CN100451519C - 一种用于新型干法水泥生产线的余热发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于新型干法水泥生产线的余热发电系统，包括熟料冷却机、AQC余热锅炉、水泥回转窑、水泥回转窑窑头罩、三次风风管、水泥预热器、水泥预分解炉、SP余热锅炉、风机、除氧器、冷凝器与汽轮机发电机组；其中，三次风风管位于水泥回转窑窑头罩与水泥预分解炉之间，水泥回转窑窑头罩与熟料冷却机连通；其特点为：在三次风风管的管路上设一带有旁路风管的三次风余热锅炉，该三次风余热锅炉的工质入口端通过管路分别与AQC余热锅炉和SP余热锅炉连接，其工质出口端与汽轮发电机组连接。其可充分汲取该生产线的工艺余热，提供符合汽轮发电机组发电的过热蒸汽，水泥吨熟料发电量超过40kwh，易于推广实施。
Description
一种用于新型干法水泥生产线的余热发电系统
技术领域
本发明涉及一种用于新型干法水泥生产线的余热发电系统，属水泥生产废气处理 和余热综合利用领域。 背承技术
目前国内、外通常采用的新型干法水泥生产线纯低温余热发电系统都是利用从现 有水泥生产线窑头篦冷机冷却风抽风口抽出的热风，和由一级预热器排出的烟气的热 量，通过余热锅炉变成水蒸气的内能，用五十年代的汽水循环系统，驱动汽轮发电机 发电；但由于现有的新型干法水泥生产线中，窑头余热锅炉与窑尾余热锅炉对排出的 高温烟 气未进行分级利用，还存在有漏风、气流分布不均、传热器积灰、积垢的问题， 因此，只能产生低压力、低温度参数的蒸汽，汽轮发电机效率低，单位热能发电量低； 利用这种新型干法水泥窑纯低温余热发电的吨熟料发电能力一般在26〜28kwh,具有 先进水平的日本技术的吨熟料发电能力也只能达到33〜38kwh。 发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种对现有的新型干 法水泥生产线进行改造，充分利用水泥生产的余热，在保证水泥产量与质量不降低的 同时，可提高发电能力的新型干法水泥生产线余热发电系统和发电方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下： 一种用于新型干法水泥生产
线的余热发电系统，它包括熟料冷却机、AQC余热锅炉、水泥回转窑、水泥回转窑窑 头罩、三次风风管、水泥预热器、水泥预分解炉、SP余热锅炉、风机、除氧器、冷凝 器与汽轮机发电机组；其中，三次风风管在水泥回转窑窑头罩与水泥预热器的分解炉 之间；水泥回转窑窑头罩与熟料冷却机连通；其特征在于：在所述三次风风管的管路 上设置有一带有旁路风管的三次风余热锅炉，该三次风余热锅炉的工质入口端通过管 路分别与所述AQC余热锅炉和所述SP余热锅炉连接，其工质出口端与所述汽轮发电 机组连接。
上述的三次风余热锅炉的热风入口端经所述三次风风管与所述窑头罩连通，其热 风出口端经所述三次风风管与所述水泥预分解炉相接。
与上述三次风余热锅炉并联且与该三次风余热锅炉两侧的三次风风管相接的旁路 风管，该旁路风管上设有风管阀门。
上述的三次风余热锅炉内设置有三次风除尘器与过热器，其中，三次风除尘器位
于该三次风余热锅炉的热风入口处，过热器位于该三次风除尘器与所述三次风余热锅 炉的出口之间的炉腔内。
上述的熟料冷却机为篦式冷却机，其内腔相对于该篦床的零压点处固接一矩形隔 断，该隔断左、右、上三边与所述篦式冷却机内腔固接，其下部悬空，所述隔断的下
