CN108800961A - 用于水泥窑电站低压补汽的窑筒体蒸汽换热系统及实现方法 - Google Patents

用于水泥窑电站低压补汽的窑筒体蒸汽换热系统及实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于水泥窑电站低压补汽的窑筒体蒸汽换热系统及实现方法。外给水依次通过低压热水段和窑头余热锅炉低压汽包一路通过低压蒸发器进入窑头余热锅炉低压汽包中，另一路经强制循环水泵将水通过与数组窑筒体蒸汽发生器连接的各组调节阀进入窑筒体蒸汽发生器中，将水与回转窑窑筒体热交换后，通过窑头余热锅炉低压汽包汽水分离后，产生的饱和蒸汽经低压过热器送入汽轮机进行补汽；分离出来的饱和水一路再次通过低压蒸发器送入窑头余热锅炉低压汽包中，另一路再次通过强制循环水泵送入余热锅炉低压汽包中，如此往复循环。本系统能够充分回收窑筒体外表面散热损失并将散热转换成低压蒸汽送入汽轮机进行补汽，进而提高了发电能力。

Description

用于水泥窑电站低压补汽的窑筒体蒸汽换热系统及实现方法
技术领域
本发明涉及一种余热电站低压补汽工艺系统，特别涉及一种用于水泥窑电站低压补汽的窑筒体蒸汽换热系统及实现方法。
背景技术
回转窑是对散状物料进行加热处理的热工设备，广泛应用于水泥建材、有色冶金、耐火材料和化工原料等领域，同时，也是一种高耗能设备。目前，在国家节能减排政策的号召下，绝大部分回转窑窑筒体的窑头、窑尾废气余热得以回收利用并取得了可观的经济和环境效益，但对窑筒体外表面的余热损失尚未开展实质性的回收利用。
回转窑筒体外表面温度大部分介于250-380℃之间，每平方米筒体外表面每小时总散热损失在2500~8200Kcal左右。由于窑筒体处于悬空旋转且前后窜动状态、必须保证不影响回转窑的生产及筒体温度检测，因此回收窑筒体外表面热损失技术难度较大，至目前除了部分水泥工厂利用少量的回转窑筒体外表面余热生产热水用于生活用热、供暖外（仅冬季投入使用），并没有充分回收并有效利用窑筒体外表面散热损失。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供了一种用于水泥窑电站低压补汽的窑筒体蒸汽换热系统及实现方法。
其目的是将窑筒体蒸汽发生器产生的低压蒸汽接入窑头锅炉低压系统，用来提高产生低压蒸汽量对汽轮机进行补汽，进而提高发电能力。
本发明为实现上述目的，所采用的具体的技术方案是：一种用于水泥窑电站低压补汽的窑筒体蒸汽换热系统，包括水泥窑余热电站的汽轮机、窑头余热锅炉低压段、窑头余热锅炉低压汽包、回转窑窑筒体，所述窑头余热锅炉低压段包括低压热水段、低压蒸发器、低压过热器；
其特征在于：还包括低压窑筒体蒸汽发生器、上升连接管、强制循环水泵、下降连接管、调节阀；
数组所述窑筒体蒸汽发生器水平间隔的贴敷并固定在回转窑窑筒体外面，在每组窑筒体蒸汽发生器的外面分别设有保温层，窑头余热锅炉低压段的低压热水段底端口Ⅰ接给水，低压热水段上端口Ⅱ与窑头余热锅炉低压汽包的水进口A连接，窑头余热锅炉低压汽包的下降管口B通过下降连接管一路与低压蒸发器底端口Ⅲ连接，低压蒸发器上端口Ⅳ与窑头余热锅炉低压汽包的上升管口C连接，另一路通过下降连接管与强制循环水泵一端连接，强制循环水泵另一端分别与各组窑筒体蒸汽发生器进水口上的调节阀连接，各组窑筒体蒸汽发生器上的出水口通过上升连接管与窑头余热锅炉低压汽包的上升管口C连接，窑头余热锅炉低压汽包的低压主蒸汽管口D通过低压过热器与汽轮机连接。
一种用于水泥窑电站低压补汽的窑筒体蒸汽换热系统的实现方法，其特征在于，步骤如下：
