CN1673662A - 水泥窑纯中低温余热发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一水泥窑使用的纯中低温余热发电系统。所要解决的技术问题是提供一种水泥窑纯中低温余热发电系统的改进，该系统所利用的废气余热温度较高，可生产更高压力温度等级的蒸汽和热水，能够大幅度提高余热发电能力。提供的技术方案是：水泥窑纯中低温余热发电系统，包括气轮机、发电机、AQC炉、SP炉或pH炉，窑头熟料冷却机的顶板上所设置的靠近出料端部位的抽废气口和靠近进料端部位的抽废气口通过管道与AQC炉相通；水泥窑窑尾的C2级旋风筒中还设置一蒸汽过热器；冷却机顶板内腔设置有废气挡板。废气管道的下端口还连接有C2级旋风筒内筒，蒸汽过热器中的部分管道设置该内筒的外圆周表面并悬于其下端口以下部位。

Description

水泥窑纯中低温余热发电系统
技术领域
本发明涉及一种纯中低温余热发电系统，尤其是配套水泥窑使用的纯中低温余热发电系统。
背景技术
现有的较为成熟的三种水泥窑纯中低温余热发电系统，分别是图1所示的不补汽式纯中低温余热发电系统、图2所示的复合闪蒸补汽式纯中低温余热发电系统以及图3所示的多压补汽式纯中低温余热发电系统。
这三种系统的共同特点是：
1、仅在水泥窑窑头熟料冷却机中部设一个抽取冷却机废气的抽废气口H，根据水泥窑规模的不同，抽取的废气温度在250～400℃范围内。利用抽取的废气设置窑头熟料冷却机余热锅炉(简称AQC炉)，AQC炉生产0.8～1.6Mpa-饱和温度～360℃的蒸汽或同时生产0.1～0.5Mpa-饱和温度至180℃的低压低温蒸汽、85～200℃的热水。
2、仅利用水泥窑窑尾预热器提出的250～400℃废气余热设置窑尾预热器余热锅炉(简称SP炉或PH炉)，SP炉生产0.8～1.6Mpa-饱和温度至360℃的蒸汽。
3、将AQC炉、SP炉生产的0.8～1.6MPa蒸汽及AQC炉生产的0.1～0.5Mpa蒸汽或AQC炉生产的85～200℃热水经闪蒸器Z生产出的0.1～0.5MPa蒸汽通入汽轮机Q再由汽轮机带动发电机F发电。
这三种系统共同存在的主要问题是：
一、窑头熟料冷却机自冷却机进料端(热端)至出料端(冷端)，在不影响水泥窑熟料热耗及水泥窑生产的条件下，冷却机可排掉的废气温度是自热端起的600℃以线性关系逐渐下降至冷料端的55℃。因此，若仅在冷却机中部抽取废气，则是将热端的中高温废气与冷端低温废气混合后形成了250℃～400℃废气。由于废气温度的限制，AQC炉仅能生产低压低温蒸汽及热水。这种抽取废气的取热方式没有遵循热量应根据其温度进行梯级利用的原理。
二、窑尾预热器系统中，在不影响水泥窑熟料热耗及水泥窑生产的条件下，可利用的废气余热有两部分：第一部分为预热器系统最终排出的(即C1级旋风筒出口)250～400℃废气；第二部分为C2级旋风筒内筒至C1级旋风筒入口的450～600℃废气中水泥生产允许的20～25℃温度降所含有的废气热量。由于没有利用第二部分废气热量，加之第一部分预热器系统最终排出的废气温度限制，SP炉同样只能生产低压低温蒸汽。