边缘与所述篦床上表面的距离位于所述篦式冷却机内腔高度的1/3--2/3处；位于该隔 断至所述水泥回转窑窑头罩之间的一侧壁上开设有一与所述AQC余热锅炉连通的抽风
[J 。
上述的风机由机壳、内旋转轴及设置于内旋转轴上的叶片组成；叶片为多片同轴 设置，多个叶片分别与所述内旋转轴圆心之间设有小于90"的夹角，所述叶片外边缘 与其内旋转轴外边缘固接，两侧固接有挡风端板，所述叶片沿其宽度方向向上堆焊， 堆焊厚度为3-10 mm;所述机壳内壁进风口与出风口处分别设有挡风隔条，该挡风隔 条沿环向堆焊，其堆焊厚度为3-IO誦。
上述的AQC余热锅炉与所述SP余热锅炉的锅炉本体底部分别设置有省煤器，所述 省煤器两端分别设置有进水、出水的集箱，中部设有过水箱；进水集箱与出水集箱相 对的内侧分别开设有多排水管，与进水集箱的多排水管并接一进水管，与出水集箱的 多排水管并接一出水管；过水箱内安装有多排规则弯曲盘旋的对流管，该对流管的两 端分别与所述进水集箱与所述出水集箱内设的多排水管对接。
上述的省煤器分别由自下而上重叠设置的低温省煤器与高温省煤器组成，所述低 温省煤器的进水管与所述冷凝器连通，其出口管与所述除氧器入口连通，该除氧器出 口通过管路连通所述高温省煤器的进水管，该进水管经高温省煤器内多排水管连通的 出水管与所述锅炉本体上部设置的汽包下部的入口连通，该汽包下部出口通过管路与 所述锅炉内腔连通；所述锅炉本体顶端设有出口，该出口经管路与所述汽包上侧的入 口相接，该汽包上侧出口与所述三次风锅炉连接。
上述的AQC余热锅炉与所述SP余热锅炉的锅炉本体底部分别设置有省煤器，所述 省煤器两端分别设置有进水、出水的集箱，中部设有过水箱；进水集箱与出水集箱相 对的内侧分别开设有多排水管，与进水集箱的多排水管并接一进水管，与出水集箱的 多排水管并接-一出水管；过水箱内安装有多排规则弯曲盘旋的对流管，该对流管的两 端分别与所述进水集箱与所述出水集箱内设的多排水管对接。
上述的省煤器分别由自下而上重叠设置的低温省煤器与高温省煤器组成，所述低 温省煤器的进水管与所述冷凝器连通，其出口管与所述除氧器入口连通，该除氧器出 口通过管路连通所述高温省煤器的进水管，该进水管经高温省煤器内多排水管连通的 出水管与所述锅炉本体上部设置的汽包下部的入口连通，该汽包下部出口通过管路与 所述锅炉内腔连通；所述锅炉本体顶端设有出口，该出口经管路与所述汽包上侧的入 口相接，该汽包上側出口与所述三次风锅炉连接。
本发明采用上述技术方案后，其有益效果如下：1、将三次风风管一端连接于水泥 回转窑的窑头罩，通过在三次风风管的管路上加设的三次风余热锅炉，将窑头罩排出
的85(TC高温烟气与从AQC余热锅炉、SP余热锅炉汽包上部排出的饱和蒸汽在三次风 余热锅炉内，进行热交换；进行热交换后烟气降温至75(TC成中温烟气，然后由三次 风余热锅炉的出口排出，经三次风风管送入水泥预分解炉，满足水泥生产需要。2、 为了提高窑头AQC余热锅炉、窑尾SP余热锅炉余热的利用率，分别在AQC余热锅炉、 SP余热锅炉炉底加设省煤器，省煤器由低温省煤器与高温省煤器自下而上重叠设置， 充分汲取新型干法水泥生产线的工艺余热，生产饱和蒸汽和/或过热蒸汽，解决了现 有技术中AQC余热锅炉与SP余热锅炉中高温烟气利用率低的问题，提高了干法水泥 纯低温余热的利用效率和输出电功率，吨熟料发电量可达40kwh以上。