水泥窑纯低温余热发电有机工质循环技术的应用探讨

水泥窑纯低温余热发电有机工质循环技术的应用天津水泥工业设计研究院张福斌中国水泥网2006-10-11印这一页关键词：水泥窑纯低温余热发电有机工质有机热载体1前言水泥生产工艺，简单地说，是“两磨石”，即石灰石等原料，先初步粉碎，然后在窑里煅烧，再将繁华的熟料放入复合材料，粉碎成水泥。因此，水泥产业是高能源消费和高电力消费产业。我国的水泥产业基本上是从20世纪50年代初期开始的，随着我国经济建设的繁荣和国家对基础设施建设的投资不断增加，我国水泥产业的建设规模和技术水平有了很大提高，建设方式由窑向回转窑转变，建设规模由100t/d，300t/d，5000t/d，8000t/d，10000t/d发展，水泥燃料热但在我国最先进的水泥生产工艺中，还没有充分利用350 以下的低温余热，浪费的热量约占总输入热量的三分之一左右。随着水泥生产规模的扩大，由此产生的热量浪费更加惊人。另外，最先进的水泥生产工艺产量仍为105 110 kwh /t水泥熟料，水泥生产成本仅用电费就达到40 50元/t，占总成本的约三分之一。因此，回收水泥生产工艺的余热发电，并将其重新用于水泥生产本身，具有现实的节能效果。2水泥窑余热发电技术现状2.1水泥窑可使用的余热参数水泥生产过程本身也在原料进入回转窑之前安装预热器，以水泥煅烧后的高温烟气为原料进行预加热或预分解，降低排烟温度，减少热量损失等节能和减少消耗工作继续进行。现在预热器一般从过去的4个等级增加到5个等级，所以废气温度比过去低了。在这种情况下，水泥窑尾部预热器出口排出的烟气参数如下：风量：1.4-1.6米3(标准)/kg水泥熟料温度：330含灰尘：65g/m3(标准)窑头冷却器排出的废气参数如下：窑头：1.1-1.3米3(标准)/kg水泥熟料温度：220c含灰尘：10g/m3(标准)不同产量的水泥窑余热储备不同。2.2燃烧资源综合利用发电系统资源综合利用是我国长期而重大的技术经济政策，是我国国民经济和社会发展的长期战略方针，对实现节约资源、改善环境、提高经济效益、资源优化配置和可持续发展具有重要意义。在水泥生产过程中，产生了很多余热，消耗了很多电，还需要购买大量的材料作为复合材料。国家目前鼓励煤矸石的综合利用，非常重视环境保护。在此前提下，建设充分利用水泥窑的余热，补充适当燃烧，综合利用热值低于12550kJ/kg的煤矸石燃烧资源，对重要资源的综合利用具有重要意义。这种发电站建成后，可以回收水泥窑的所有余热，处理当地大量煤矸石，燃烧锅炉产生的灰、渣都可以重复用于水泥生产，进行零排放，发电厂释放的电可以直接用于供应工厂，减少输电线的损失。在大幅降低水泥生产成本的同时，为国家节约能源、保护环境、经济及社会效益都值得关注，为可持续发展战略而努力。国家经济贸易委员会2010年7月为了贯彻国务院批转国家经贸委等部门关于进一步开展资源综合利用意见的通知(国家发1996 36号)等文件的发行精神，对全国所有资源综合利用发电站(单位)下达了适用的“资源综合利用电厂（机组）认定管理办法发行通知”。本管理法中，资源综合利用发电站(单位)为余热、余压、城市垃圾、煤矸石(煤和石油岩页岩)、煤泥.显然，这是利用等低热值燃料生产电力、热能的企业单位。该管理方法为报告资源综合利用发电站，单位独立容量必须在500千瓦以上，单位设备没有超额服务或报废，供电质量符合国家标准，燃料在附近使用。废物的综合利用措施，污染物排放标准以煤矸石、煤泥为燃料的资源综合利用发电厂，应以煤矸石为主燃烧，如果进入炉膛燃料的低热量不大于1250千焦/公斤，应使用循环流化床锅炉，如果燃料应用基础硫含量超过1%，应采取脱硫措施。以工业余热、余压为工作流体的资源综合利用发电厂为例，根据余热、剩余压力的质量、剩余热或生产过程的蒸汽消耗和可用工作液参数确定工业余热、过压发电厂的安装容量，特别是工业生产过程中发生的可用热和压差循环利用发电的企业。要建设这样的发电站，必须在窑头预热器塔旁边，在窑头冷却器旁边安装余热锅炉，余热锅炉和水泥窑的相对位置如图1所示，发电站的原则热配置图2所示。图1相对位置图图2具有燃烧资源的发电原理热力系统图的综合利用这种发电站的建设开始了造业，确实给水泥厂带来了很多好处。但是，在运行过程中，会出现一些问题：运行中缺乏必要的监督，将煤种设计为煤矸石，但实际运行中煤的变化范围大、劣煤、好煤都可以使用。废热回收系统的运行比普通发电厂复杂，因为其操作配合水泥生产。另据调查，水泥厂没有制定适当的余热回收奖励措施，余热投入率低于设计值。这种发电站的建立实际上减少了水泥工厂生产成本，同时也减少了电力系统收入，因此在目前的体制下，这些发电站受到了相关部门的一定程度的抗议。这条新闻共3页，现在在第1页12页2.3目前纯低温余热发电系统与普延发电厂相比，纯余热发电厂不燃烧煤，不增加新的烟气排放点。选煤厂的噪声发生减少，环境保护效果更好。但是纯低温余热发电受到余热等级和余热的限制。目前，国内纯低温余热发电发电站都建在有4级预热器的水泥窑里。