三、上述两个问题导致前述的水泥窑纯中低温余热发电系统：其一，余热只能生产低压低温蒸汽；其二，热力循环系统只能采用低压低温参数；其三，水泥窑生产系统中窑头熟料冷却机及窑尾预热器可用于发电的部分400～600℃中高温废气没有得到有效利用；前述的三个因素，使在不增加水泥熟料热耗的条件下，水泥窑废气余热发电能力未能得到充分发挥，即余热发电量不能达到应该达到的水平。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种水泥窑纯中低温余热发电系统的改进，该系统应能克服上述背景技术的不足，所利用的废气余热温度较高，可生产更高压力温度等级的蒸汽和热水，用于余热发电后，能够大幅度提高余热发电能力。
本发明提供的技术方案是：
水泥窑纯中低温余热发电系统，包括气轮机、发电机、AQC炉、SP炉或PH炉，窑头熟料冷却机的顶板上设置的抽废气口通过管道与所述的AQC炉相通，所述的抽废气口分别是靠近出料端部位的抽废气口和靠近进料端部位的抽废气口，水泥窑窑尾的C2级旋风筒中还设置一由金属管道弯接组合而成的蒸汽过热器，该蒸汽过热器设置在所述的旋风筒出口废气管道下端的外圆周表面，并且其两个接口分别通过蒸汽输入管道以及蒸汽输出管道与所述的SP炉或PH炉相通。
所述的抽废气口位于熟料冷却机顶板内腔端口的附近设置有废气挡板。
所述的废气挡板分别位于冷却机顶板内腔靠近进料端、出料端以及二个抽废气口之间。
所述的废气管道的下端口连接有C2级旋风筒内筒，蒸汽过热器设置在该内筒的外圆周表面以及C2旋风筒出口废气管道下端的外圆周表面。
所述的蒸汽过热器中的部分管道悬于所述的C2旋风筒内筒的下端口以下部位。
本发明能够取得的技术效果是：在不影响水泥熟料热耗及水泥窑生产的条件下，其一，余热可以同时生产次中压或中压饱和温度至450℃的过热蒸汽、0.1～0.5Mpa饱和温度至180℃的低压低温蒸汽、85～200℃热水；其二，热力循环系统可以采用次中压中温或中压中温参数，提高了热力循环系统效率；其三，充分利用了水泥窑不同废气温度的余热，并按废气余热温度分布实现了热量应根据其温度进行梯级利用的原理；其四，前述的三个因素，本发明使水泥窑废气余热最大限度地转换成为电能，余热发电能力与现有的水泥窑纯中低温余热发电技术相比提高15-30％以上。
附图说明
图1是现有的不补汽式纯中低温余热发电系统示意图。
图2是现有的复合闪蒸补汽式纯中低温余热发电系统示意图。
图3是现有的多压补汽式纯中低温余热发电系统示意图。
图4是本发明的废气取热系统示意图。
图5是图4中的窑头冷却机取热结构的放大示意图。
图6是图4中的窑尾取热结构示意图。
图7是图6中的C2级旋风筒位置的主视结构示意图。
图8是图6中的C2级旋风筒位置的俯视结构示意图。
图9是本发明的不补汽式纯中低温余热发电系统之一示意图。
图10是本发明的不补汽式纯中低温余热发电系统之二示意图。
图11是本发明的不补汽式纯中低温余热发电系统之三示意图。
图12是本发明的不补汽式纯中低温余热发电系统之四示意图。
图13是本发明的不补汽式纯中低温余热发电系统之五示意图。
图14是本发明的不补汽式纯中低温余热发电系统之六示意图。
图15本发明的复合闪蒸补汽式纯中低温余热发电系统之一示意图。
图16本发明的复合闪蒸补汽式纯中低温余热发电系统之二示意图。
图17本发明的复合闪蒸补汽式纯中低温余热发电系统之三示意图。
图18本发明的复合闪蒸补汽式纯中低温余热发电系统之四示意图。
图19本发明的复合闪蒸补汽式纯中低温余热发电系统之五示意图。
图20本发明的复合闪蒸补汽式纯中低温余热发电系统之六示意图。
图21本发明的多压补汽式纯中低温余热发电系统之一示意图。
图22本发明的多压补汽式纯中低温余热发电系统之二示意图。
图23本发明的多压补汽式纯中低温余热发电系统之三示意图。
