一種水泥廠熱功聯產方法
2023-06-18 02:58:16 1
一種水泥廠熱功聯產方法
【專利摘要】本發明公開了一種水泥廠熱功聯產方法，包括步驟：設置鍋爐和背壓式汽輪發電機組；鍋爐產生的蒸汽供給驅動主發電機的背壓式汽輪機；乏汽汽供給凝汽式汽輪機，凝汽式汽輪機帶動各設備運轉；凝汽式汽輪機的乏汽排入凝汽器，凝結水通過凝結水泵升壓後進入熱力站，再送入鍋爐，經加熱後再次成為高壓蒸汽，再送入背壓式汽輪機做功，形成閉式循環；窯頭餘熱鍋爐和窯尾餘熱鍋爐吸收水泥窯窯頭窯尾的排煙溫度，產生蒸汽，蒸汽送入餘熱汽輪機驅動次發電機發電；乏汽送入餘熱鍋爐，產生蒸汽再送入餘熱汽輪機帶動次發電機發電，形成閉式循環。本發明代替水泥廠現有的拖動系統，降低水泥線生產成本，進一步降低企業能耗，實現能源的綜合利用。
【專利說明】一種水泥廠熱功聯產方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於能源利用領域，具體涉及一種水泥廠熱功聯產方法。
【背景技術】
[0002]能源是經濟發展、人民生活必不可少的動力來源，它是人類維持生存的重要資源。無論是開發能源，使各種能源協調發展還是使用能源，節約能源，千方百計提高能源利用效率，降低能源消耗及環境保護用能，都是我國經濟發展的一項長遠戰略方針。
[0003]現階段，隨著企業競爭壓力的不斷增大，生產成本已經成為影響企業生存的決定性因素。因此，隨著用能成本和人力成本的不斷攀升，大量高能耗企業選擇向原料運輸成本低的偏遠地區發展，向綜合成本更低的國外發展。縱觀這些區域，其共同點是地域偏僻，交通不便，經濟落後，人力成本低，電網覆蓋不足或電源供電可靠性無法滿足要求，缺乏企業生存的基本條件，這就迫切需要一種能源技術來解決這些問題。如果單純建設電廠，一方面國內項目受限於國家政策，另一方面，如果企業用電負荷較大，在電網脆弱地區在事故狀態下容易衝擊電網，影響安全。因此，選用熱功聯產技術更適用於企業。
[0004]熱功聯產，是一種新型節能環保技術，伴隨著節能減排政策的貫徹得到蓬勃發展，目前階段主要還是局限應用於電力領域，譬如汽動給水泵和汽動引風機，使電廠廠用電進一步降低，生產能耗降低，取得了不錯的節能效果。如果將熱功聯產技術推廣到其他【技術領域】，一方面可以解決用能不穩定的問題，另一方面可以降低能耗成本，增強企業競爭力。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種水泥廠熱功聯產方法，代替水泥廠現有的拖動工藝，降低水泥線生產成本，進一步降低企業能耗，實現能源的綜合利用。
[0006]為實現以上目的，本發明提供一種水泥廠熱功聯產方法，具體包括如下步驟:
步驟A:將水泥生產系統的大型電機拖動改為蒸汽拖動汽輪機，廠區設置鍋爐和背壓
式汽輪發電機組；
步驟B:鍋爐產生的蒸汽供給驅動主發電機的背壓式汽輪機；
步驟C:背壓式汽輪機做功降壓後的蒸汽供給拖動各風機、磨機的凝汽式汽輪機，凝汽式汽輪機帶動各設備運轉；
步驟D:凝汽式汽輪機的乏汽排入凝汽器，經二次循環水冷卻成凝結水，通過凝結水泵升壓後進入熱力站，匯集後再次升壓，再依次通過冷水加熱器、高壓除氧器、高壓主給水泵送入鍋爐，經加熱後再次成為高壓蒸汽，再送入背壓式汽輪機做功，形成閉式循環；
步驟E:在水泥窯窯頭設置窯頭餘熱鍋爐，窯尾設置窯尾餘熱鍋爐，窯頭餘熱鍋爐和窯尾餘熱鍋爐吸收水泥窯窯頭窯尾的排煙溫度，產生蒸汽，蒸汽送入餘熱汽輪機驅動次發電機發電；
