CN110906749A - 一种新型干法熟料生产线高效余热发电系统及余热利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型干法熟料生产线高效余热发电系统和余热利用方法，该余热发电系统至少包括：回转窑散热辐射换热装置；新增窑尾换热锅炉与原料粉磨系统相并联；其中，所述回转窑散热辐射换热装置包括多条沿回转窑筒体长度方向铺设的热辐射换热管道，所述多条热辐射换热管道平行排布铺设并环绕于回转窑筒体的周向；窑尾换热锅炉和新增窑尾换热锅炉均能够与汽轮机相连通。本系统主要特点：废热利用，充分利用回转窑筒体散热进行余热回收；窑尾发电锅炉可节省一台省煤器，节省了设备投入成本；窑尾新增发电锅炉，可节省一台增湿塔，节省了投资成本；增加烧成系统发电量约20％左右。
Description
技术领域
本发明涉及新型干法水泥熟料生产线余热利用，具体地，涉及一种新型干法熟料生产线高效余热发电系统及余热利用方法。
背景技术
新型干法水泥熟料生产过程：按照一定比例配制的物料由预热器顶部喂入，经旋风预热器预热后进入分解炉，在其中分解后入回转窑进行煅烧，之后进入篦式冷却机冷却，最后得到我们所需要的熟料。
目前主流的新型干法水泥窑余热发电系统包括三部分：第一部分为如图3所示，包括窑头发电锅炉，主要包括省煤器、蒸发器、过热器、汽包、换热管道，主要取自篦冷机冷却熟料风热焓与水进行热交换，产生低压过热蒸汽进行发电；第二部分为出省煤器高温水进入闪蒸器进行闪蒸发电；第三部分为窑尾余热锅炉如图4所示，主要包括省煤器(根据实际情况确定设置省煤器与否)、蒸发器、过热器、汽包、换热管道，主要取自预热器出口废气热焓与水进行热交换，产生低压过热蒸汽进行发电。
目前余热发电锅炉主要利用窑头和窑尾废气进行发电，窑头余热发电系统的余热利用过程包括：窑头锅炉在窑头篦冷机抽取约380℃左右篦冷机熟料冷却风，经省煤器、蒸发器、汽包汽水分离、过热器产生过热蒸汽，进入汽轮机发电；窑尾余热发电系统的余热利用过程包括：窑尾锅炉利用预热器出口320℃左右废气进行发电，经省煤器(根据窑头省煤器配置情况而定)、蒸发器、汽包、过热器产生过热蒸汽、进入汽轮机发电；省煤器产生多余的高温水可通过闪蒸器，产生低压蒸汽进入汽轮机发电。这样，窑头余热发电锅炉抽取篦冷机熟料冷却风进行余热回收，窑头设置高温风管和中温风管，通过调节阀门控制入发电锅炉组温度在380℃左右。预热器出口约320℃左右废气经窑尾发电锅炉进行余热利用。
目前主要利用窑头和窑尾废气两部分进行余热发电，但是新型干法水泥熟料生产线仍有相当一部分废热未回收。另一方面，窑尾原料磨停时，约220℃废气通过增湿塔冷却，排入大气，造成资源浪费。
因此，如何提供一种新的新型干法熟料生产线高效余热发电系统，除了窑头和窑尾废气余热的利用之外，对水泥熟料生产线的其它部位的余热进行利用以及充分考虑窑尾原料磨停时的余热利用，是需要解决的技术问题。
发明内容
本发明是基于上述的技术现状，深入分析目前水泥窑生产线余热利用情况并剖析生产线余热利用潜能，以进一步优选余热发电系统，以提高生产线余热发电量，节约生产成本。对此，为了实现本发明的发明目的，我们对干法水泥熟料生产线进行了系统的分析，发现烧成系统表面散热约占系统总热的6～12％，其中回转窑散热占30～50％，回转窑形状规则，且位置相对稳定，表面温度达到250-300℃，可以通过一定技术手段综合利用；另一方面，窑尾原料磨停时，约220℃废气通过增湿塔冷却，排入大气，造成资源浪费；目前，余热发电主要使用窑头和窑尾两部分废气余热进行发电，回转窑散热和停磨时窑尾废气余热没有得到充分利用，本系统从充分利用余热的角度出发，设计出了一套新型干法水泥窑高效余热发电系统。