图24本发明的多压补汽式纯中低温余热发电系统之四示意图。
图25本发明的多压补汽式纯中低温余热发电系统之五示意图。
图26本发明的多压补汽式纯中低温余热发电系统之六示意图。
图27是不带余热发电的水泥窑系统示意图。
具体实施方式
如图27所示，冷却机内熟料温度自600℃冷却至90℃时产生的约每公斤熟料1.32～1.36Nm3-280℃左右的废气，降温至220℃左右后通过冷却机废气排放口9和管道进入收尘器10，经收尘器收尘后的废气由风机11及烟囱12排入大气。原自窑尾预热器系统(C1级旋风筒出口V)最终排出的250～400℃的废气仍作利用。同时，本发明所作的改进是(见图4)：
一、改变窑头熟料冷却机抽取废气方式，即在靠近冷却机进料端4(热端)设置一抽取400～600℃废气的抽废气口18，同时在靠近冷却机出料端7(冷端)设置一抽取250～400℃废气的抽废气口17。根据废气温度利用AQC炉生产1.6～3.82Mpa次中压或中压饱和温度至450℃的过热蒸汽也可同时生产0.1～0.5Mpa饱和温度至180℃的低压低温蒸汽、85～200℃热水。
具体结构如图4、图5所示，为不影响水泥熟料热耗及水泥窑的生产，出回转窑2进入(箭头A方向)熟料冷却机5的1350~1400℃熟料，在冷却机内被冷却至600℃时产生的每公斤0.75~0.8Nm3-1000℃左右的废气仍入窑及分解炉作为煤粉燃烧用二次风B、三次风D。熟料冷却机内熟料温度自600℃冷却至190℃时产生的废气根据熟料及废气温度分布分两部分抽出：第一部分，熟料自600℃冷却至390℃时产生的每公斤熟料0.35~0.38Nm3-500℃废气由靠近冷却机热端(进料端)即熟料温度为600℃至390℃区间设置的抽废气口18抽出，并通过管道E输往余热锅炉用于发电。该抽出废气口位于冷却机的顶板上，具体位置及开口尺寸根据水泥窑规模、熟料冷却机鼓风机6配置、冷却机设备情况等具体情况而定。第二部分，熟料自390℃冷却至190℃时产生的每公斤熟料0.45~0.47Nm3-340℃废气由靠近冷却机冷端(出料端)即熟料温度为390℃至190℃区间设置的抽废气口17抽出，并通过管道G输往余热锅炉用于发电。该抽出废气口位于冷却机的顶板上，具体位置及开口尺寸也同样根据水泥窑规格、熟料冷却机鼓风机配置、冷却机设备等具体情况而定。抽出的两部分废气总量仍保持不变，一般仍为每公斤熟料0.8~0.85Nm3。
为保持所抽废气温度的相对稳定，提高抽气效果，冷却机的顶板内腔上制有若干废气挡板。由图5可知废气挡板分别设置在冷却机顶板内腔的不同部位，靠近进料端设置有废气挡20-3、靠近出料端设置有废气挡板20-1，二个抽废气口之间设置有废气挡板20-2，废气挡板的下垂长度一般根据不同规格冷却机的具体情况而定。
图4、图5中还有：生料喂料口P、喷煤管19和1、喂料室15、分解炉14、预热器13、三次风管3以及各级旋风筒C1、C2、C3、C4和C5。
二、在利用窑尾预热器系统最终(C1级旋风筒出口V)排出的250～400℃废气的同时，利用C2级旋风筒内筒至C1级旋风筒入口的450～600℃废气所允许的20～25℃温度降所含有的废气热量通过SP炉生产1.6～3.82Mpa次中压或中压饱和温度至450℃的过热的蒸汽。具体结构由图6、图7、图8可知：水泥窑窑尾的C2级旋风筒中还设置一蒸汽过热器，该过热器由金属管道35弯接组合而成，组成完整的吸热组件。