3、为了保证 该发电系统能够高效率运转，在三次风风管上再加设一个与三次风余热锅炉并联设置 的带有开关阀门的旁路风管，三次风余热锅炉正常工作时，旁路风管关闭； 一旦该锅 炉发生故障停炉检修时，旁路风管开启，保证了水泥生产系统的正常运转。4、经过 对窑头风机与窑尾风机的改造，加大了原叶片的长度，对在风机进风口与出风口机壳 内壁设置的挡风隔条加高，减少了叶片与风机内壳之间的间距，降低了叶片旋转时的 风阻力，有效提高了风机的送风及引风的流量和风压，降低了能耗，提高了风机的使 用寿命。5、通过对篦式冷却机内腔的改造，在斜台阶式篦床的零压点处固接一矩形 隔断，该隔断左、右、上三边与所述篦式冷却机内腔固接，其下部悬空，隔断的下边 缘距所述篦床上表面的距离占所述篦式冷却机内腔高度的1/3-2/3处，在此隔断至水 泥回转窑窑头罩之间的篦式冷却机一侧壁上开设有一与AQC余热锅炉连通的抽风口， 将高温烟气与低温烟气分别利用，可实现余热能量分级的目标。 附图说明
图1为本发明发电系统的联接结构示意图 图2为三次风余热锅炉的结构示意图
图3为省煤器与AQC余热锅炉和SP余热锅炉的安装结构示意图 图4为熟料冷却机隔断安装位置示意图 具体实滩方式
如图K图3所示，本发明由熟料冷却机l、水泥回转窑2、水泥预热器3、水泥 预分解炉3'、三次风风管4、三次风余热锅炉5、旁路风管6、 SP余热锅炉7、引风 机8、除氧器9、 AQC余热锅炉IO、窑头电收尘器n、引风机12、汽轮机13、发电
机14、冷凝器15、水泥回转窑窑头罩19组成。
其中，水泥回转窑2出料端通过水泥回转窑窑头罩19与熟料冷却机1的入料端 连接，入料端与水泥预分解炉3'连接，AQC余热锅炉10与熟料冷却机1 一侧壁上开 设的抽气口 21相接；SP余热锅炉7与水泥预热器3的末级出口废气管道相接；AQC 余热锅炉10的工质出口端和SP余热锅炉7的工质出口端分别通过各自管路与三次风 余热锅炉5连接；三次风风管4相邻且平行于水泥回转窑2设置，三次风风管4的一 端与水泥回转窑2的窑头罩19连通，另一端与水泥预分解炉3'连通，三次风余热锅 炉5安装于三次风风管4的管路上；与三次风余热锅炉5并联安装有一带有阀门的旁 路风管6;
在AQC余热锅炉10和SP余热锅炉7的中下部均加设有低温省煤器17与高温省煤 器16;位于AQC余热锅炉IO底部的低温省煤器17的烟气排出口通过管路与窑头电收 尘器11连通，排出的烟气经该收尘器收尘后排入大气：位于SP余热锅炉7底部的低 温省煤器17的烟气排出口与窑尾风机8相接。
低温省煤器17与高温省煤器16的内部结构相同，均设有进水、出水的集箱以及 中部相接的过水箱，进水、出水的集箱分别安装于过水箱的两端；进水集箱与出水集 箱与过水箱相接的一面分别开设有多排水管，与进水集箱的多排水管并接一主进水 管，与出水集箱的多排水管并接一出水管；过水箱内安装有多排规则弯曲盘旋设置的 对流管，该对流管的两端分别与进水集箱与所述出水集箱内设的多排水管对接。
低温省煤器17的工质入口位于底部一端，该入口通过管路与冷凝器15连通，工 质出口端通过管路连通除氧器9,经过除氧器9处理过的水流经给水泵送入各余热锅 炉的高温省煤器16底部入口，高温省煤器16的出口通过管路与锅炉的汽包18下部 连接，经汽包下部的出口通过管路送入锅炉炉体内，流经锅炉炉体内设管路的水与由 锅炉炉体上侧入口排入的高温烟气进行热交换，烟气温度下降，生成的饱和蒸汽由锅 炉炉体顶部的出口经管路再返回汽包上部，经由该汽包上部的出口通入三次风余热锅 炉5;位于该低温省煤器17底部另一端开设有一烟气排出口，该排出口分别连接窑头 电收尘器11和窑尾高温风机8。