本发明提供一种新型干法熟料生产线高效余热发电系统，至少包括：回转窑散热辐射换热装置，所述回转窑散热辐射换热装置的入水端能够与给水设备相连通，出水端与窑尾换热锅炉连通；新增窑尾换热锅炉，所述新增窑尾换热锅炉的入水端能够与给水设备相连通，且新增窑尾换热锅炉与原料粉磨系统相并联；其中，所述回转窑散热辐射换热装置包括多条沿回转窑筒体长度方向铺设的热辐射换热管道，所述多条热辐射换热管道平行排布铺设并环绕于回转窑筒体的周向；窑尾换热锅炉和新增窑尾换热锅炉均能够与汽轮机相连通。
优选地，热辐射换热管道与回转窑筒体的表面的距离为500-1000mm。
优选地，热辐射换热管道长30-45m，辐射换热面积780-850m2。
优选地，所述回转窑散热辐射换热装置的入水端在回转窑筒体的窑头方向，出水端在回转窑筒体的窑尾方向。
优选地，新增窑尾换热锅炉包括省煤器、蒸发器。
优选地，所述余热发电系统包括：给水设备、回转窑散热辐射换热装置、窑尾换热锅炉、汽轮机、冷却塔、新增窑尾换热锅炉、闪蒸器、窑头余热锅炉组；其中，给水设备出水路分为三路：第一路通过管路进入回转窑散热辐射换热装置后进入窑尾换热锅炉，再进入汽轮机；第二路通过管路进入窑头余热锅炉组后再进入汽轮机；第三路通过管路进入新增窑尾换热锅炉后再经闪蒸器进入汽轮机，新增窑尾换热锅炉与原料粉磨系统相并联；汽轮机的出口水路与冷却塔相连后进入给水设备。
本发明还提供一种新型干法熟料生产线余热利用方法，包括应用前文所述的余热发电系统对回转窑筒体表面余热和水泥生产线窑尾废气余热进行利用的步骤。
优选地，包括：回转窑筒体表面余热将热辐射换热管道中的水加热形成的饱和蒸汽，送至窑尾换热锅炉，进行余热利用；在原料粉磨系统中的原料磨停工时，将水泥生产线窑尾废气送至新增余热锅炉，进行余热利用。
优选地，回转窑筒体表面余热能够将热辐射换热管道中20-30t/h的水由常温至50℃加热至160-185℃。
优选地，在原料粉磨系统中的原料磨停工时，水泥生产线窑尾废气经新增余热锅炉处理后能够形成0.01-0.03Mpa 13-15t/h的饱和蒸汽。
在上述技术方案中，回转窑筒体表面一般温度在250-300℃，在距离回转窑筒体500-1000mm距离，沿回转窑筒体长度方向增加热辐射换热管道12，可将水由常温至50℃左右，加热至160-185℃左右，形成蒸汽，将加热后蒸汽送至窑尾换热锅炉，一般5000t/d生产线，可设置回转窑辐射换热装置40m左右，辐射换热面积830m2左右，可将20-30t/h水加热至180℃左右，足够窑尾锅炉使用。常规的利用窑尾余热发电的系统中，需要设置窑尾锅炉省煤器，将水加热至一定温度，之后进入过热器产生过热蒸汽，而采用本发明的将加热辐射换热管道中的加热后蒸汽送至窑尾换热锅炉，直接将加热后的水送至过热器，所以可以不用在此处设置窑尾锅炉省煤器(节省一台省煤器)。另外，窑尾节省的窑尾锅炉省煤器的余热可以用在原窑尾余热发电系统的蒸发器、过热器做功，从另一方面提高了过饱和蒸汽量进行发电。
不仅如此，在本发明中，在窑尾与原料粉磨系统并联一组新增窑尾换热锅炉，在原料磨停时水泥生产线窑尾废气全部经过与汽轮机相通的新增窑尾换热锅炉，经闪蒸器后，形成约0.03Mpa饱和蒸汽进入汽轮机发电，一般一条5000t/d生产线窑尾原料磨停时，可产生0.03Mpa饱和蒸汽约13-15t/h，可发电量约1.MW。在常规设置中，为了降低废气温度，保护收尘装置，需要设置一台增湿塔对废气进行处理，以降低废气温度。而运用本发明，在原料磨停时，新增窑尾换热锅炉能够通过热传导的方式，使废气将水加热形成饱和蒸汽，并使自身温度降低，从而替代增湿塔的作用，以此可节省一台增湿塔。
由上述分析可知，本系统主要特点：