外给水通过低压热水段的底端口Ⅰ先进入低压热水段，经低压热水段加热后依次通过低压热水段上端口Ⅱ、窑头余热锅炉低压汽包的水进口A进入窑头余热锅炉低压汽包中，然后水由窑头余热锅炉低压汽包的下降管口B经过下降连接管一路通过低压蒸发器底端口Ⅲ进入低压蒸发器中将饱和水加热成汽水混合物，再通过窑头余热锅炉低压汽包的上升管口C进入窑头余热锅炉低压汽包中，另一路经强制循环水泵将水通过与数组窑筒体蒸汽发生器连接的各组调节阀及进水口，进入窑筒体蒸汽发生器各组辐射受热面中，窑筒体蒸汽发生器将辐射受热面中的水与回转窑窑筒体热交换后，再由各组窑筒体蒸汽发生器的出水口经上升连接管和窑头余热锅炉低压汽包上升管口C进入窑头余热锅炉低压汽包中，进入窑头余热锅炉低压汽包中的汽水混合物经窑头余热锅炉低压汽包汽水分离器分离后，产生的饱和蒸汽与前一路进入窑头余热锅炉低压汽包中产生的饱和蒸汽一起经低压过热器将饱和蒸汽加热成过热蒸汽后送入汽轮机进行补汽，汽轮机带动发电机转动，进而提高发电能力；
经窑头余热锅炉低压汽包汽水分离器分离出来的饱和水通过下降连接管一路再次通过低压蒸发器送入窑头余热锅炉低压汽包中，另一路再次通过强制循环水泵将加热的水经过窑筒体蒸汽发生器各组辐射受热面换热后送入余热锅炉低压汽包中，如此往复循环将产生的过热蒸汽送入汽轮机中。
本发明的有益效果是：数组窑筒体蒸汽发生器采用并联方式，各组辐射受热面沿窑筒体圆周布置，受热面外有保温层，保证了窑筒体外表面热量的充分回收利用。
将窑筒体蒸汽发生器中的水与回转窑窑筒体热交换后，经窑头余热锅炉低压汽包产生的饱和蒸汽送入汽轮机进行补汽，汽轮机带动发电机转动，进而提高了发电能力。
本系统能够充分回收窑筒体外表面散热损失并将散热转换成低压蒸汽，对降低能源消耗、改善环境条件、提高企业经济效益有重要意义。
本系统简单易行，安全、可靠，尤其对于已经建设投产了余热电站而电站装机容量较大实际发电能力不足的企业其意义更大。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明窑筒体蒸汽发生器的使用状态图；
图3为本发明窑筒体蒸汽发生器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图进行描述。
如附图1、2、3所示，用于水泥窑电站低压补汽的窑筒体蒸汽换热系统，包括水泥窑余热电站的汽轮机1、窑头余热锅炉低压段2、窑头余热锅炉低压汽包3、回转窑窑筒体4，还包括低压窑筒体蒸汽发生器5、上升连接管6、强制循环水泵7、下降连接管8、调节阀9。
窑头余热锅炉低压段2包括低压热水段2-1、低压蒸发器2-2、低压过热器2-3。
窑筒体蒸汽发生器5包括主管5-1、侧管5-2、弧状管5-3，一根主管5-1分别与两根侧管5-2通过数根弧状管5-3连接在一起构成一组半圆状辐射受热面，主管5-1和两根侧管5-2的两端均为封闭端，数根弧状管5-3间隔设置，数根弧状管5-3分别与主管5-1和两根侧管5-2相通，在主管5-1上设有一个水口，在两根侧管5-2上分别设有一个与侧管5-2相通的弯头，两个弯头上分别设有一个连接法兰5-4。
两组半圆状辐射受热面通过各自的两个连接法兰5-4对接并固定在一起构成环状体，上半圆状辐射受热面主管5-1的水口为出水口5-5，下半圆状辐射受热面主管5-1的水口为进水口5-6。
将三组窑筒体蒸汽发生器5各自的两组半圆状辐射受热面间隔的相对应的扣装在回转窑窑筒体4的圆周面上，每组的两组半圆状辐射受热面均贴敷在回转窑窑筒体4的外面上，每组的两个连接法兰5-4对接并通过螺栓固定在一起，使三组窑筒体蒸汽发生器5间隔的固定在回转窑窑筒体4的外面，在每组窑筒体蒸汽发生器5的外面上分别设有保温层。
