Kiln Development History Waste Heat Power Generation Waste Heat Boiler Design 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 目 录 1 文献综述 1 1 1 概论 1 1 2 水泥工业的余热利用 1 1 2 1 低温余热发电技术的发展 1 1 2 2 我国余热发电技术的现状及问题 4 1 2 3 国外水泥工业余热发电发展及展望 5 1 3 余热锅炉 6 1 3 1 余热锅炉简介 6 1 3 2 余热锅炉的分类 6 1 3 2 1 按照锅炉操作压力的大小分类 6 1 3 2 2 按结构来分类 6 1 3 2 3 按照循环方式分类 7 1 3 2 4 按照余热种类分类 8 1 3 2 5 按余热锅炉烟气侧热源分类 8 1 3 2 6 按受热面布置方式分类 8 1 3 3 余热锅炉与常规锅炉的区别 8 1 3 4 余热锅炉各部分构件 10 1 4 余热锅炉的运行及维护 10 1 4 1 余热锅炉的启动 10 1 4 2 余热锅炉的正常运行 10 1 5 水泥余热发电的设备 11 1 5 1 窑尾余热 SP 炉和窑头余热 AQC 炉 11 1 6 余热锅炉技术特点 12 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 1 6 1 ASH 过热器的防堵 AQC 锅炉的防磨 12 1 6 2 SP 锅炉采取有效的清除积灰措施 12 1 6 3 采取有效的锅炉密封防漏风措施 12 2 方案设计和可行性论证 13 2 1 热力系统初步方案设计 13 2 1 1 热力系统方案设计 13 2 1 2 窑头取热方式设计 13 2 2 窑头余热锅炉设计 14 2 2 1 过热器 14 2 2 2 蒸发器 14 2 2 3 省煤器 15 2 3 本章小结 15 3 设计计算 16 3 1 设计参数 16 3 1 1 窑头 AQC 余热锅炉 16 3 1 1 1 废气参数 14 16 3 1 1 2 蒸汽参数 16 3 1 2 窑头 ASH 过热器 16 3 1 2 1 废气参数 16 3 1 2 2 蒸汽参数 17 3 1 3 流量分配 17 3 2 热力及结构计算 17 3 2 1 ASH 过热器 17 3 2 1 1 烟气量和焓的计算 17 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 3 2 1 2 进入 ASH 过热器的总热量 18 3 2 1 3 ASH 过热器的余热利用率 18 3 2 1 4 ASH 过热器的蒸发量 19 3 2 1 5 ASH 过热器的热力计算 20 3 2 1 6 ASH 过热器的结构计算 21 3 2 2 AQC 锅炉的热力及结构计算 22 3 2 2 1 次中压蒸汽段 22 3 2 2 2 低压蒸汽段 30 3 2 2 3 热水段 30 3 2 3 计算结果 30 3 3 水动力循环计算 32 3 3 1 自然循环介绍及特点 33 3 3 2 自然循环计算的意义及步骤 33 3 3 3 自然循环的计算方法 34 3 3 4 余热锅炉的水动力计算 34 3 3 4 1 次中压蒸汽段 34 3 3 4 2 低压蒸汽段 42 3 4 本章小结 47 参考文献 48 致谢 49 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 0 页 共 49 页 1 文献综述 1 1 概论 余热资源 又称 废热资源 是指某种特定的设备或系统排出的可以以热 能形式回收的能量 可燃物料在与一次能源发生反应转换的过程中会放出大量的热 量 放出的热量在反应结束后会剩余一部分 这些剩佘的热量即为转换工程的余热资 源 1 属于 二次能源 它广泛存在于工农业生产中 遍及冶金 石化 机械 玻璃 造纸等方面 据统计 工业生产中使用的各种炉窑 如加热炉 转炉 沸腾 焙烧炉 回转窑等都耗用大量燃料 热效率却很低 一般只有 30 左右 而高温烟 气 高温炉渣等带走的热量却高达 40 60 其中冶金方面 可利用余热约占燃料 消耗量的 1 3 机械 玻璃 造纸等方面占 15 以上 目前 全国能源利用效率 截止到 2008 年底 不到 32 比先进国家约低 10 个百分点 若考虑开采 运输 我国能源系统总利用效率不到 12 