三次风余热锅炉5的工质入口端分别连接于AQC余热锅炉和SP余热锅炉的汽包， 其工质出口端为主蒸汽出口 ，该主蒸汽出口通过管路与汽轮发电机组的主蒸汽阀门连 接，主蒸汽阀门连接汽轮机13，汽轮机13连接发电机14;蒸汽在汽轮机13内进行 能量转换，汽轮机13驱动发电机14进行发电；做功后的乏汽进入冷凝器，凝结水 经由管道分别通过AQC余热锅炉10与SP余热锅炉7内置的低温省煤器17进入除 氧器9。
如图2所示，三次风余热锅炉5炉体内依次设置有三次风除尘器52、高温过热器
53与低温过热器54，其中，三次风除尘器52位于该三次风余热锅炉5的烟气进口处， 低温过热器54位于该三次风余热锅炉5的烟气出口端，高温过热器53与低温过热器 54均由规则的蛇状排管弯曲设置而成，AQC余热锅炉10的出口端与SP余热锅炉7的 出口端分别通过管路与低温过热器54入口端连通，低温过热器54与高温过热器53 之间还连接一减温器55;高温过热器53的出口端为上述的主蒸汽出口，该主蒸汽出 口通过管路经主蒸汽阀门与汽轮机13连接。
三次风除尘器52的作用：是将三次风中所携带的大量熟料颗粒或粉尘进行除尘， 减少由水泥回转窑窑头罩19排出的高温烟气经三次风风管4通过三次风余热锅炉5 时，内含的颗粒在高速流动状态下，对三次风余热锅炉5内部构件的冲刷腐蚀。
如图4所示，熟料冷却机1采用篦式冷却机，该篦式冷却机的侧面开设有一与窑 头电收尘11连通的抽风口，其内腔底部为斜台阶式篦床，相对于该篦床的零压点处 固接一矩形隔断20，该隔断20左、右、上三边与篦式冷却机内腔固接，其下部悬空， 隔断20的下边缘与篦床上表面的距离位于篦式冷却机内腔高度的1/3-2/3处，将进 入篦式冷却机内部的高温烟气与低温烟气分别利用，实现了余热能量分级利用的目 标。
为了提高叶片的使用寿命，提高工作效率，本发明对风机叶片与风轮内壁进行了 改造；如图1所示，窑头风机12与窑尾高温风机8都是由机壳、内旋转轴及设置于 内旋转轴上的叶片组成；叶片为多片同轴设置，多个叶片分别与内旋转轴圆心之间设 有小于90°的夹角，叶片外边缘与其内旋转轴外边缘固接，其内边缘距中心轴留有空 隙，叶轮两侧固定有端板。在其两侧端板不变的情况下，沿风机叶片的宽度方向上堆 焊3—10mm与叶片同样材质的焊道，并保持叶片角度不变，提高风压，增加风机效率-, 在原有的挡风隔条上沿环向堆焊3—10mm厚的焊道，将挡风隔条加高，减小叶轮与壳 体间隙，以改变进风口角度，縮小出风口面积，相应增大风机风压，提高效率。改造 后的风机叶片，需对叶轮动平衡重新调整。
本发明的工作原理如下：
在现有的新型干法水泥生产线纯低温余热发电系统中，将三次风风管一端连接于 水泥回转窑的窑头罩中，窑头罩与熟料冷却机连通，在三次风风管上安装一三次风余 热锅炉，由水泥回转窑窑头罩排出的高温烟气直接经过三次风风管进入三次风余热锅 炉，烟气通过三次风余热锅炉后温度降至750°C，再由三次风风管送入水泥预分解炉 中。利用三次风余热锅炉、与熟料冷却机连接的AQC余热锅炉、与水泥预热器连接的 SP余热锅炉以及除氧器等构成的汽水循环回路，生产过热蒸汽送入汽轮发电机组，用
于发电。
本发明所有的余热锅炉的温降均由水泥生产排出的高温烟气与水或蒸汽换热形成的。