步驟F:餘熱汽輪機乏汽經過升壓、除氧後送入窯頭餘熱鍋爐和窯尾餘熱鍋爐，產生蒸汽，蒸汽再送入餘熱汽輪機帶動次發電機發電，形成閉式循環。[0007]本發明通過將水泥生產系統的大型電機拖動改為蒸汽拖動汽輪機，如水泥粉磨、高溫風機、循環風機、收塵風機等，建設廠區熱力站和背壓式汽輪發電機組，高壓蒸汽通過背壓汽輪機做功降壓後供給各拖動設備，實現能量的梯級利用；在水泥生產線設置窯頭餘熱鍋爐和窯尾餘熱鍋爐，產生蒸汽再進入餘熱式汽輪機組，實現能源的綜合利用。整個系統都在利用化石燃料產生的一次能量，與使用二次電能轉化的傳統方案相比，系統更節能、環保，穩定性更好。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0009]圖1:本發明的系統配置圖；
圖2:本發明的平面布置圖；
圖中:1為鍋爐，2為背壓式汽輪機，3為主發電機，4為凝汽式汽輪機，5為窯頭餘熱鍋爐，6為窯尾餘熱鍋爐，7為餘熱汽輪機，8為次發電機，9為背壓式汽輪發電機組，10為餘熱式汽輪發電機組，11為高壓除氧器，12為真空除氧器，13為高壓主給水泵，14為低壓主給水慄。
【具體實施方式】
[0010]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0011]實施例1:
參照圖1、圖2，本發明提供一種水泥廠熱功聯產方法，具體包括如下步驟:
步驟A:將水泥生產系統的大型電機拖動改為蒸汽拖動汽輪機，廠區設置鍋爐I和背壓式汽輪發電機組9 ；
步驟B:鍋爐I產生的蒸汽供給驅動主發電機3的背壓式汽輪機2 ；
步驟C:背壓式汽輪機2做功降壓後的蒸汽供給拖動各風機、磨機的凝汽式汽輪機4，凝汽式汽輪機4帶動各設備運轉；
步驟D:凝汽式汽輪機4的乏汽排入凝汽器，經二次循環水冷卻成凝結水，通過凝結水泵升壓後進入熱力站，匯集後再次升壓，再依次通過冷水加熱器、高壓除氧器11、高壓主給水泵13送入鍋爐1，經加熱後再次成為高壓蒸汽，再送入背壓式汽輪機2做功，形成閉式循環；
步驟E:在水泥窯窯頭設置窯頭餘熱鍋爐5，窯尾設置窯尾餘熱鍋爐6，窯頭餘熱鍋爐5和窯尾餘熱鍋爐6吸收水泥窯窯頭窯尾的排煙溫度，產生蒸汽，蒸汽送入餘熱汽輪機7驅動次發電機8發電；
步驟F:餘熱汽輪機7乏汽經過升壓、除氧後送入窯頭餘熱鍋爐5和窯尾餘熱鍋爐6，產生蒸汽，蒸汽再送入餘熱汽輪機7帶動次發電機8發電，形成閉式循環。
[0012]本發明實施時，包括拖動子系統和餘熱子系統；拖動子系統包括鍋爐1、驅動主發電機3的背壓式汽輪機2、拖動各風機、磨機的凝汽式汽輪機4,鍋爐I蒸汽出口連接背壓式汽輪機2，背壓式汽輪機2的乏汽出口連接凝汽式汽輪機4，凝汽式汽輪機4的乏汽出口連接凝汽器，凝汽器出口依次連接凝結水泵、冷水加熱器、高壓除氧器11、高壓主給水泵13和鍋爐1，形成閉式循環；餘熱子系統包括水泥窯，水泥窯窯頭設置窯頭餘熱鍋爐5，窯尾設置窯尾餘熱鍋爐6，窯頭餘熱鍋爐5和窯尾餘熱鍋爐6的蒸汽出口連接驅動次發電機8的餘熱汽輪機7，餘熱汽輪機7乏汽口依次連接凝結水泵、真空除氧器12、低壓主給水泵14和窯頭餘熱鍋爐5、窯尾餘熱鍋爐6，形成閉式循環。
[0013]具體包括下述部分:
⑴系統配置；
該系統主要分為拖動子系統和餘熱子系統。
[0014]拖動系統:主要包含燃用化學燃料的鍋爐1、背壓式汽輪發電機組9、拖動各風機、磨機的凝汽式汽輪機4及各主機的輔助系統，其工藝流程為鍋爐I燃用化學燃料產生高溫高壓蒸汽，進入背壓式汽輪機2做功，帶動主發電機組3發電；排汽通過廠區管網進入凝汽式汽輪機4，帶動風機或磨機運行，凝汽式汽輪機4乏汽排入凝汽器，經二次循環水冷卻成凝結水，通過凝結水泵升壓後進入熱力站，匯集後再次升壓，依次通過冷水加熱器、高壓除氧器11、高壓主給水泵13送入鍋爐1，經加熱後再次成為高壓蒸汽，形成介質的閉式循環。
