CN102080582A - 一种水泥窑自备电站燃煤发电与余热发电耦合系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥窑自备电站燃煤发电与余热发电耦合系统，包括燃煤锅炉、窑头余热锅炉、窑尾余热锅炉、窑头汽包、窑尾汽包、凝汽式汽轮机、凝结水泵、加热器、除氧器、给水泵以及相关辅助设备。其中窑头余热锅炉采用双压系统，低压系统的一级省煤器做为余热发电的公共省煤器，高压蒸汽与窑尾余热锅炉产生的蒸汽汇集到余热发电系统主蒸汽管道，主蒸汽管道一路与余热发电系统汽轮机相接，另一路与燃煤汽轮机非调抽汽相接，燃煤机组的主蒸汽管道一路与燃煤汽轮机相接，另一路与余热汽轮机相接。本发明科学的耦合了燃煤发电与余热发电系统，解决了水泥窑余热发电系统稳定性差的问题，并较大幅度地提高了自备电站整个热力循环的循环效率。

Description

一种水泥窑自备电站燃煤发电与余热发电耦合系统

技术领域

本发明涉及自备电站燃煤发电与余热发电耦合系统，特别适合于需要建设自备电站，同时需要回收水泥窑窑头、窑尾的余热用来发电的系统。

背景技术

水泥窑余热发电系统主要有单压、双压、闪蒸三种系统，其热回收效率不同，经过实践运行及计算比较来看，双压系统比单压系统发电量增加大约1.5%～1.9%，机组热效率增加约1.7%。即双压系统的热回收率高一些，所以采用双压系统较多。

对于闪蒸系统而言，与单压系统相比，热利用率也稍高，双压和闪蒸都可以降低窑头锅炉的排烟温度，且都能适应窑头工况的波动。闪蒸系统在主厂房设置闪蒸器，利用窑头锅炉省煤器出水温度的变化，调节进入闪蒸器的热水流量，从而降低窑头锅炉的排烟温度、适应窑头工况的变化。双压是在窑头锅炉低温段设置低压汽包、低压过热器，当窑头工况波动的时候，根据低压蒸汽压力调节进入汽轮机的补汽流量，从而降低窑头锅炉的排烟温度、适应窑头工况的变化。但闪蒸系统产生含有一定的湿度的饱和蒸汽进入汽轮机做功发电，双压系统产生低压过热蒸汽做为补汽进入汽轮机做功发电。综合考虑运行费用，系统的复杂性以及闪蒸系统对汽轮机的转子、叶片要求较高，所以一般采用双压系统。但目前使用双压系统余热汽轮机一般都采用补汽式汽轮机，即低压汽包产生的蒸汽作为汽轮机的补汽，这对于单压汽轮机来说结构变的更复杂，初投资增多，操作难度加大。

对于常规燃煤机组发电系统的汽轮发电机组，一般采用抽汽加热给水的回热系统，可以减少热源损失、提高汽轮机机组的循环热效率及热经济性，如果能减少汽轮机的非调抽汽，又能提高燃煤机组发电系统的给水温度，这对提高燃煤发电系统的效率有极大的提高。

对于单独的水泥窑余热发电系统和常规的燃煤机组发电系统热力循环相比，水泥窑余热发电系统的热力循环效率要低很多，这主要是由于水泥窑余热发电的蒸汽温度、压力较低等所引起。

