閃蒸技術余熱發(fā)電在3×5000T/D水泥生產線上的運用及操作
2010-04-02 00:00
一、 概述
1.1 項目介紹：
水泥工業(yè)發(fā)展到今天，工藝和設備技術水平有了長足進步，盡管水泥生產過程的熱耗（燃煤）較以前下降了許多，但由于水泥窯的規(guī)模大，廢氣排量巨大，因此廢氣余熱量仍然很大，如果能將這些熱量回收用于發(fā)電，其發(fā)電量相當可觀。水泥窯的廢熱排放主要集中在窯頭冷卻機和窯尾預熱機排放的廢氣，其中預熱機的廢氣還要用于原料烘干，我們利用預熱機的廢氣只能在回收其熱量后將它的溫度降至250℃，而冷卻機的廢氣不作其他用途，我們要充分利用其熱量，回收熱量后，它的排氣溫度可降至約90℃。因此，在充分考慮工藝流程和生產需要的基礎上，結合母公司花蓮廠二十年來在余熱發(fā)電方面積累的豐富建設和運行經驗，決定采用日本JFE公司的系統(tǒng)。該項目進展分兩期完成：第一期工程為一、二窯余熱發(fā)電項目自2004年12月破土動工，于2006年3月7日并網發(fā)電；第二期工程為配合三號窯2007年7月投產，鍋爐熱氣于同年8月12日并入。
1.2 工藝流程：
目前系統(tǒng)將三套窯的廢熱回收合并發(fā)電，為了回收窯頭冷卻機的廢熱，設置AQC鍋爐（每套窯各一套），AQC鍋爐設計為水平管式強制循環(huán)鍋爐，帶汽水鼓，廢氣垂直方向通過鍋爐，鍋爐依廢氣流向依次布置過熱器、蒸發(fā)器和節(jié)熱器；由于冷卻機廢氣粉塵為熟料顆粒，粘附性不強，除塵方式采用自然沉降不使用機械振打裝置，在AQC鍋爐之前設置了旋風筒，降低熟料粉塵對鍋爐的影響。
在窯尾預熱機設置SP鍋爐（每套窯各一套），SP鍋爐采用垂直管式強制循環(huán)鍋爐，帶汽水鼓，廢氣水平方向通過鍋爐，鍋爐依廢氣流向依次只設過熱器和蒸發(fā)器，以使鍋爐出口廢氣溫度能達到250℃，用于原料干燥；預熱機廢氣粉塵為生料粉，粘附性較強，故SP鍋爐設置機械振打裝置來解決粉塵附著的問題。為充分回收熱能，系統(tǒng)配置了高、低壓閃蒸器，采用能使用不同壓力和溫度參數(shù)的汽輪機。其中一、二號水泥生產線配置一套高、低壓閃蒸器，而三號水泥生產線又配置一套高、低壓閃蒸器，采并聯(lián)方式運行。閃蒸技術在水位控制方面較復雜，尤其在三套窯共用一套渦輪發(fā)電機時互相影響的因素就更多了，但本系統(tǒng)采用了高度自動化控制系統(tǒng)，且完全掌控三套蒸汽共推一套渦輪發(fā)電機的復雜控制問題。其簡要流程圖如下（圖一）：
圖一
二、實際操作及改善措施
目前國內在水泥生產線余熱發(fā)電技術也較成熟，一般的水泥生產線余熱發(fā)電站配置情況基本是一條水泥生產線配一套渦輪機及發(fā)電機，或者是兩條水泥生產線配一套渦輪機及發(fā)電機，很少有三條水泥生產線配一套渦輪機及發(fā)電機，而本公司的余熱發(fā)電站就是將三條水泥生產線共配一套渦輪機及發(fā)電機，并且為了充分降低窯頭的廢氣溫度，增設了兩套高、低壓閃蒸器來輔助發(fā)電。我們通過在從兩條水泥生產線配一套渦輪機及發(fā)電機的配置運行操作到今天的三條水泥生產線配一套渦輪機及發(fā)電機系統(tǒng)的操作中得出許多實踐操作經驗，現(xiàn)就操作方面有如下幾種情況以及相應的應變方式：
第一種為閃蒸器管路內的水錘現(xiàn)象：
在水泥生產線上的余熱發(fā)電站比較容易發(fā)生水錘現(xiàn)象的應該是在補水管路內。就本廠而言，就是當#1AQC或#2AQC鍋爐停爐時，其本身節(jié)熱器出口水溫會逐步下降，而另外一套AQC鍋爐正常運轉中，使得進入#1高壓閃蒸器的兩條管路水溫相差越來越大，在冷、熱水相遇時就會發(fā)生水錘現(xiàn)象,對此本公司在節(jié)熱器到#1高壓閃蒸器控制閥前各安裝一電動閥做自動控制排低溫水至冷凝器,即回收了冷凝水，且確保了沒有水錘現(xiàn)象發(fā)生。具體流程如下（圖二）中151.17、151.18和351.17馬達控制閥所示。