也就是说 能源可采储量变成终端用能的只有 约 1 10 约 90 的能源在转换过程和终端利用过程中损失 或浪费 掉 如果能有 效利用这些余热 则可节约大量能源 减少大气污染 提高产量 降低成本 改善 劳动条件 节省占地面积等等 可见随着工业的发展 科学技术水平的不断提高 余热利用技术必将发挥越来越重要的作用 成为工业生产不可分割的重要组成部分 但是 我国目前的余热利用技术与世界先进水平的还有一定差距 所以在十一五 节能减排 的总趋势下 大力开展余热回收工作对我国国民经济的发展具有重要 意义 节能是国家发展经济的一项长远的战略方针 在国家经济建设中起到重要作 用 2 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 1 页 共 49 页 1 2 水泥工业的余热利用 水泥行业是高能耗 高电耗的产业 水泥生产中水泥窑排放出大量的温度在 350 左右的中低温废气 这部分废气的热量占燃料总输入热量的 30 左右 如果直 接排放到大气中 会造成能源的严重浪费 因此 水泥窑低温余热发电技术应运而 生 应用低温余热发电技术将这部分中低温的废气余热回收利用 产生高温过热的 蒸汽进入汽轮机做功发电 发电机输出的电量可以供给水泥厂自身的水泥生产线及 厂区生活用电 积极实施了节能减排措施 相比于火力发电厂 余热发电无需燃用煤 炭等燃料 不会产生排放二氧化碳等环境污染物 因此 无论从项目的经济效益还 是环保效益方面上看 余热发电项目都是十分具有发展意义的 1 2 1 低温余热发电技术的发展 我国水泥窑余热发电技术大致分为三个阶段 中空窑高温余热发电 干法中空窑 余热发电和中低温余热发电 3 7 第一阶段 20 世纪 50 70 年代 中空窑高温余热发电 当时我国的水泥需求量增大 电力供应持续紧张 这些原因促成了水泥窑余热发电技术的第一次发展 当时的技 术主要是依靠改造已有的水泥余热发电窑 建立了若干条水泥余热发电窑 随着我 国在水泥窑余热发电技术水平上的发展和进步 改造并建设了若干条中空余热发电 窑 这是我国水泥窑余热发电技术经历的第一阶段 第二阶段 90 年代初 干法中空窑余热发电 这时我国水泥行业主要以生产新型 干法水泥为主 而水泥需求量的增大和电力供应短缺的问题仍然没有得到有效地解 决 因此促成了水泥窑佘热发电技术的第二次发展 水泥窑余热发电技术的第二阶 段发展主要以提高余热发电量来减缓供电的需求为主 随着 带补燃炉低温余热发 电技术及装备 的成功研发及应用 标志着我国水泥窑余热发电技术达到了一个新 水平 这项技术能够充分回收水泥窑的低温余热 并同时设置环保型的循环流化床锅 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 2 页 共 49 页 炉 燃用劣质煤进行发电或热电联产 而同时循环流化床锅炉产生的灰渣可用于水 泥熟料的生产 既经济又环保 第三阶段 80 年代初 中低温余热发电 随着人们对节能和环保意识的不断提高 单纯以发电量为目标的余热发电技术已经不能满足水泥余热发电的需求 因此 低 温余热发电技术有了较大的发展 国家依靠从日本引进的一套成熟先进的低温余热 发电技术和设备 将它成功的应用于我国现有的一家水泥厂 这套系统运行有效稳 定 余热回收充分 发电成本低 这些充分说明了低温余热发电技术适用于现代水 泥生产技术 不仅可以降低水泥生产成本又可以节约大量能源 大大地提高了水泥 企业的经济效益和社会环保效益 与水泥窑余热发电系统发展的三个阶段相对应的是水泥余热发电所经历的三代 技术 以下分别为水泥窑余热发电三代技术的基本思路 8 第一代余热发电技术 它的基木组成是窑尾设置一余热锅炉回收利用预热器一级 出口排出的 350 以下的废气余热 窑头设置一余热锅炉回收利用篦冷机排出的 400 以下的废气余热 系统布置一台蒸汽轮机 一台发电机 主蒸汽压力在 0 69 1 27MPa 温度在 280 340 吨熟料发电量在 28 33kWh t 第一代余热发电 技术包括三种余热发电热力系统 分别为单压不补汽式系统 双压补汽式系统 复 合闪蒸式系统 这三种余热发电系统都是产生低压的蒸汽来进行做功发电 在本质 上是相同的 第二代余热发电技术 它的基本组成是窑尾部分直接利用窑尾预热器一级出口的 350 以下的废气余热或者同时利用预热器一 二级 在二级预热器内部设置过热器 同时回收废气余热 窑头部分是与第一代余热发电技术设置相同 