由以上论述可知，若能够通过科学地耦合燃煤发电系统和余热发电系统，既能够使余热发电采用双压系统而汽轮机不采取补汽的形式，使余热汽轮机更简单，又能减少燃煤发电系统的非调抽汽，从而提高燃煤发电的循环效率，以致提高整个系统的效率是很有实际意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水泥窑自备电站燃煤发电与余热发电耦合系统，能做到余热资源最大化利用和燃煤发电系统耗煤量最少，可以较大幅度提高整个系统的热力循环效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种水泥窑自备电站燃煤发电与余热发电耦合系统，包括燃煤发电系统、余热发电系统及其他辅助系统，所述燃煤发电系统包括燃煤锅炉、凝汽式汽轮机、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、高压加热器，所述余热发电系统包括窑头余热锅炉、窑尾余热锅炉、窑头汽包、窑尾汽包、减温减压器、凝汽式汽轮机、凝结水泵、锅炉给水泵、加热器、除氧器、中间水箱等，所述窑头余热锅炉采用双压系统，其中低压系统的一级省煤器做为所述余热发电系统的公共省煤器，所述低压系统产生的过热蒸汽与所述燃煤发电系统的除氧器相接，所述窑头余热锅炉的高温省煤器产生的高压蒸汽与所述窑尾余热锅炉产生的蒸汽一起汇集到所述余热发电系统的主蒸汽管道，所述余热发电主蒸汽管道一路与所述余热发电系统的汽轮机相接，另一路与所述燃煤发电系统的汽轮机二段非调抽汽相接，所述燃煤发电系统的的主蒸汽管道一路与所述燃煤发电系统的汽轮机相接，另一路通过减温减压器与所述余热发电系统的汽轮机相接。

其中，水泥窑熟料冷却机中部抽风口与所述窑头余热锅炉的废气进口相接，窑尾预热器的出口与所述窑尾余热锅炉的废气进口相接。窑尾余热锅炉内设有过热器、蒸发器、省煤器，窑头余热锅炉内设有一级省煤器、低压蒸发器、低压过热器、高温省煤器、高温蒸发器、过热器。燃煤锅炉的给水压力由电动给水泵提供，电动给水泵与除氧器相接，电动给水泵的出口与高压加热器相接，经高压加热器加热后水进入燃煤锅炉。燃煤发电系统采用凝汽式汽轮机组，中间进行两段非调抽汽，一段供低压加热用汽，二段供高压加热器和除氧器加热用汽，除氧器另一路与余热锅炉中间水箱相接，通过给水泵接入窑头余热锅炉内的一级省煤器，窑头一级省煤器的出口分三路，一路连接窑头余热锅炉的低压蒸发器，另一路接窑头高温省煤器，再一路与窑尾余热锅炉的省煤器相接，窑头过热器所产的过热蒸汽与窑尾过热器的过热蒸汽汇集到余热发电主蒸汽管道后，与余热发电纯凝汽轮机组相接，窑头低压汽包出来的的蒸汽通入前述燃煤汽轮机系统的二段抽汽管道，燃煤锅炉出来的蒸汽一路与汽轮机相接，另一路通过减温减压器与余热汽轮机组相接。

本发明的目的还可以通过以下技术方案来进一步实现：

上述的一种水泥窑自备电站燃煤发电与余热发电耦合系统，可以在窑尾余热锅炉旁路放风设置一台余热锅炉，其给水来自中间水箱经给水泵后直接分一路进入其省煤器，其产生的过热蒸汽与余热发电系统主蒸汽母管相接，主蒸汽母管道一路与余热系统的发电汽轮机相接，另一路与燃煤发电系统的高压加热器和热力除氧器汽管道相接。