第二種為配合三號窯鍋爐并入增加#2高、低壓閃蒸器之后的水位控制問題：
原#1、#2水泥生產線的蒸汽共推一套渦輪機的配置，加上第三條水泥生產線的蒸汽并入，使得控制方面更是錯綜復雜，特別是配合#3AQC節(jié)熱器而增設的#2高、低壓閃蒸器的水位控制。當只有第一和第二條水泥生產線時，鍋爐給水泵的水源只有#1低壓閃蒸器和真空冷凝器兩處，所以只要用控制閥（LV422）來控制#1低壓閃蒸器的水位即可達到整個水系統(tǒng)的穩(wěn)定?？刂崎y（LV422）的控制原理為：當#1低壓閃蒸器的水位低于設定值時，自動調節(jié)控制閥LV422開大點，使得鍋爐給水泵的水源從真空冷凝器處來較多，從而保持#1低壓閃蒸器水位達到穩(wěn)定效果。加入#2高、低壓閃蒸器之后，鍋爐給水泵的水源就多了#2低壓閃蒸器，而控制閥LV452的控制原理如同控制閥LV422一樣。也就是控制閥LV422控制#1低壓閃蒸器水位，而控制閥LV452控制#2低壓閃蒸器水位。這樣的話使得#1、#2低壓閃蒸器的水位永遠在忽高忽低的頻繁變化，導致整個余熱發(fā)電站的水位都無法自動控制。本公司經試驗將控制閥LV452保持在全關不做自動控制用，只有通過一個控制閥LV422來調節(jié)#1低壓閃蒸器水位，而#2低壓閃蒸器的水位隨#1低壓閃蒸器水位升降，即靠補水連通管取得平衡達到水位控制。具體流程如下（圖二）所示。
第三種為#2高壓閃蒸器內部壓力的建立及水位控制：
在三條水泥生產線均正常運轉時，對應的余熱發(fā)電站各鍋爐也能正常運轉，但當?shù)谌龡l水泥生產線需要停修而再重新開機時，對應的#2高壓閃蒸器水位控制就較困難。因為在#1、#2低壓閃蒸器有了直接連通的管路，使#1、#2低壓閃蒸器內部壓力相等，這時#2低壓閃蒸器內部壓力就大于#2高壓閃蒸器,因無法形成正常補水回路致#2高壓閃蒸器水位無法建立，所以在#2高壓閃蒸器內部壓力沒有大于#2低壓閃蒸器時，其水位無法自動控制。故在第三條水泥生產線開機時，須利用旁路控制閥（LV431b）直接排放到真空冷凝器的管路來調節(jié)#2高壓閃蒸器水位,通過節(jié)熱器出口水溫的上升，再經過#2高壓閃蒸器循環(huán)加熱，使#2高壓閃蒸器內部壓力逐步上升到大于#2低壓閃蒸器時，將排放到真空冷凝器的控制閥LV431b關閉,讓#2高壓閃蒸器水位由控制閥LV431a經#2低壓閃蒸器自動控制。通過#3AQC節(jié)熱器出口水溫度不斷地提高，至#2高壓閃蒸器內部壓力繼續(xù)上升到正常值，完成#2高壓閃蒸器的壓力建立。具體流程如下（圖二）所示。
圖二
三、總結
綜上所述，閃蒸復合發(fā)電技術是一種能量最大限度地利用，也是將常規(guī)發(fā)電站無法利用的部分低品質低溫熱能，通過閃蒸系統(tǒng)生產出飽和蒸汽，與過熱蒸汽一起進入多參數(shù)混合渦輪機作功發(fā)電，從而增加余熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率。并且本公司為節(jié)約成本，在原二條水泥生產線的熱氣供一渦輪機發(fā)電的基礎上再增加第三條水泥生產線的熱氣合并發(fā)電，更加充分地利用了有限的能源,在操作上通過多次實際證明完全可以控制以上情況的發(fā)生。同時我們也相信通過廣大專家不斷地現(xiàn)場實踐和摸索總結出更多的經驗，將來的水泥生產線上余熱發(fā)電站在工藝和自動化控制方面都有著不可估量的發(fā)展前景。
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