废热利用，充分利用回转窑筒体散热进行余热回收；
窑尾发电锅炉可节省一台省煤器，节省了设备投入成本；
窑尾新增发电锅炉，可节省一台增湿塔，节省了投资成本；
增加烧成系统发电量约20％左右。
本发明通过充分利用回转窑表面散热和窑尾原料磨停磨期间废气余热，增加系统发电量。常规利用窑头和窑尾余热发电，一般一条5000t/d熟料生产线配置余热发电机组在9MW左右，而应用本发明的高效余热发电系统，可使发电量达到9.8MW-10.8MW。利用回转窑表面散热将水加热至180℃左右，接入余热发电锅炉系统，可节省余热发电省煤器设备装机容量50％左右，节省了造价，另外可增加余热发电量0.8MW；通过水泥生产线窑尾废气余热在磨停状态下进行闪蒸发电，可将220℃废气降至130℃左右，利用闪蒸发电约1.0MW，使余热利用率进一步提高；通过以上方式对余热发电系统进行升级，一条5000t/d生产线年可增加发电量约7700MW，按照0.6元/KW计算，年可增加462万元收益。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种具体的实施方式中的高效余热发电系统工艺流程示意图；
图2是回转窑散热辐射换热装置示意图；
图3是窑头余热发电锅炉及流程示意图；
图4是窑尾余热发电锅炉及流程示意图。
附图标记说明
1回转窑散热辐射换热装置 2给水设备
3窑尾换热锅炉 4新增窑尾换热锅炉
5原料粉磨系统 6回转窑筒体
7汽轮机 8冷却塔
9闪蒸器 10窑头余热锅炉组
11窑尾锅炉省煤器 12热辐射换热管道
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，“上、下、内、底”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。
如图1、图2所示，本发明提供一种新型干法熟料生产线高效余热发电系统，至少包括：回转窑散热辐射换热装置1，所述回转窑散热辐射换热装置1的入水端能够与给水设备2相连通，出水端与窑尾换热锅炉3连通；新增窑尾换热锅炉4，所述新增窑尾换热锅炉4的入水端能够与给水设备2相连通，且新增窑尾换热锅炉4与原料粉磨系统5相并联；其中，所述回转窑散热辐射换热装置1包括多条沿回转窑筒体6长度方向铺设的热辐射换热管道，所述多条热辐射换热管道平行排布铺设并环绕于回转窑筒体6的周向；窑尾换热锅炉3和新增窑尾换热锅炉4均能够与汽轮机7相连通。这样，回转窑散热辐射换热装置1的入水端能够与给水设备2相连通，出水端与窑尾换热锅炉3连通，这样，所述回转窑散热辐射换热装置1回收的余热即可进入窑尾余热发电系统进行利用。而新增窑尾换热锅炉4与原料粉磨系统5相并联，即可实现在原料磨停的时候，对窑尾的废气余热进行再利用。
为了进一步提高余热利用效果，在本发明一种优选的实施方式中，热辐射换热管道与回转窑筒体6的表面的距离为500-1000mm。
为了进一步提高余热利用效果，在本发明一种优选的实施方式中，热辐射换热管道长30-45m，辐射换热面积780-850m2。
为了进一步提高余热利用效果，在本发明一种优选的实施方式中，所述回转窑散热辐射换热装置1的入水端在回转窑筒体6的窑头方向，出水端在回转窑筒体6的窑尾方向。
为了进一步提高余热利用效果，在本发明一种优选的实施方式中，新增窑尾换热锅炉4包括省煤器、蒸发器。