或者在窑头篦冷 机上设置两个抽气口 高温抽气口排出 500 以下的废气余热利用外设的过热器回 收利用 低温抽气口排出的 360 以下的废气余热利用一台余热锅炉回收利用 余 热锅炉的排气全部返回篦冷机内部 篦冷机采用循环冷却风 系统布置一台补汽式 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 3 页 共 49 页 蒸汽轮机 一台发电机 主蒸汽压力在 1 57 3 43 MPa 温度在 340 435 补汽 压力在 0 0 15 MPa 补汽温度为饱和温度 吨熟料发电量为 38 42kW h t 第二代 余热发电技术的特点是在窑尾二级预热器设置过热器 以产生过热蒸汽并且不影响 水泥窑正常生产运行 窑头篦冷机采用分级抽气 实现了能量的梯级利用 并且窑 头余热锅炉的排汽全部返回篦冷机内部 实现了篦冷机的循环冷却 提高佘热回收 效率 第三代余热发电技术 第三代技术主要是对第二代余热发电技术的优化和提高 即将窑头篦冷机的抽气口再增加 使得中温废气得到很好的利用 并且在不影响水泥 熟料生产线正常稳定的运行工况 增加其他工艺及设备能耗 不影响利用窑尾余热 锅炉排气来烘干生料等情况下 提高系统的吨熟料发电量达到 48 52 5 kWh t 带补燃炉的余热发电技术 这种余热发电技术的特点是利用窑头 400 以下的废 气余热和窑尾 350 以下的废气余热来生产高压饱和蒸汽和饱和水 通过补燃锅炉 将这部分蒸汽参数调整到适合汽轮机的数值 并将窑头余热锅炉产生的 120 左右的 饱和水作为锅炉给水的热力除氧的热源 也可取代汽轮机的回热抽气 以减小汽轮 机的气耗率 带补燃锅炉的余热发电系统也是普遍采用的余热发电系统 它适用于 水泥窑生产运行波动较大的情况 但由于增加了一台补燃锅炉 增加了余热发电系统 的投资成本和复杂性 余热发电热力系统图如图 1 1 所示 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 4 页 共 49 页 图 1 1 带补燃锅炉的余热发电系统 以上讨论的几代余热发电技术 它们的本质都是对余热资源的梯级利用来产生 高品质的蒸汽 主要区别在于主蒸汽的参数上 第一代余热发电技术的主蒸汽参数 为低温低压 第二 三代余热发电技术的主蒸汽参数为中温中压 虽然主蒸汽参数 的提高有利于提高余热发电量 但也会增加余热发电系统的复杂性 对操作人员的 要求更高 因此 水泥企业在选择建设余热发电工程项目时要充分考虑自身水泥熟 料生产线的运行特点及自身的目的要求 最终决定所要采用的余热发电系统 1 2 2 我国余热发电技术的现状及问题 1 余热发电技术现状 9 10 低温余热发电技术的主要特点包括 除余热资源外 无其他热源用于发电 余热资源的温度在 350 左右 品质相对较低 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 5 页 共 49 页 余热资源的数量大于一 配套的余热发电热力系统相对复杂 对发电设备的要求高 设备趋于大型化 主蒸汽的参数不高 纯低温余热发电系统不设置外部热源 完全依靠从窑头的篦冷机和窑尾的预热 器中所回收的烟气余热来产生蒸汽进行发电 系统简单 便于管理 目前 水泥窑 余热发电系统在国外广泛应用 尤其是在日本 大约 3 4 的水泥企业都在水泥熟料 生产线上配置了余热发电系统 国内的水泥窑余热发电技术在经过了十几年的研究 和开发并实际运行之后已经十分成熟 我国自主研发的补汽式汽轮机的成功运行 使得我国余热发电技术及设备在总体上已经达到了国际先进工业国家的水平 能够 为我国不同的水泥熟料生产线提供配套的余热发电系统 虽然目前的低温余热发电 技术在各方面运行十分良好 但是在热力循环系统 余热锅炉 汽轮机等设备上仍 然有很大的发展空间 使得余热发电系统能够更加有效地回收烟气余热 1996 年提出的水泥工业可持续发展的 四零一负 战略至今已 10 年有余 通 过国际和国内的大量实践 四零一负 战略已由当初的发展苗头与大胆设想成长 为明确的趋势和奋斗目标 其中有些目标在德国 日本 美国以及北欧诸国已基本 实现或实现了将近一半 预计在 2010 2012 之间 德国水泥工业很可能会率先基 本实现 四零一负 目标 其他的欧 日 美等国可望在 2015 年内相继实现 我 国水泥工业在 2020 年前也会基本达到 四零一负 的目标 11 所谓 