[0015]系統配置如圖1所示，鍋爐I給水為凝汽式汽輪機4凝結水，經過高壓除氧器11加熱和給水泵升壓後供給，產生高溫高壓蒸汽，參數9.81MPa、54(TC，供至背壓式汽輪機2，驅動主發電機3運轉發電，做功後蒸汽參數1.7MPa，經過廠區管架輸送，送入水泥線各拖動裝置，拖動各大型風機及磨機工作，做功後乏汽參數約為8kP左右，進入凝汽器，經循環水冷卻後再送回主廠房，依次進入生產回收水泵、軸封加熱器、凝結水加熱器、高壓除氧器11、高壓主給水泵13，進入鍋爐1，構成拖動系統的工質循環。
[0016]餘熱部分:水泥迴轉窯窯頭排放煙氣溫度達到340°C，窯尾排煙溫度達到320°C，為利用這些能量，設置窯頭餘熱鍋爐5和窯尾餘熱鍋爐6。為將排煙溫度降的更低，窯頭選用雙壓鍋爐，在水泥線運行正常後，水泥窯窯頭餘熱鍋爐5和窯尾餘熱鍋爐6產生蒸汽，窯頭窯尾產汽匯合後進入餘熱汽輪機7，帶動次發電機8發電，餘熱汽輪機7乏汽凝結成水，通過凝結水泵升壓，送入真空除氧器12，再次通過低壓主給水泵14升壓後送入水泥線窯頭餘熱鍋爐5和窯尾餘熱鍋爐6，形成介質的閉式循環。
[0017]水泥線窯頭排放煙氣約為340°C左右，窯尾煙氣溫度約為320°C左右。常規煙氣直接對空排放，不僅造成粉塵和熱汙染，大量的高溫煙氣排放掉，也不符合節能減排的政策要求。因此，在窯頭設置窯頭餘熱鍋爐5，將煙氣排放溫度控制在70°C左右，在窯尾設置窯尾餘熱鍋爐6，接受窯頭來水，將煙氣溫度降低到220°C左右，煙氣再去烘乾石灰石。窯頭窯尾高壓蒸汽混合後供給餘熱汽輪機7做功發電，要求此種汽輪機選用補汽凝汽式汽輪機，在設計時做好合理的工況分析。餘熱汽輪機7做功後乏汽進入凝汽器，經循環水冷卻後，經水泵升壓再送入窯頭餘熱鍋爐5和窯尾餘熱鍋爐6，構成餘熱發電系統。
[0018]⑵電力平衡；
因為此系統主要適用於電網薄弱或不穩定的區域，這就要求系統發電以自發自用為主。因此，要做到用電和發電相匹配，這就要求充分調研水泥線拖動裝置的實際用電負荷和用電特性，在此基礎上做到機組的選擇科學合理。
[0019]⑶主要輔助設備配置；
按照常規的系統配置，拖動系統中每臺鍋爐I應該配置一臺高壓除氧器11和一臺高壓主給水泵13，同時主給水泵應設置一臺公共備用，如三臺鍋爐I需要設置三臺高壓除氧器11，四臺高壓主給水泵13;餘熱系統每條水泥線一般設置窯頭窯尾餘熱鍋爐各一臺，對應一臺餘熱式汽輪發電機組10，其對應輔機也是一臺套，如果有四條水泥生產線，則需要八臺餘熱鍋爐、四臺餘熱汽輪機7、四臺真空除氧器12、五臺低壓主給水泵14，其特點是各自單元運行，調整比較靈活，缺點是系統龐大，設備數量多，布置形式複雜。
[0020]如果將拖動系統和餘熱系統汽輪機組集中布置，問題就會出線，系統共有七臺除氧器、九臺給水泵，如果將這些設備集中布置在一個廠房內，勢必造成除氧框架和汽機房體量龐大，鍋爐則體量偏小，不能做到協調布置，管線拉的距離較遠，也不利於節能。因此，在系統配置時，應結合水泥拖動和水泥窯餘熱鍋爐的運行特性，做到經濟合理。經調研，在拖動負荷設備中，水泥粉磨為間歇性運行，在外界沒有水泥成品需求的情況下基本不起動，主要通過產業鏈下遊各粉磨站實現磨料；循環風機在投料初期負荷大。在掌握這些運行特性後，我們就可以有針對性進行設備選型，對鍋爐I配置三臺高壓主給水泵13和兩臺高壓除氧器11，在水泥磨檢修停運情況下就可滿足水泵及除氧器的檢修機會，確保能滿足機組安全運行的要求。兩條水泥線對應一臺汽輪機，既照顧了運行靈活性又考慮到了經濟運行，相應真空除氧器12和給水泵也進行優化合併，減少設備數量，減小廠房容積和檢修維護成本，又考慮到機組的安全運行。