将窑头余热锅炉低压段2的低压热水段2-1底端口Ⅰ接给水，低压热水段2-1上端口Ⅱ与窑头余热锅炉低压汽包3的水进口A连接，窑头余热锅炉低压汽包3的下降管口B通过下降连接管8一路与低压蒸发器2-2底端口Ⅲ连接，低压蒸发器2-2上端口Ⅳ与窑头余热锅炉低压汽包3的上升管口C连接，另一路通过下降连接管8与强制循环水泵7一端连接，强制循环水泵7另一端分别与三组窑筒体蒸汽发生器5进水口5-6上的调节阀9连接，三组窑筒体蒸汽发生器5上的出水口5-5通过上升连接管6与窑头余热锅炉低压汽包3的上升管口C连接，窑头余热锅炉低压汽包3的低压主蒸汽管口D通过低压过热器2-3与汽轮机1连接。
数组窑筒体蒸汽发生器5具体数量的确定，根据热力计算所需的换热面积和回转窑窑筒体的结构特性来共同确定。本实施例为三组窑筒体蒸汽发生器5。
一种用于水泥窑电站低压补汽的窑筒体蒸汽换热系统的实现方法，步骤如下：
外给水通过低压热水段2-1的底端口Ⅰ先进入低压热水段2-1，经低压热水段2-1加热后依次通过低压热水段2-1上端口Ⅱ、窑头余热锅炉低压汽包3的水进口A进入窑头余热锅炉低压汽包3中，然后水由窑头余热锅炉低压汽包3的下降管口B经过下降连接管8一路通过低压蒸发器2-2底端口Ⅲ进入低压蒸发器2-2中将饱和水加热成汽水混合物，再通过窑头余热锅炉低压汽包3的上升管口C进入窑头余热锅炉低压汽包3中，另一路经强制循环水泵7将水通过与数组窑筒体蒸汽发生器5连接的各组调节阀9及进水口5-6，进入窑筒体蒸汽发生器5各组辐射受热面中，窑筒体蒸汽发生器5将辐射受热面中的水与回转窑窑筒体4热交换后，再由各组窑筒体蒸汽发生器5的出水口5-5经上升连接管6和窑头余热锅炉低压汽包3上升管口C进入窑头余热锅炉低压汽包3中，进入窑头余热锅炉低压汽包3中的汽水混合物经窑头余热锅炉低压汽包3汽水分离器分离后，产生的饱和蒸汽与前一路进入窑头余热锅炉低压汽包3中产生的饱和蒸汽一起经低压过热器2-3将饱和蒸汽加热成过热蒸汽后送入汽轮机1进行补汽，汽轮机1带动发电机转动，进而提高发电能力。
经窑头余热锅炉低压汽包3汽水分离器分离出来的饱和水通过下降连接管8一路再次通过低压蒸发器2-2送入窑头余热锅炉低压汽包3中，另一路再次通过强制循环水泵7将加热的水经过窑筒体蒸汽发生器5各组受热面换热后送入余热锅炉低压汽包3中，如此往复循环将产生的过热蒸汽送入汽轮机1中。
汽轮机1将热能转化为机械能；低压热水段2-1加热介质水；低压蒸发器2-2将饱和水加热成汽水混合物；低压过热器2-3将饱和蒸汽加热成过热蒸汽；窑头余热锅炉低压汽包3将汽水混合物进行分离；低压窑筒体蒸汽发生器5将饱和水加热成汽水混合物，强制循环水泵7增加循环倍率；调节阀9用于调节水的流量。
以5000t/h水泥线回转窑为例，此水泥线回转窑窑筒体直径为4600mm，长度为54m；沿窑筒体长度方向布置8组窑筒体蒸汽发生器5，各组间采用并联方式；窑筒体外表面的温度在280~380℃之间，介质通过受热面与窑筒体间辐射换热后，每小时可以产生2t蒸汽，如果将窑筒体外表面散热生产的2t/h低压饱和蒸汽用于发电，电站发电能力可提高200KW以上，如果电站年运行7000小时、每度电电价0.6元条件下，年产生经济效益200千瓦×7000小时/年×0.6元/千瓦时=84万元。

Claims (3)

1.一种用于水泥窑电站低压补汽的窑筒体蒸汽换热系统，包括水泥窑余热电站的汽轮机（1）、窑头余热锅炉低压段（2）、窑头余热锅炉低压汽包（3）、回转窑窑筒体（4），所述窑头余热锅炉低压段（2）包括低压热水段（2-1）、低压蒸发器（2-2）、低压过热器（2-3）；
其特征在于：还包括低压窑筒体蒸汽发生器（5）、上升连接管（6）、强制循环水泵（7）、下降连接管（8）、调节阀（9）；