四零一负 战略 其具体内容为 水泥工业和生态环境和谐共处 水泥企业对其周围生态环境完全实现零污 染 创新水泥工艺和余热回收技术 降低熟料 或水泥 单位电耗 提高单位 熟料余热发电量 实现熟料 或水泥 企业对外界电能的零消耗 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 6 页 共 49 页 水泥企业完全实现废料 废渣 废水的零排放 降低熟料单位热耗 开发利用各种替代燃料 实现熟料生产对天然矿物燃 料 煤 油 天然气 的零消耗 节约资源 扩大利废功能 消纳各种废弃物 减轻环境负荷 为全社会的 各种工业废渣 废料以及城市垃圾的增长做出应有的贡献 可以看出 纯低温余热发电技术的具体目标就是 在水泥窑熟料单位热耗 4 18 750kJ kg 的前提下 尽可能提高单位熟料的净发电能力 首先要争取早日 实现的是 吨熟料发电量达到熟料的单位电耗 即 50kwh t 两者持平 这样就实 现了熟料生产对外界电能的零消耗 进一步还要争取尽可能地增加发电量 努力实 现吨熟料发电量与水泥的单位电耗能基本持平 此外还必须具有相当的远见 准备 应对今后熟料单位热耗可能会降到 4 18 700kJ kg 的条件下而维持吨熟料发电量基 本不变或不致减少太多的挑战 2 余热发电技术存在的问题 目前 低温余热发电技术主要存在以下几个问题 如何将余热发电系统和水泥熟料生产系统更有效地结合起来 能够在不影 响水泥窑正常稳定的运行工况下 更有效的回收烟气余热的问题 要发展我国自主研发的余热发电技术 无论是从热力系统上 还是从装置 上 如何能够更高效 更合理的运行使用 进而降低成本 提高系统的热效率和余 热发电量等问题 要促进水泥企业余热发电与电力行业和谐发展 协调解决各方面可能产生 的问题 1 2 3 国外水泥工业余热发电发展及展望 最近 已经出现了一些新的探索和实践 旨在基本不增加熟料单位热耗的前提 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 7 页 共 49 页 下 谋求从蓖冷机 预热器和窑头炉体等处获取少量高温气体来提高吨熟料余热发 电能力的工业试验 有的已初显成效 有的正在准备实施 前景看好 令人期待 国际水泥工业余热发电技术最先进的德国和日本 近十几年来国内建筑业持续萎缩 水泥需求逐年下滑 德日两国 1996 年的本国水泥消费量分别由 3550 万吨和 8400 万 吨 锐减为 2006 年的 2600 万吨和 6000 万吨 分别下降了 27 和 29 导致有些 水泥厂纷纷关闭 技术人员大批流失 水泥工业处于一片不景气之中 大大地阻碍 了余热发电技术的发展进程 例如日本 实际上完全就是在勉强维持着 十几年来 可以说基本上没有进展 近年日本的经济形势虽稍显逆转 但是他们拿到中国来推 销的水泥工业余热发电技术大部仍停留在 10 年前的水平 相反地 德国水泥界应对这种不景气的挑战 心态十分积极 首先是从 1996 年 的进口水泥 628 万吨 逐渐转变为 2006 年的出口水泥 450 万吨 维持了本国水泥年 生产量约 3000 万吨基本不变的局面 同时积极推进 四零一负 的各项目技术措施 和法规建设 取得了卓越成效 即使在资金十分困难的情况下 1999 年在巴伐利亚 州 现拜恩州 海德堡水泥公司所属的 Lengfurt 水泥厂的一台日产 3000 吨的熟料蓖 冷机上采用了以色列 ORMAT 公司的新装备新技术 这是一套以有机工质戊烷 C5H12 汽轮机和导热油为热载体的余热锅炉组成的利用冷却机废气余热的发电 系统 装机 1 5MW 至今已正常运转了 8 年 按照这套系统长期生产参数推算 如 果将这台 3000t d PC 窑的全部废气余热都用上 则其吨熟料发电量将达 45 50kw h t 显然比我国现有的水平高出一大块 碍于非技术的原因 他们至今仍苦 于缺乏市场机遇来证明这一推论的正确可行 美国早在上世纪 90 年代初 美国电气与电子工程师学会 IEEE 的水泥工业 委员会联合美国能源部门曾发起过一个动议 计划在 10 15 年 即 2000 2005 年 内实现水泥工业吨熟料余热发电量达 50 60kw h t 的目标 后来也是因其建筑业的 不景气而使这个计划付之东流 但是在上世纪 90 年代后期 美国 Recurrent 工程公 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 