本发明的优点为：（1）将燃煤发电和余热发电两个系统耦合后，余热锅炉产生的低压蒸汽直接供给热力除氧器使用，余热发电系统汽轮机采用纯凝不补汽式汽轮机，相比补汽式汽轮机较简单，又减少了燃煤汽轮机的非调抽汽；余热发电主蒸汽管道和燃煤汽轮机非调抽汽相接，当余热发电汽轮机停止运行时，余热锅炉产生蒸汽提供给高压加热器、热力除氧器使用，因此做到了余热资源最大化利用和燃煤发电系统耗煤量最少，再考虑到该发明系统的稳定性导致的整个热电转换效率的提高，所以该耦合系统比分布式发电系统的热电转换效率得到较大幅度的提高。（2）本发明的耦合系统中，当燃煤发电系统汽轮机在事故状态或检修时，燃煤锅炉可以通过减温减压器将产生的蒸汽提供给余热汽轮机组，提高了整个发电系统的稳定性。（3）与原来的分布式发电系统相比，本发明系统将水泥窑余热发电系统和常规燃煤发电系统耦合，使得除氧器、水处理设备、配电系统及相应的控制系统等设备可供用一套，从而节约一次性投资。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例的结构如图1所示，一种水泥窑自备电站燃煤发电与余热发电耦合系统，包括燃煤锅炉1、燃煤发电凝汽式汽轮机2、凝汽器3、凝结水泵4、低压加热器5、除氧器6、电动给水泵7、高压加热器8、窑尾余热锅炉9、窑尾汽包10、窑头余热锅炉11、窑头低压汽包12、窑头汽包13、 余热汽轮机14、余热发电凝汽器15、余热发电凝结水泵16、中间水箱17、给水泵18、减温减压器19。

下面分以下几个流程来阐述：

(1) 水泥窑废气余热的工作流程：冷空气在水泥窑篦冷机中与熟料换热后形成热空气，热空气经篦冷机上的抽风口进入窑头余热锅炉11，与窑头余热锅炉11内的工质换热后，经除尘器，引风机后通往烟囱排出；窑尾预热器出来的热废气通往窑尾余热锅炉9，与窑尾余热锅炉9内的工质换热后，回收至水泥窑生料磨机和煤磨机等设备进一步利用。

(2) 循环工质在余热锅炉中的工作流程：余热锅炉给水与中间水箱17经给水泵18加压后，进入窑头余热锅炉11中的一级省煤器吸收窑头热空气热量，循环工质在窑头余热锅炉11内的一级省煤器吸收热空气热量后分三路，一路进入进入窑头余热锅炉11的低压汽包12，然后通往低压蒸发器、低压过热器产生低压蒸汽，低压过热蒸汽与燃煤机组的除氧器6相接；二路通向窑头余热锅炉11的高温省煤器，吸热后产生的高压蒸汽汇入余热发电主蒸汽管道；三路通向窑尾余热锅炉9的省煤器，循环工质在窑尾余热锅炉9内吸收热废气的余热后产生蒸汽，汇入余热发电的主蒸汽管道。

(3) 循环工质在燃煤锅炉中的工作流程：燃煤锅炉1给水来自除氧器6，除氧器6与电动给水泵7相接，给水经电动给水泵7加压后，通往高压加热器8加热，加热后的给水通入燃煤锅炉1内吸收燃煤锅炉内燃煤的热量，产生高压过热蒸汽后分两路，一路通向燃煤发电凝汽式汽轮机2，另一路通过减温减压器19与余热汽轮机14相接，以备余热锅炉停止运行时发电。

(4) 循环工质在热工转换中的工作流程：前述的窑头余热锅炉11、窑尾余热锅炉9所产生的过热蒸汽都汇入余热发电主蒸汽管道后，通向余热汽轮机14，此汽轮机采用纯凝不补汽形式，蒸汽在余热汽轮机14中做功，将工质热能转变为余热汽轮机14转子的机械能，再通过发电机将余热汽轮机14转子的机械能转变为电能输送给变电系统。做功后的蒸汽变成乏汽离开余热汽轮机14进入余热发电凝汽器15，在凝汽器15中与循环冷却水换热后形成凝结水，冷却水进入冷却塔将热量传递给环境后循环利用。冷凝水通过余热发电凝结水泵16加压后，通往热力除氧器6除氧，除氧器6与中间水箱17相接。而窑头余热锅炉11的低压汽包12的蒸汽直接供给热力除氧器6使用，减少燃煤汽轮机的非调抽汽，提高整个系统的热力循环效率。燃煤锅炉1产生的过热蒸汽通入燃煤发电汽轮机2后带动汽轮机做功，做功后的蒸汽变成乏汽离开燃煤发电汽轮机2进入凝汽器3，在凝汽器3中与循环冷却水换热后形成凝结水，冷凝水通过凝结水泵4加压后，进入低压加热器5，冷凝水在低压加热器5吸收燃煤发电汽轮机2一段抽汽的热量，经低压加热器5加热后的工质水进入除氧器6除氧，热力除氧器6的热源来自窑头余热锅炉11低压汽包12产生的蒸汽、燃煤发电汽轮机2的二段非调抽汽，工质水经除氧器6除氧后，与电动给水泵7相接，加压后通向高压加热器8，吸收来自燃煤发电汽轮机2的二段抽气的热量，然后送入燃煤锅炉中。通过以上几种方式，完成工质在整个热功转换中的循环。