为保证预热生料的畅通，不影响水泥的正常生产，所有的金属管道设置在C2级旋风筒34内的废气管道27下端的外圆周表面。这些金属管道在废气管道上的设置方式可有多种，根据水泥窑规格及余热电站配置情况而定。可以如图7所示的环绕覆盖在该废气管道下端的外圆周表面以及内筒16(与废气管道下端口相接，图7中的虚线以下部位)的外圆周表面；也可如图7所示设置，但除去内筒，其功能由蒸汽过热器的管道替代。具体的环绕方式也有多种，可在废气管道外圆周表面环绕成圈状布置(如图8所示)，或者排列成与废气管道轴线平行的直线布置，或者用其它方式。其两个接口33和32分别接通蒸汽输入管道J以及蒸汽输出管道K，以构成完整的蒸汽流通系统。
另外，通过C1级旋风筒出口及管道28的250~400℃废气余热仍通过余热锅炉29生产蒸汽(多余废气由高温风机30分别排向生料磨Y、收尘器R及煤磨T)。
为提高取热效果，该旋风筒中的蒸汽过热器中的部分管道还悬于所述的废气管道下端口以下部位，下悬长度S一般也可根据不同规格的C2级旋风筒而定。
图6、图7、图8中还有：分解炉14、回转窑2、三次风管3、喷煤管1。P为生料喂料口，C1、C2、C3、C4及C5为各级旋风筒，M为至C1旋风筒入口方向，N为C3旋风筒废气进入方向。
本发明在实际应用中可有多种组合系统，具体由图9至图26可知。

Claims (9)

1、水泥窑纯中低温余热发电系统，包括汽轮机、发电机、AQC炉、SP炉或PH炉，窑头熟料冷却机的顶板上设置的抽废气口通过管道与所述的AQC炉相通，其特征在于所述的抽废气口分别是靠近出料端部位的抽废气口(17)和靠近进料端部位的抽废气口(18)，水泥窑窑尾的C2级旋风筒中还设置一由金属管道弯接组合而成的蒸汽过热器，该蒸汽过热器设置在所述的旋风筒内废气管道(27)下端的外圆周表面，并且其两个接口(32)、(33)分别通过蒸汽输入管道以及蒸汽输出管道与所述的SP炉或PH炉相通。
2、根据权利要求1所述的水泥窑纯中低温余热发电系统，其特征在于所述的抽废气口位于熟料冷却机顶板内腔端口的附近设置有废气挡板。
3、根据权利要求1或2所述的水泥窑纯中低温余热发电系统，其特征在于所述的废气挡板分别是位于冷却机顶板内腔靠近进料端的废气挡板(20-3)、靠近出料端的废气挡板(20-1)以及二个抽废气口之间的废气挡板(20-2)。
4、根据权利要求1或2所述的水泥窑纯中低温余热发电系统，其特征在于所述的废气管道的下端口连接有C2级旋风筒内筒(16)，蒸汽过热器设置在该内筒的外圆周表面以及C2级旋风筒废气出口管道下端的外圆周表面。
5、根据权利要求3所述的水泥窑纯中低温余热发电系统，其特征在于所述的废气管道的下端口连接有C2级旋风筒内筒(16)，蒸汽过热器设置在该内筒的外圆周表面以及C2级旋风筒废气出口管道下端的外圆周表面。
6、根据权利要求1或2所述的水泥窑纯中低温余热发电系统，其特征在于所述的蒸汽过热器中的部分管道悬于所述的废气管道下端口以下部位。
7、根据权利要求3所述的水泥窑纯中低温余热发电系统，其特征在于所述的蒸汽过热器中的部分管道悬于所述的废气管道下端口以下部位。
8、根据权利要求4所述的水泥窑纯中低温余热发电系统，其特征在于所述的蒸汽过热器中的部分管道悬于所述的内筒下端口以下部位。
9、根据权利要求5所述的水泥窑纯中低温余热发电系统，其特征在于所述的蒸汽过热器中的部分管道悬于所述的内筒下端口以下部位。
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