8 页 共 49 页 司开发了一个名为 Kalina 系统的工业废热回收发电系统 它是用氨 NH3 和水的 混合液为工质的汽轮机来发电的 Kalina 系统已经在美国钢铁厂和化工厂通过了中 试 正意欲进入水泥工业市场 要据 Recurrent 公司的初步报价书 以日产 3000 吨熟料生产线为例 其锅炉及汽轮机等全套设备费用约 1000 万美元 装机 9 10MW 按常规从窑尾预热器和篦冷机抽取废气 吨熟料发电量的保证值为 50 60kw h t 视各水泥厂的具体情况而异 1 3 余热锅炉 1 3 1 余热锅炉简介 余热锅炉 顾名思义是指利用各种工业过程中的废气 废料或废液中的余热及 其可燃物质燃烧后产生的热量把水加热到一定工质的锅炉 具有烟箱 烟道余热回 收利用的燃油锅炉 燃气锅炉 燃煤锅炉也称为余热锅炉 余热锅炉通过余热回收 可以生产热水或蒸汽来供给其它工段使用 1 3 2 余热锅炉的分类 1 3 2 1 按照锅炉操作压力的大小分类 余热锅炉可以分为低压 蒸汽压力在 1 3MPa 以下 中压 蒸汽压力在 1 4 3 9MPa 范围内 高压 蒸汽力在 4 0 10 0MPa 范围内 三大类 按余热锅炉产生的蒸汽的压力等级分类 目前余热锅炉采用有单压 双压 双 压再热 三压 三压再热等五大类的汽水系统 1 单压级余热锅炉 余热锅炉只生产一种压力的蒸汽供给汽轮机 2 双压或多压级余热锅炉 余热锅炉能生产两种不同压力或多种不同压力的蒸汽供给汽轮机 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 9 页 共 49 页 1 3 2 2 按结构来分类 1 按照炉管的结构形式不同 余热锅炉一般可以分为两大类 管壳式余热锅炉 和烟道式余热锅炉 1 管壳式余热锅炉 管壳式余热锅炉是一种由锅筒 管子及金属壳体构成一体的紧凑型小型余热锅 炉 对于 DL480 0 6 型管壳式余热锅炉 它用于小化肥工业 其蒸汽压力为 0 588MPa 蒸汽温度为饱和温度 受热面积为 480 锅炉蒸发器是由锅筒 受 热的上升管和不受热的下降管所组成的自然循环水管系统 具有余热的炉气从锅炉 下部的进气室进入 流经蒸发器受热管后从锅炉上部的出口气室排出 水在蒸发器 中受热后形成汽水混合物 沿上升管向上进入锅筒 在锅筒中进行汽水分离后 蒸 汽向外输出 水由锅筒经下降管流下 然后再进入上升管受热 汽化 上升 从而 形成自然水循环 并不断汽水分离 输出蒸汽 属于这一系列的锅炉产品还有 DL100 0 6 DL480 1 2 等型号 2 烟道式余热锅炉 烟道式余热锅炉是一种布置成烟道形式的水管型受热面装置 它具有单独的炉 墙和构架 因而是一种较大型的余热锅炉 其第一烟道 高温部分 为一个大的辐 射冷却室 其后各烟道为对流受热区 烟道式余热锅炉可布置成多烟道式的和直通 式的 前者的烟气是作上下转弯流动 而后者的烟气则自前至后作水平直通流动 烟道式的大型余热锅炉 又有强制循环和非强制循环两种结构型式 此外 低压 余热锅炉一般设置上 下两个汽包 中压余热锅炉或设置上 下两个汽包 或设置 一个上汽包 高压余热锅炉一般只设置一个上汽包 1 3 2 3 按照循环方式分类 1 自然循环余热锅炉 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 10 页 共 49 页 烟气是水平方向地流过垂直方向安装的管簇的 管簇中的水汽混合物与下降管 中冷水的密度差 是维持蒸发器中汽水混合物自然循环的动力 2 强制循环余热锅炉 烟气通常总是垂直地流过水平方向布置的管簇的 通过循环泵来保证蒸发器内 循环流量的恒定 3 直流余热锅炉 直流余热锅炉靠给水泵的压头将给水一次通过各受热面变成过热蒸汽 在蒸发 受热面中 工质的流动是由给水泵压头来实现 强制循环多烟道式余热锅炉由锅筒 蒸发管束及过热器等组成 锅炉强制水循环的动力由循环泵产生 锅水自锅筒由循 环泵抽出后 分两路分别进入焙烧炉冷却装置的受热管和余热锅炉的蒸发受热面吸 热 所产生的汽水混合物全部流回锅筒进行汽水分离 分离出来的饱和蒸汽先后进 入第一级过热器和第二级过热器受热 使其过热到 450 后输出 炉气进口温度为 800 900 左右 由于含尘量较高 为了避免矿尘沉积 故在炉气向上流动的第二 烟道中不布置受热面 此烟道用作余热锅炉启动时加热用的燃烧装置的燃烧室 1 3 2 4 