汽水循环产生过热蒸汽的过程如下：来自三次风余热锅炉蒸汽在汽轮机中膨胀做 功后，蒸汽排入冷凝器凝结成水，凝结水从冷凝器出来，通过凝结水泵分别进入AQC 余热锅炉低温省煤器和SP余热锅炉低温省煤器中，从AQC余热锅炉和SP余热锅炉低 温省煤器出来的低压给水送入除氧器，经除氧器除氧并经电动给水泵升压后分别进入 AQC余热锅炉和SP余热锅炉高温省煤器。从高温省煤器出来的水分别送入其余热锅炉 自带的汽包下部，然后进入该余热锅炉的蒸汽受热面生成饱和蒸汽；AQC余热锅炉和 SP余热锅炉产生的饱和蒸汽经汽包上部再分别通过管路送至三次风余热锅炉，经三次 风余热锅炉的低温过热器、减温器及高温过热器加热产生过热蒸汽，过热蒸汽经蒸汽 出口送入汽轮机推动发电机发电。三次风余热锅炉需要有部分的除氧器补水经减温器 补充三次风余热锅炉用水，以保证生产符合汽机工作的参数合理的蒸汽。
在AQC余热锅炉与SP余热锅炉的炉腔内高温烟气由顶部进入，烟气下沉，对设置 于各余热锅炉底部的高温省煤器与低温省煤器经除氧器与汽包内循环流过的冷凝水 加热生成饱和蒸汽，饱和蒸汽经各余热锅炉的汽包出口沿管道送入三次风余热锅炉： 循环流动的冷凝水经除氧器除去水中的氧离子，再送入高温省煤器内，产生饱和蒸汽， 循环往复，不断产生饱和蒸汽；由汽包送出的饱和蒸汽管道送入三次风余热锅炉，经 三次风余热锅炉内设的低温过热器、高温过热器管道的饱和蒸汽，与由三次风管送入 三次风余热锅炉的高温烟气进行热交换，使饱和蒸汽的温度不断升高，最终达到发电 所需的热功率，汽水循环的工质压力可以提高至次中压，送入汽轮发电机组实现发电； 其中窑头锅炉排烟温度可降低到100。C，窑尾锅炉排烟温度到18(TC,三次风锅炉排 烟温度降低到750'C。
本发明在三次风管的管路上，与余热锅炉并联设置一旁路风管，其作用： 一是通 过该旁路风管上设置的阀门开关可调节三次风流量，以控制三次风余热锅炉的负荷；
二是当三次风余热锅炉出故障需要检修时，通过开启旁路风管的阀门将三次风引入旁 路风管进入分解炉中，而不影响水泥生产系统的正常运转。
同理，在现有的AQC余热锅炉与SP余热锅炉外侧均可设有旁路风管，在所用余热 锅炉因事故检修需要停炉时，废气可由旁路通过，保证了水泥生产系统的正常运转。
Claims (10)
1、 一种用于新型干法水泥生产线的余热发电系统，它包括熟料冷却机、AQC余热 锅炉、水泥回转窑、水泥回转窑窑头罩、三次风风管、水泥预热器、水泥预分解炉、 SP余热锅炉、风机、除氧器、冷凝器与汽轮机发电机组；其中，三次风风管在水泥回 转窑窑头罩与水泥预热器的分解炉之间；水泥回转窑窑头罩与熟料冷却机连通；其特 征在于：在所述三次风风管的管路上设置有一带有旁路风道的三次风余热锅炉，该三 次风余热锅炉的工质入口端通过管路分别与所述AQC余热锅炉和所述SP余热锅炉连 接，其工质出口端与所述汽轮发电机组连接。
2、 如权利要求1所述的用于新型干法水泥生产线的余热发电系统，其特征在于-所述三次风余热锅炉的热风入口端经所述三次风风管与所述窑头罩连通，其热风出口 端经所述三次风风管与所述水泥预分解炉相接。
3、 如权利要求2所述的用于新型干法水泥生产线的余热发电系统，其特征在于-与所述三次风余热锅炉并联且与该三次风余热锅炉两侧的三次风风管相接的旁路风 管，该旁路风管上设有风管阀门。