因为有4级预热器的水泥窑的余热等级和余热储备比5级优秀。目前有5段预热器的5000t/d水泥线的发电容量约为7000 kW以上。根据国内现有设备及技术水平，结合余热的实际情况，目前国内纯低温余热电站采用了蒸汽轮机使用冷凝蒸汽轮机等特殊设备。主蒸汽参数为1.27MPa-290，蒸汽补充参数为0.15MPa-125。酒津蒸汽是在窑尾余热锅炉生产的，窑头余热锅炉生产汽轮机补充蒸汽和除氧器蒸汽。利用垂直余热锅炉的余热回收设备。为四阶段预热器水泥窑设计的国内纯低温余热发电系统原理热系统也见图3。图3国内纯余热单位原理热力系统示意图有5段预热器的水泥生产线窑尾气温度只有330左右，温度低，很难生产300 以上的蒸汽。但是，这种余热的一部分具有很高的回收价值，特别是在5000t/d到10000t/d的水泥生产线上，需要采取新的方法。3以有机制冷剂和传热油为循环工质的纯低温发电系统3.1选择主机设备提到使用有机工质的涡轮和低温余热利用，就会想到我们西藏的洋房静止热电厂。建立在杨八井的第一个1300千瓦的地热发电试验装置是以色列供应设备，循环工质是有机烷烃，使用率最高。异戊烷一般是无色液体，与醚、碳氢化合物、油任意混合，不溶于酒精，不溶于水，沸点为36 。使用异丙醇作为工作流体的涡轮装置具有以下优点：有机工质的沸点低，容易产生蒸汽，可以回收低温余热。有机工质的蒸汽密度比蒸汽密度高得多，因此涡轮速度慢，效率高，体积小。冷凝压力接近大气压或稍大，工作液泄漏小。有机工质对低温有耐受力，不受冻结影响。速度低，噪音小。系统的工作压力约为1.5MPa。无湿蒸汽生产，总是干燥不腐蚀，涡轮寿命长。因此，纯低温余热发电系统可以试用这种类型的涡轮。近20多年来，以传热油为热载体的间接加热技术在石油、化学、纤维、制药、橡胶和其他行业得到了开发和越来越广泛的应用。热传递油是热容量高、粘度低的好有机热载体传热介质，在大气压下，热传递油的初始馏分比水的蒸发温度高几倍。如果高温导热油在300 下没有气化，并且保持大气压力，则饱和压力的水蒸气为8.5MPa。因此，在中高温传热条件下，可以使用传热油代替现有的水蒸气传热载体，使用低压管道系统代替高压管道系统。可以减少管道的投资，确保操作的安全性和可靠性。此外，传热油的传热均匀，热稳定性好，导热性好。例如，饱和水蒸气在100c时的导热系数为0.0237 w/(m . c .)，而Mobiltherm 605#导热性为100c到0.127 w/(m. c .)，其中水蒸气的输送距离是水蒸气的5.35倍，热量损失较小，从而在不同温度下获得热量导热油在普通碳钢设备和管道上基本没有腐蚀效果，不需要类似蒸汽系统的供水海水淡化、脱气等复杂处理过程，具有系统简单运输方便的优点。因此，使用热传递油作为工作流体的装置具有较高的传热效率。因此，纯低温余热发电系统可以试用这种类型的余热锅炉。3.2系统配置涡轮配置发电机、冷凝器、循环工质泵、蒸发器和工质补充系统、空气压力系统、氮气系统和冷却系统。余热锅炉生产的热媒在蒸发器中与涡轮循环工质异戊烷进行热交换。工作流体蒸发后进入涡轮工作，工作后，异戊烷从冷凝器凝结成液体，然后通过工作流体循环泵进入蒸发器。涡轮模块采用模块化设计，重量轻，设备基础整体可作为简单的标准，整套可作为整体进行露天部署。废热锅炉循环介质使用Mobiltherm 605#导热油、水泥生产线窑头和窑尾废热将恒定流量的80 导热油加热到270 和220 ，混合两种热油后一起进入蒸发器，在蒸发器内传热后，温度从80 下降回窑头和窑尾废热锅炉。图4显示了系统配置图。图4纯低温余热发电系统示意图3.3系统经济和安全运行保证措施采取以下措施，确保整个系统经济、安全地运行：(1)以低沸点异戊烷为工质的低温余热发电机，能充分满足水泥窑低温余热回收的要求。(2)采用移动605#专用传热油的余热锅炉传热油性能指标如下。粘度：cSt 40 c29粘度：cSt 100 c5.1闪点：210(最低)凝固点：-15 颜色：2.0沸点：329不含Mobiltherm 605#芳烃的黄褐色和无味的液体石蜡，与我国22 #汽轮机油的性能相似，加热后逐渐变成褐色。(3)余热锅炉均采用膜加热面垂直锅炉，解决余热锅炉的漏风、磨损、堵塞等问题，减少安装空间，提高余热回收率。(4)热油余热回收系统与汽相方法相比，液体换热系统的优点是不泄漏，运行简单，稳定。(5)进入废热锅炉的废气量大，温度低，废热锅炉不发生燃烧。因此，高炉内没有局部烟气温度过热的现象。这减少了导热油过热导致裂解、聚合、焦化、积炭等的现象。因此，锅炉可以平稳安全地运行。(6)为了防止发电厂事故影响水泥窑的生产，废热锅炉都设有旁通煤气管道，废热锅炉或发电厂发生事故时，废热锅炉从水泥生产系统中释放，不影响水泥生产的正常运行。(7)为了确保余热锅炉的安全，如果发电厂侧发生故障，必须停止导热油的输送，安装的旁通排气管可以减小或关闭导热油的大小，防止导热油温度持续升高，防止可能的热油分解、聚合、焦化、积碳等现象。(8)所有余热锅