实施例2：

本实施例的结构如图2所示，分以下几个流程来阐述：

(1) 废气的工作流程如下：在水泥窑窑尾引一根旁路放风管，风量约占整个风量的15%，此风经过急冷室冷却后通入窑尾余热锅炉20，与窑尾余热锅炉20内的工质换热后，回收至水泥窑生料磨机和煤磨机等设备进一步利用。

(2) 循环工质的工作流程：循环工质由中间水箱17后经给水泵18加压，加压后的给水分两路，一路是通往窑头余热锅炉11的一级省煤器，另一路通往窑尾余热锅炉20的省煤器，与窑尾旁路引来的热风换热后产生过热蒸汽，汇入余热发电主蒸汽管，通向余热汽轮机14。其余循环与前述实施例1余热锅炉循环一样，在此不再一一叙述。

综上所述，本发明将水泥窑余热发电与常规燃煤发电机组科学的耦合，与分布式发电系统相比，提高了整个发电系统的热力循环效率及稳定性，为国家的节能减排事业做出了一定的贡献。由于将双重设置的水化学系统、补水系统、除氧系统等合并，厂自用电率会大幅度降低，且维护、检修费用降低，同时生产、管理岗位设置可以适当合并，管理费用也相应得到降低，节约了投资和运行费用。

本发明还可以有其他实施方式，凡采用同等替换或等效替换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (4)

1. 一种水泥窑自备电站燃煤发电与余热发电耦合系统，包括燃煤发电系统、余热发电系统及其他辅助系统，其特征在于：所述燃煤发电系统包括燃煤锅炉、凝汽式汽轮机、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、高压加热器，所述余热发电系统包括窑头余热锅炉、窑尾余热锅炉、窑头汽包、窑尾汽包、减温减压器、凝汽式汽轮机、凝结水泵、锅炉给水泵、加热器、除氧器、中间水箱等，所述窑头余热锅炉采用双压系统，其中低压系统的一级省煤器做为所述余热发电系统的公共省煤器，所述低压系统产生的过热蒸汽与所述燃煤发电系统的除氧器相接，所述窑头余热锅炉的高温省煤器产生的高压蒸汽与所述窑尾余热锅炉产生的蒸汽一起汇集到所述余热发电系统的主蒸汽管道，所述余热发电主蒸汽管道一路与所述余热发电系统的汽轮机相接，另一路与所述燃煤发电系统的汽轮机二段非调抽汽相接，所述燃煤发电系统的的主蒸汽管道一路与所述燃煤发电系统的汽轮机相接，另一路通过减温减压器与所述余热发电系统的汽轮机相接。

2. 如权利要求1所述的一种水泥窑自备电站燃煤发电与余热发电耦合系统，其特征在于：所述余热发电系统的窑头余热锅炉采用双压系统，所述余热汽轮机采用纯凝不补汽机组。

3. 如权利要求1或2所述的一种水泥窑自备电站燃煤发电与余热发电耦合系统，其特征在于：所述燃煤锅炉为循环流化床锅炉或煤粉炉。

4. 如权利要求1或2所述的一种水泥窑自备电站燃煤发电与余热发电耦合系统，其特征在于：所述窑尾余热锅炉为窑尾预热器废气余热锅炉，或者为窑尾预热器废气余热锅炉和旁路放风余热锅炉的组合。

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