4、 如权利要求1或2或3所述的用于新型干法水泥生产线的余热发电系统，其特 征在于：所述三次风余热锅炉内设置有三次风除尘器与过热器，其中，三次风除尘器 位于该三次风余热锅炉的热风入口处，过热器位于该三次风除尘器与所述三次风余热 锅炉的出口之间的炉腔内。
5、 如权利要求1所述的新型干法水泥生产线余热发电系统，其特征在于：所述熟料冷却机为篦式冷却机，其内腔相对于该篦床的零压点处固接一矩形隔断，该隔断左、 右、上三边与所述篦式冷却机内腔固接，其下部悬空，所述隔断的下边缘与所述篦床上表面的距离位于所述篦式冷却机内腔高度的1/3-2/3处；位于该隔断至所述水泥回转窑窑头罩之间的一侧壁上开设有一与所述AQC余热锅炉连通的抽风口 。
6、 如权利要求1所述的新型干法水泥生产线余热发电系统，其特征在于：所述风 机由机壳、内旋转轴及设置于内旋转轴上的叶片组成；叶片为多片同轴设置，多个叶 片分别与所述内旋转轴圆心之间设有小于90°的夹角，所述叶片外边缘与其内旋转轴 外边缘固接,两侧固接有挡风端板，所述叶片沿其宽度方向向上堆焊，堆焊厚度为3-10 mm;所述机壳内壁进风口与出风口处分别设有挡风隔条，该挡风隔条沿环向堆焊，其 堆焊厚度为3-lOmra。
7、 如权利要求1或2或3或5或6所述的新型干法水泥生产线余热发电系统，其`特征在于：所述AQC余热锅炉与所述SP余热锅炉的锅炉本体底部分别设置有省煤器，所述省煤器两端分别设置有进水、出水的集箱，中部设有过水箱；进水集箱与出水集箱相对的内侧分别开设有多排水管，与进水集箱的多排水管并接--进水管，与出水集箱的多排水管并接一出水管；过水箱内安装有多排规则弯曲盘旋的对流管，该对流管 的两端分别与所述进水集箱与所述出水集箱内设的多排水管对接。
8、 如权利要求7所述的新型干法水泥生产线余热发电系统，其特征在于：所述省煤器分别由自下而上重叠设置的低温省煤器与高温省煤器组成，所述低温省煤器的进 水管与所述冷凝器连通，其出口管与所述除氧器入口连通，该除氧器出口通过管路连 通所述高温省煤器的进水管，该进水管经高温省煤器内多排水管连通的出水管与所述 锅炉本体上部设置的汽包下部的入口连通，该汽包下部出口通过管路与所述锅炉内腔连通：所述锅炉本体顶端设有出口，该出口经管路与所述汽包上侧的入口相接，该汽 包t侧出口与所述三次风锅炉连接。
9、 如权利要求4所述的所述的新型干法水泥生产线余热发电系统，其特征在于： 所述AQC余热锅炉与所述SP余热锅炉的锅炉本体底部分别设置有省煤器，所述省煤 器两端分别设置有进水、出水的集箱，中部设有过水箱；进水集箱与出水集箱相对的 内侧分别开设有多排水管，与进水集箱的多排水管并接一进水管，与出水集箱的多排 水管并接一出水管；过水箱内安装有多排规则弯曲盘旋的对流管，该对流管的两端分别与所述进水集箱与所述出水集箱内设的多排水管对接。
10、 如权利要求9所述的新型干法水泥生产线余热发电系统，其特征在于：所述 省煤器分别由自下而上重叠设置的低温省煤器与高温省煤器组成，所述低温省煤器的 进水管与所述冷凝器连通，其出口管与所述除氧器入口连通，该除氧器出口通过管路 连通所述高温省煤器的进水管，该进水管经高温省煤器内多排水管连通的出水管与所 述锅炉本体上部设置的汽包下部的入口连通，该汽包下部出口通过管路与所述锅炉内腔连通；所述锅炉本体顶端设有出口，该出口经管路与所述汽包上侧的入口相接，该A包上侧出口与所述三次风锅炉连接。
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