按照余热种类分类 1 高温烟气余热 2 高温炉渣余热 3 高温产品余热 4 冷却介质余热 5 可燃废气余热 6 化学反应及残碳的余热 7 冷凝水余热 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 11 页 共 49 页 1 3 2 5 按余热锅炉烟气侧热源分类 1 无补燃的余热锅炉 这种余热锅炉单纯回收燃气轮机排气的热量 产生一定压力和温度的蒸汽 2 有补燃的余热锅炉 由于燃气轮机排气中含有 14 18 的氧 可在余热锅炉的恰当位置安装补燃 燃烧器 充天然气和燃油等燃料进行燃烧 提高烟气温度 还可保持蒸汽参数和负 荷稳定 以相应提高蒸汽参数和产量 改善联合循环的变工况特性 一般来说 采 用无补燃的余热锅炉的联合循环效率相对较高 目前 大型联合循环大多采用无补 燃的余热锅炉 1 3 2 6 按受热面布置方式分类 按受热面布置方式进行分类 可以将余热锅炉划分为两大类 卧式布置余热锅 炉 大都采用火管式 即管内走高温工艺气体 而管外走饱和水或水蒸气 和立式布 置余热锅炉 比卧式锅炉水循环速度快 传热速率较高 蒸汽空间也较大 因此这种 锅炉蒸发量大 两大类 1 卧式布置余热锅炉 2 立式布置余热锅炉 1 3 3 余热锅炉与常规锅炉的区别 余热锅炉与普通动力锅炉一样 都是生产动力蒸汽的一种高温高压设备 并且一 般锅炉受热面部分的结构相近 由钢构架 汽包 管束和水冷壁 过热器 蒸发器 省煤器等部件组成 所不同的是热源不同 它不是采用煤油 天然气 煤等燃料 而是利用化工生产工艺气中的余热 因此 它既是一种能量回收装置 也是一种化 工介质工艺设备 余热锅炉的共同特点是 操作条件比较恶劣 如高温 高压 热流 强度大 锅炉受压元件的热应力大等 并要求连续 稳定地安全运行 对高温工艺气 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 12 页 共 49 页 的温度和冷却速度的控制要求十分严格 余热锅炉的运行比常规锅炉更复杂 余热锅 炉利用的是余热 不仅是高温气体的显热 而且还利用某些废气中所含少量的可燃物质 如一氧化碳 氢气 甲烷 等化学热能 例如 催化裂解装置中再生器排出的再生气 体 其温度可达 550 750 另外催化裂解装置再生器排出的高温烟气中含有很 多粉状催化剂 烟气中灰分含量高 不但对流受热面的磨损加剧 而且因为受热面积 灰严重 需要经常除灰和定期停炉清扫 给生产带来一定困难 有些高温烟气中含有较 多的二氧化硫和三氧化硫 使得烟气露点升高 受热面的低温腐蚀严重 检修工作量增 加 图 1 2 和图 1 3 分别为余热锅炉和电站锅炉 1 余热锅炉主要是利用燃气轮机排气作为热源 因此不需要燃烧系统 除非有 补燃要求 2 余热锅炉不用风机 3 余热锅炉可在变压状态下产生蒸汽 提高热回收效率 4 对流热交换而不是辐射热交换 5 余热锅炉不采用膜式水冷壁结构 6 余热锅炉采用翅片管提高传热效率 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 13 页 共 49 页 图 1 2 余热锅炉 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 14 页 共 49 页 图 1 3 电站锅炉 1 3 4 余热锅炉各部分构件 通常余热锅炉是由省煤器 蒸发器 过热器以及联箱和汽包等换热管组成 其中 自然循环锅炉的蒸发设备还包括汽包 下降管 水冷壁 联箱及一些连接管道 在 有再热器的蒸汽循环中 可以加设再热器 在省煤器中锅炉的给水完成预热的任务 使水温度升高到接近饱和温度的水平 在蒸发器中给水相变成为饱和蒸汽 在过热 器中饱和蒸汽被加热升温成为过热蒸汽 在再热器中再热蒸汽被加热升温到所设定 的再热温度 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 15 页 共 49 页 1 4 余热锅炉的运行及维护 1 4 1 余热锅炉的启动 锅炉设备的启动过程是一个极其不稳定的变化过程 在启动初期 锅炉各受热 面内工质流动不正常 工质的流量 流速较小 甚至工质短时间断续流动会影响受 热面的冷却而造成局部受热面金属管壁的超温 在锅炉点火后的一段时间内 燃料 投入量少 炉膛温度低 燃烧不易控制 容易出现燃烧不完全 不稳定 炉膛热负 荷不均匀的现象 