在上述的技术方案中，本发明可以在原有的余热发电系统的基础上进行增设，也可以分别形成一个独立的余热利用线路。为了进一步提高余热利用效果，且节约升级改造成本，在本发明一种优选的实施方式中，所述余热发电系统包括：给水设备2、回转窑散热辐射换热装置1、窑尾换热锅炉3、汽轮机7、冷却塔8、新增窑尾换热锅炉4、闪蒸器9、窑头余热锅炉组10；其中，给水设备2出水路分为三路：第一路通过管路进入回转窑散热辐射换热装置1后进入窑尾换热锅炉3，再进入汽轮机7；第二路通过管路进入窑头余热锅炉组10后再进入汽轮机7；第三路通过管路进入新增窑尾换热锅炉4后再经闪蒸器9进入汽轮机7，新增窑尾换热锅炉4与原料粉磨系统5相并联；汽轮机7的出口水路与冷却塔8相连后进入给水设备2。这样，可将本发明与原有的窑头余热发电系统和窑尾余热发电系统结合起来，仅需增加回转窑散热辐射换热装置1和新增窑尾换热锅炉4，就可形成一个大的余热发电系统，既实现了本发明的功能，又可节约升级改造成本。如此设置后，本发明可以实现对窑头、窑尾、和窑筒体处余热的多重回收。
本发明还提供一种新型干法熟料生产线余热利用方法，包括应用前文所述的余热发电系统对回转窑筒体6表面余热和水泥生产线窑尾废气余热进行利用的步骤。
在本发明一种优选的实施方式中，包括：回转窑筒体6表面余热将热辐射换热管道中的水加热形成的饱和蒸汽，送至窑尾换热锅炉3，进行余热利用；在原料粉磨系统5中的原料磨停工时，将水泥生产线窑尾废气送至新增余热锅炉，进行余热利用。
在本发明一种优选的实施方式中，回转窑筒体6表面余热能够将热辐射换热管道中20-30t/h的水由常温至50℃加热至160-185℃。
在本发明一种优选的实施方式中，在原料粉磨系统5中的原料磨停工时，水泥生产线窑尾废气经新增余热锅炉处理后能够形成0.01-0.03Mpa 13-15t/h的饱和蒸汽。
在上述技术方案中，回转窑筒体6表面一般温度在250-300℃，在距离回转窑筒体6500-1000mm距离，沿回转窑筒体6长度方向增加热辐射换热管道12，可将水由常温至50℃左右，加热至160-185℃左右，形成蒸汽，将加热后蒸汽送至窑尾换热锅炉3，一般5000t/d生产线，可设置回转窑辐射换热装置40m左右，辐射换热面积830m2左右，可将20-30t/h水加热至180℃左右，足够窑尾锅炉使用。常规的利用窑尾余热发电的系统中，需要设置窑尾锅炉省煤器11，将水加热至一定温度，之后进入过热器产生过热蒸汽，而采用本发明的将加热辐射换热管道11中的加热后蒸汽送至窑尾换热锅炉3，直接将加热后的水送至过热器能够，所以可以不用在此处设置窑尾锅炉省煤器11(节省设备投资)。另外，窑尾节省的窑尾锅炉省煤器的余热可以用在原窑尾余热发电系统的蒸发器、过热器做功，从另一方面提高了过饱和蒸汽量进行发电。
不仅如此，在本发明中，在窑尾与原料粉磨系统5并联一组新增窑尾换热锅炉4，在原料磨停时水泥生产线窑尾废气全部经过与汽轮机7相通的新增窑尾换热锅炉4，经闪蒸器后，形成约0.03Mpa饱和蒸汽进入汽轮机7发电，一般一条5000t/d生产线窑尾原料磨停时，可产生0.03Mpa饱和蒸汽约13-15t/h，可发电量约1.MW。
在常规设置中，为了降低废气温度，保护收尘装置，需要设置一台增湿塔对废气进行处理，以降低废气温度。而运用本发明，在原料磨停时，新增窑尾换热锅炉4能够通过热传导的方式，使废气将水加热形成饱和蒸汽，并使自身温度降低，从而替代增湿塔的作用，以此可节省一台增湿塔。
由上述分析可知，本系统主要特点：
废热利用，充分利用回转窑筒体散热进行余热回收；
窑尾发电锅炉可节省一台省煤器，节省了成本；
窑尾新增发电锅炉，可节省一台增湿塔，节省了投资成本；
增加烧成系统发电量约20％左右。