数组所述窑筒体蒸汽发生器（5）水平间隔的贴敷并固定在回转窑窑筒体（4）外面，在每组窑筒体蒸汽发生器（5）的外面分别设有保温层，窑头余热锅炉低压段（2）的低压热水段（2-1）底端口Ⅰ接给水，低压热水段（2-1）上端口Ⅱ与窑头余热锅炉低压汽包（3）的水进口A连接，窑头余热锅炉低压汽包（3）的下降管口B通过下降连接管（8）一路与低压蒸发器（2-2）底端口Ⅲ连接，低压蒸发器（2-2）上端口Ⅳ与窑头余热锅炉低压汽包（3）的上升管口C连接，另一路通过下降连接管（8）与强制循环水泵（7）一端连接，强制循环水泵（7）另一端分别与各组窑筒体蒸汽发生器（5）进水口（5-6）上的调节阀（9）连接，各组窑筒体蒸汽发生器（5）上的出水口（5-5）通过上升连接管（6）与窑头余热锅炉低压汽包（3）的上升管口C连接，窑头余热锅炉低压汽包（3）的低压主蒸汽管口D通过低压过热器（2-3）与汽轮机（1）连接。
2.根据权利要求1所述的用于水泥窑电站低压补汽的窑筒体蒸汽换热系统，其特征在于：所述窑筒体蒸汽发生器（5）包括主管（5-1）、侧管（5-2）、弧状管（5-3）；
一根所述主管（5-1）分别与两根侧管（5-2）通过数根弧状管（5-3）连接在一起构成一组半圆状辐射受热面，主管（5-1）和两根侧管（5-2）的两端均为封闭端，数根弧状管（5-3）间隔设置，数根弧状管（5-3）分别与主管（5-1）和两根侧管（5-2）相通，在主管（5-1）上设有一个水口，在两根侧管（5-2）上分别设有一个与侧管（5-2）相通的弯头，两个弯头上分别设有一个连接法兰（5-4）；
两组半圆状辐射受热面通过各自的两个连接法兰（5-4）对接并固定在一起构成环状体，上半圆状辐射受热面主管（5-1）的水口为出水口（5-5），下半圆状辐射受热面主管（5-1）的水口为进水口（5-6）。
3.一种采用权利要求1所述的用于水泥窑电站低压补汽的窑筒体蒸汽换热系统的实现方法，其特征在于，步骤如下：
外给水通过低压热水段（2-1）的底端口Ⅰ先进入低压热水段（2-1），经低压热水段（2-1）加热后依次通过低压热水段（2-1）上端口Ⅱ、窑头余热锅炉低压汽包（3）的水进口A进入窑头余热锅炉低压汽包（3）中，然后水由窑头余热锅炉低压汽包（3）的下降管口B经过下降连接管（8）一路通过低压蒸发器（2-2）底端口Ⅲ进入低压蒸发器（2-2）中将饱和水加热成汽水混合物，再通过窑头余热锅炉低压汽包（3）的上升管口C进入窑头余热锅炉低压汽包（3）中，另一路经强制循环水泵（7）将水通过与数组窑筒体蒸汽发生器（5）连接的各组调节阀（9）及进水口（5-6），进入窑筒体蒸汽发生器（5）各组辐射受热面中，窑筒体蒸汽发生器（5）将辐射受热面中的水与回转窑窑筒体（4）热交换后，再由各组窑筒体蒸汽发生器（5）的出水口（5-5）经上升连接管（6）和窑头余热锅炉低压汽包（3）上升管口C进入窑头余热锅炉低压汽包（3）中，进入窑头余热锅炉低压汽包（3）中的汽水混合物经窑头余热锅炉低压汽包（3）汽水分离器分离后，产生的饱和蒸汽与前一路进入窑头余热锅炉低压汽包（3）中产生的饱和蒸汽一起经低压过热器（2-3）将饱和蒸汽加热成过热蒸汽后送入汽轮机（1）进行补汽，汽轮机（1）带动发电机转动，进而提高发电能力；
经窑头余热锅炉低压汽包（3）汽水分离器分离出来的饱和水通过下降连接管（8）一路再次通过低压蒸发器（2-2）送入窑头余热锅炉低压汽包（3）中，另一路再次通过强制循环水泵（7）将加热的水经过窑筒体蒸汽发生器（5）各组辐射受热面换热后送入余热锅炉低压汽包（3）中，如此往复循环将产生的过热蒸汽送入汽轮机（1）中。
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