可能出现灭火和爆炸事故 余热锅炉的启动与煤粉炉有相同之处 尤其是启动前的检查和准备工作 余热锅炉的起动步骤一般分为 起动前的检查 点火前的检查 升火前的准备 点火升压 暖管并汽等 1 4 2 余热锅炉的正常运行 余热锅炉的正常运行是生产系统的一个重要环节 它和前后工艺生产的运行工 况时互有联系的 这就要求余热锅炉运行人员做到密切配合 以使全系统生产运行 达到正常 1 汽压调节 保持汽压稳定是余热锅炉运行中一个重要的指标 如果汽压过高 会引起安全 阀的频繁动作 余热锅炉汽压波动太大 则不能满足汽轮机运行的要求 同时也可 能引起锅炉本身事故的发生 因此运行人员要密切注视运行压力的变化 调整负荷 保持汽压稳定 为了便于有效的调节汽压 除余热锅炉本身装设压力调节装置外 一般还可以 通过装设蓄热器 装设调节负荷的燃烧燃料的锅炉或在余热锅炉中装设辅助燃烧设 备 装设旁烟道等方法 调节负荷 保持汽压稳定 2 汽温的调节 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 16 页 共 49 页 余热锅炉过热蒸汽的汽温调节与一般锅炉的相同 由于过热器积灰会影响过热蒸汽的温度 运行人员要及时清除过热器管的积灰 3 余热锅炉并列运行时给水的调节 几台余热锅炉并列运行时 应注意到余热锅炉的燃烧时不能由锅炉运行人员主 动调节的这一特点 4 辐射冷却室出口和锅炉出口排烟温度的调节 余热锅炉在运行当中 应当保持辐射冷却室出口排烟温度在规定的范围内波动 这是保证余热锅炉和工艺设备运行安全的关键条件 1 5 水泥余热发电的设备 1 5 1 窑尾余热 SP 炉和窑头余热 AQC 炉 AQC 余热锅炉 即窑头锅炉为立式 自然循环 由于冷却机废气中粉尘粘附性 不强 所以不设置清灰装置 同时换热管采用螺旋翅片管 大大增加了换热面积 使 得锅炉体积大幅下降 降低了投资成本 同时 在 AQC 余热锅炉前端设置了高效沉 降室 大大减轻了废气对 AQC 余热锅炉的磨损 SP 余热锅炉 即窑尾锅炉 它的设计有独特之处 立式布置 机械振打 自然 循环 整个锅炉的振打形式为连续式 清灰较为均匀 同时设计有合理的灰斗 避 免了因清灰原因造成废气中含尘浓度突然增大而引起风机跳停 该锅炉最具特点的 地方是采用自然循环方式 省掉了二台强制循环热水泵 降低了运行成本 提高了 系统可靠性 立式的结构形式 在节约了占地面积的同时 也方便了废气管道的布 置 ASH 过热器 其热源是从窑头篦冷机中部抽出的 550 左右的热空气 出口 废气再并入 AQC 余热锅炉 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 17 页 共 49 页 1 6 余热锅炉技术特点 1 6 1 ASH 过热器的防堵 AQC 锅炉的防磨 进入 ASH 过热器的烟气温度波动幅度较大 若高于 650 以上时 烟尘软化熔 融堵塞在 ASH 过热器的螺旋翅片管受热面上 设计时在烟气进口段采用了不易积灰 的膜片管 AQC 余热锅炉热源来自水泥窑窑头熟料冷却机排出的废气 废气中含有较多的 坚硬的熟料颗粒 如处理不当 受热面就会产生严重的磨损 针对这种工况条件 在整个布置和设计中采取相应有效措施 设计时选取适当的 较低的烟气速度 锅 炉过热器 蒸发器和热水段换热管均采用螺旋翅管 从而组织起更为有效的废气流 场 加强换热 并且能在较大程度上减轻磨损 延长检修周期 同时设置导流和均 流装置 避免偏流和涡流 防止局部磨损 并在蛇形管弯头处采用特制的盖板遮盖 保证锅炉有较长的使用年限 12 1 6 2 SP 锅炉采取有效的清除积灰措施 由于进入窑尾 SP 锅炉的烟气含尘浓度在 120g 标准 m 左右 含尘量大 粒径小 平 均粉尘粒径 1 30 m 特别容易引起受热面积灰 甚至堵塞 在设计 SP 锅炉时 选用清 灰周期短 效果好的锤式机械振打清灰 振打锤布置在过热器 蒸发器 省煤器每 组受热面的下部 通过振打杆与内部受热面管束相连 清灰周期为 15 30 秒 采用变 频调节 另外在热力计算时 适当增大受热面裕度以补偿积灰造成的影响 这样可以降 低清灰振打频率 减轻蛇形管焊口的疲劳 1 6 3 采取有效的锅炉密封防漏风措施 AQC 锅炉和 SP 锅炉都有一定的负压 尤其窑尾 S P 余热锅炉烟气侧负压很大 负压值达 6000 Pa 左右 如果密封措施做不好 大量冷空气漏入炉内 会影响到水泥窑的 