[0021]設備布置平面圖如圖2所示，廠區共有四條水泥生產線，配置三臺燃煤鍋爐，配置兩臺背壓式汽輪發電機組9 ;兩條水泥線對應一臺餘熱式汽輪發電機組10，共兩臺餘熱式汽輪發電機組10，總裝機容量為70MW，能滿足整個廠區工藝系統負荷要求。按常規來說，三臺鍋爐I應該三臺高壓除氧器11，四臺高壓主給水泵13 ;四條水泥生產線應該配置四臺真空除氧器12，五臺低壓主給水泵14。這種情況下，除氧層需要布置七臺除氧器，廠房內布置九臺給水泵。如圖所示，圖中按五臺除氧器和七臺給水泵進行設置，其長度已經遠遠超出鍋爐和汽輪機等主機設備需要的長度，除氧框架將遠遠超出鍋爐房和汽機房廠房，造成廠房布置很不協調，造成不必要的浪費。因此，在設計過程中，經過不斷摸索出水泥線的運行規律，即拖動功率最大的水泥粉磨是間歇性運行的，為便於運輸，大部分熟料直接運輸走，到產業鏈下遊各粉磨站加工後出售，這樣，就會把粉磨機閒置下來。結合這種情況，為了給高壓除氧器11、真空除氧器12、給水泵檢修機會，我們設想如果一臺高壓除氧器11故障，只剩下一臺運行，我們就可以利用磨機停運的機會進行檢修。此時，燃煤鍋爐和背壓式汽輪機2都處於降負荷運行狀態，孤立運行的除氧器要滿負荷運行，甚至達到極限負荷，滿足系統運行要求，真空除氧器12和給水泵也是通過這種方式實現檢修要求。通過此種布置模式，可以滿足機組安全運行要求，同時不至於造成主廠房布置時太空洞，是一種經濟合理的技術配置方案。
[0022]本發明的有益效果是:⑴解決了水泥生產線用電安全性的問題；(2)降低了主廠房容積；⑶餘熱發電與背壓機組聯合布置，節約了投資K4)運行方便靈活，不受外部環境制約；(5)能耗可大幅降低。[0023]需要說明的是，在本文中，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0024]以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案 進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。
【權利要求】
1.一種水泥廠熱功聯產方法，具體包括如下步驟: 步驟A:將水泥生產系統的大型電機拖動改為蒸汽拖動汽輪機，廠區設置鍋爐和背壓式汽輪發電機組； 步驟B:鍋爐產生的蒸汽供給驅動主發電機的背壓式汽輪機； 步驟C:背壓式汽輪機做功降壓後的蒸汽供給拖動各風機、磨機的凝汽式汽輪機，凝汽式汽輪機帶動各設備運轉； 步驟D:凝汽式汽輪機的乏汽排入凝汽器，經二次循環水冷卻成凝結水，通過凝結水泵升壓後進入熱力站，匯集後再次升壓，再依次通過冷水加熱器、高壓除氧器、高壓主給水泵送入鍋爐，經加熱後再次成為高壓蒸汽，再送入背壓式汽輪機做功，形成閉式循環； 步驟E:在水泥窯窯頭設置窯頭餘熱鍋爐，窯尾設置窯尾餘熱鍋爐，窯頭餘熱鍋爐和窯尾餘熱鍋爐吸收水泥窯窯頭窯尾的排煙溫度，產生蒸汽，蒸汽送入餘熱汽輪機驅動次發電機發電； 步驟F:餘熱汽輪機乏汽經過升壓、除氧後送入窯頭餘熱鍋爐和窯尾餘熱鍋爐，產生蒸汽，蒸汽再送入餘熱汽輪機帶動次發電機發電，形成閉式循環。
【文檔編號】F01K27/00GK103743250SQ201310742195
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】王彥普, 王全根, 張國鵬, 江建剛, 郭幸偉, 童金亮, 項敏, 楊秀軍, 李濤, 王曉燕, 王輝, 曾祥濤, 楊永宏, 王志芹, 姜耀邦, 成璋, 惠麗娟 申請人:陝西大唐新能電力設計有限公司