本发明通过充分利用回转窑表面散热和窑尾原料磨停磨期间废气余热，增加系统发电量，常规利用窑头和窑尾余热发电，一般一条5000t/d熟料生产线配置余热发电机组在9MW左右，本高效余热发电系统，可使发电量达到9.8MW-10.8MW。利用回转窑表面散热将水加热至180℃左右，接入余热发电锅炉系统，可节省余热发电省煤器设备装机容量50％左右，节省了造价，另外可增加余热发电量0.8MW；通过水泥生产线窑尾废气余热在磨停状态下进行闪蒸发电，可将220℃废气降至130℃左右，利用闪蒸发电约1.0MW，使余热利用率进一步提高；通过以上两种方式一条5000t/d生产线年可增加发电量约7700MW，按照0.6元/KW计算，年可增加462万元收益。
本发明装置适用但不限于新型干法窑2500t/d～12000t/d熟料线项目。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种新型干法熟料生产线高效余热发电系统，其特征在于，至少包括：
回转窑散热辐射换热装置(1)，所述回转窑散热辐射换热装置(1)的入水端能够与给水设备(2)相连通，出水端与窑尾换热锅炉(3)连通；
新增窑尾换热锅炉(4)，所述新增窑尾换热锅炉(4)的入水端能够与给水设备(2)相连通，且新增窑尾换热锅炉(4)与原料粉磨系统(5)相并联；
其中，所述回转窑散热辐射换热装置(1)包括多条沿回转窑筒体(6)长度方向铺设的热辐射换热管道(12)，所述多条热辐射换热管道平行排布铺设并环绕于回转窑筒体(6)的周向；
窑尾换热锅炉(3)和新增窑尾换热锅炉(4)均能够与汽轮机(7)相连通。
2.根据权利要求1所述的余热发电系统，其特征在于，热辐射换热管道(12)与回转窑筒体(6)的表面的距离为500-1000mm。
3.根据权利要求2所述的余热发电系统，其特征在于，热辐射换热管道(12)长30-45m，辐射换热面积780-850m2。
4.根据权利要求1所述的余热发电系统，其特征在于，所述回转窑散热辐射换热装置(1)的入水端在回转窑筒体(6)的窑头方向，出水端在回转窑筒体(6)的窑尾方向。
5.根据权利要求1所述的余热发电系统，其特征在于，新增窑尾换热锅炉(4)包括省煤器、蒸发器。
6.根据权利要求1-5任一项所述的余热发电系统，其特征在于，所述余热发电系统包括：
给水设备(2)、回转窑散热辐射换热装置(1)、窑尾换热锅炉(3)、汽轮机(7)、冷却塔(8)、新增窑尾换热锅炉(4)、闪蒸器(9)、窑头余热锅炉组(10)；
其中，给水设备(2)出水路分为三路：第一路通过管路进入回转窑散热辐射换热装置(1)后进入窑尾换热锅炉(3)，再进入汽轮机(7)；
第二路通过管路进入窑头余热锅炉组(10)后再进入汽轮机(7)；
第三路通过管路进入新增窑尾换热锅炉(4)后再经闪蒸器(9)进入汽轮机(7)，新增窑尾换热锅炉(4)与原料粉磨系统(5)相并联；
汽轮机(7)的出口水路与冷却塔(8)相连后进入给水设备(2)。
7.一种新型干法熟料生产线余热利用方法，其特征在于，包括应用权利要求1-6任一项所述的余热发电系统对回转窑筒体(6)表面余热和水泥生产线窑尾废气余热进行利用的步骤。
8.根据权利要求7所述的余热利用方法，其特征在于，包括：
回转窑筒体(6)表面余热将热辐射换热管道(12)中的水加热形成的饱和蒸汽，送至窑尾换热锅炉(3)，进行余热利用；
在原料粉磨系统(5)中的原料磨停工时，将水泥生产线窑尾废气送至新增窑尾换热锅炉(4)，进行余热利用。
9.根据权利要求8所述的余热利用方法，其特征在于，回转窑筒体(6)表面余热能够将热辐射换热管道中20-30t/h的水由常温至50℃加热至160-185℃。
10.根据权利要求8所述的余热利用方法，其特征在于，在原料粉磨系统(5)中的原料磨停工时，水泥生产线窑尾废气经新增余热锅炉处理后能够形成0.01-0.03Mpa 13-15t/h的饱和蒸汽。
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