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 18 页 共 49 页 正常运行 降低锅炉的产汽量 设计时 采用了轻型金属护板炉墙 由型钢组成框架 两 面贴钢板 中间添加硅酸钙保温板 护板安装时应予满焊 锅炉受热面采用整体内挂式 结构 并采用特殊的管子穿墙密封金属膨胀节及专用的炉门装置 振打装置穿墙采用油 浸盘根和特殊的橡胶圈密封措施 这样 最大限度的减少炉墙漏风 降低锅炉的散热损 失 提高了锅炉的效率 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 19 页 共 49 页 2 方案设计和可行性论证 2 1 热力系统初步方案设计 不同的水泥生产线 它的余热资源不同 余热资源的利用也不相同 需要根据水泥 企业自身的水泥窑余热特点和要求来进行余热发电系统的设计 本文所要设计的水 泥窑低温余热发电系统对应的水泥生产线 对水泥窑的生产参数影响变化不大 但 是蒸气压力要求较高为 3 82 MPa 由于第一代余热发电技术的主蒸汽压力在 0 69 1 27MPa 以及传统的第二代余热发电技术的主蒸汽压力在 1 57 3 43 MPa 达不到技 术要求 通过查阅资料 国内新型第二代余热发电技术已经开发出来 大连易世达 能源工程有限公司设计 主蒸汽参数 1 57 3 82MPa 次中压或中压 饱和温度至 450 过热蒸汽 窑头熟料冷却机两个及两个以上用于生产蒸汽的取废气口 窑头设 置独立的过热器 熟料冷却机循环风技术 13 2 1 1 热力系统方案设计 备 注 由于本次设计时间限制故此次设计只利用窑头余热 采用双压补汽系统 两炉一机 在冷却机厂房及冷却机电气室之间露天布置 AQC 余热锅炉 整个热力系统分为高压 低压两个汽水循环 低压水循环是给水经过低 压给水泵进入窑头 AQC 锅炉的低压省煤器进行加热 经低压省煤器加热后的高温水 进入 AQC 锅炉的低压汽包 进入汽包内的高温水在锅炉内循环受热 产生低压过热 蒸汽 进入汽轮机低压缸 高压水循环是给水经过高压给水泵进入窑头 AQC 锅炉的 公共省煤器中进行给水预热 预热后的高温热水一部分进入窑头锅炉的高压省煤器 另一部分进入窑尾锅炉省煤器 进入两炉内的高温水在锅炉内循环受热 最终产生 高温过热蒸汽 两路过热蒸汽汇集后进入 ASH 过热器过热 然后送到汽轮机高压缸 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 20 页 共 49 页 与进入汽轮机低压缸的蒸汽共同做功 做功之后的蒸汽经过凝汽器冷凝后形成凝结 水重新参与两个水循环系统 2 1 2 窑头取热方式设计 窑头取热即在不影响水泥熟料生产的情况下 从冷却机热端至冷端的某一或几 个部位进行抽气 抽气口如果靠近热端 抽取的余热烟气温度高 流量小 抽气口如 果靠近冷端 则抽取的余热烟气温度低 流量大 本次设计利用熟料冷却机中部排 出的部分 380 以下废气设置一台 AQC 余热锅炉 利用熟料冷却机热端排出的部分 600 以下废气设置一台熟料冷却机废气余热过热器 简称 ASH 过热器 冷却机 尾部的剩余低温余热通过尾部排气与窑头余热锅炉出口的废气一起经过电除尘设备 后排入大气中 冷却机采用多级取废气方式 为电站采用相对高温高压主蒸汽参数 及实现按废气温度将废气热量进行梯级利用创造条件 设计独立的熟料冷却机废气 余热过热器 也为调整控制主蒸汽参数创造条件 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线 第 21 页 共 49 页 图 2 1 新型第二代余热发电系统 2 2 窑头余热锅炉设计 AQC 锅炉则是利用冷却机中部的中温废气来进行动力回收 从而充分利用余热 资源 锅炉为立式自然循环炉 带汽包 炉膛内设置过热器 蒸发器 省煤器 公 共省煤器四部分 烟气从冷却机中部引出进入 AQC 锅炉前 先通过了沉降室 减少 了进入锅炉的粉尘含量 降低了熟料颗粒对锅炉受热面的磨损 因此 AQC 锅炉受 热面使用螺旋翅片管 可增大换热面积 强化换热效果 2 2 1 过热器 过热器是锅炉中将一定压力下饱和水蒸气加热成相应压力下的过热水蒸气的受 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 安徽工业大学 毕业设计 论文 说明书 装 订 线 装 订 线 装 订 线