专利名称：水泥预分解窑废气余热的发电系统及其发电方法
技术领域：
本发明涉及一种水泥预分解窑废气余热的发电系统及其发电方法，属水泥预分解窑废气处理和余热再利用领域，是对现有利用水泥预分解窑废气余热发电方法的改进。
背景技术：
在水泥生产中回转窑排出一定温度的废气，为了使其废气中的余热得到再利用，减少废气排出对环境的污染，已经有利用中空干法回转窑排出约850℃的气体余热发电的生产线，但由于该类生产线的水泥产量低，经济效益差，这种窑型已不再发展。之后，出现了在回转窑气体出口端加设多级旋风预热器，生料通过多级旋风预热器得到预热，出预热器的废气温度在预热器为四级时降至380～400℃，其余热除供原料烘干外，尚有相当部分不能得到有效利用，为了解决废气余热有效利用的问题，日本率先出现了利用多级旋风预热器的废气余热，在预热器余热锅炉(简称SP炉)内将来自冷却机余热锅炉(简称AQC炉)的热水再加热产生过热蒸汽进行发电的余热发电方法，称之为纯余热发电方法，如图7-1所示，每吨水泥熟料余热发电量为25～30kwh。由于该方法所利用的废气温度低，只能产生低压力、低温度参数的蒸汽，汽轮机组效率低，单位热能发电量低。为了提高其蒸汽参数，出现了在SP炉之后增设一台燃煤锅炉，或称其为补燃炉，对SP炉出来的汽轮机工质再加热的方法，称之为补燃炉法，如图7-2所示。增设补燃炉后会引起整个系统中工质状态的变化，因为当无补燃炉时出SP炉的工质是过热蒸汽，其温度在300℃以上，如仍以此温度的工质进入补燃炉，其排烟温度将会比一般锅炉高出许多，排烟热损失相当可观，导致补燃炉的热效率过低，其结果是得不偿失。因此增加补燃炉后务必加大工质循环量，降低进入补燃炉的工质温度，以求得补燃炉一定的热效率。这意味着在提高蒸汽参数的同时，必须增加蒸汽总量，即其发电量是由余热与为提高蒸汽参数和增加蒸汽量所消耗的燃料取得的，而且由消耗燃料产生的蒸汽量要大于余热产生的蒸汽量，甚至有的为其两倍以上。由于水泥企业规模所限，只能采用专业发电厂限制甚至禁用的小型汽轮机组，其蒸汽参数仍偏低，汽轮机组效率低，其单位电量的耗煤量远高于大型机组。由于在补燃炉法中，总发电量中大部分是由消耗燃料取得的，结果是包括余热在内的每一度的综合标准煤耗仍高于火力发电厂的平均水平420g/kwh，更高于大型电厂的水平350g/kwh。
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结构简单，安装灵活，设备投资低、废气中SO2和NOx的排放量低，利于环保、降低发电成本且提高发电量的水泥预分解窑余热发电系统，同时还提供了一种利用上述发电系统发电的方法，是对现有的水泥预分解窑余热发电方法的一种改进。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案一种水泥预分解窑余热发电系统，它包括由多级旋风预热器与分解炉组成的预分解窑生产设备、生料制备、冷却机余热锅炉、预热器余热锅炉、发电装置及窑尾废气处理系统；其特征在于在相邻两级旋风预热器之间或所述分解炉和与其相邻的旋风预热器之间加设一个三通型热气体分流管，所述三通型热气体分流管设有一个进气口，二个出气口，其分别为第一出气口与第二出气口；所述进气口与所述多级旋风预热器中任一级旋风预热器出气口或所述分解炉出气口连通，所述第一出气口与所述任一级旋风预热器相邻且沿气流方向的下一级旋风预热器或与所述分解炉相邻的下一级旋风预热器连通，第二出气口与所述预热器余热锅炉(简称SP炉)连通。
出气口连接有两种方式其一是当进气口与多级旋风预热器中的任一级旋风预热器出气口连通时，第一出气口与所述任一级旋风预热器相邻且沿气流方向的下一级旋风预热器连通，第二出气口与SP炉之间加设有一旋风分离器组，旋风分离器组的输入端与第二出气口连接，其输出端与SP炉连接处设置有烟气管道调节阀门。
其二是当进气口与所述分解炉出气口连通时，其第一出气口与所述分解炉相邻的第一级旋风预热器连通，在第二出气口与所述SP炉之间还要加设有另一第一级旋风预热器，另一第一级旋风预热器与SP炉之间加设有一旋风分离器组，旋风分离器组的输入端与另一第一级旋风预热器出气口连接，其输出端与所述SP炉连接处设置有烟气管道调节阀门。
上述两种连接方式中的所述旋风分离器组为一级设置，也可以为两级设置。
所述多级旋风预热器组至少设置3级，一般设置3-5级。
为了实现上述目的，本发明还提供了利用上述水泥预分解窑余热发电系统的发电方法，全系统在负压操作下运行，其特征在于步骤1)利用在水泥预分解窑相邻的二级旋风预热器之间或分解炉与第一级旋风预热器之间安装的热气体分流管，使由相邻的二级旋风预热器中的一级旋风预热器或分解炉排出的热气体经所述热气体分流管分流为两部分；步骤2)利用旋风分离器组将热气体分流管分流的气体净化处理后，引入预热器余热锅炉，加热产生过热蒸汽送入汽轮机使其作功发电。
所述多级旋风预热器组至少设置3级，最佳设置3-5级。
在上述技术方案中，加入热气体分流管的作用是减少进入预热器系统的气体量，提高预热器系统内的固气比，即物料量与气体量之比，降低预热器出口废气温度与废气量，降低废气带走的热能，并将所降下来的原温度较低气体中的热能，转移至温度较高的气体中，作为发电热源，以提高蒸汽参数，实现发电量的提高。
加设旋风分离器组的作用在于一是将分流出供发电的含尘热气体净化处理，以降低热气体中粉尘含量，缓解锅炉排管的磨损和积灰，有效地沿长排管的使用寿命和提高锅炉热效率；二是平衡系统的流体阻力。热气体分流后，两股气流是并联的，继续进入预热器系统的热气体要通过多级旋风预热器，而供发电的热气体如直接进入SP炉，前者流体阻力大于后者，为使阻力平衡，势必用管道阀门予以调节，这意味着能量的无谓损失，增加旋风分离器组后，可以使两者阻力趋于平衡，管道阀门仅需进行微调即可控制。
本发明的技术方案所依据的热力学原理如下(1)固气比与预热器出口气体温度的关系以一个单元预热器为例进行分析，设进入预热器的气体量为G1，温度为tG1，平均比热容为CP1，输入预热器的物料量为M1，温度为tm1，平均比热容为C1，则进入预热器的总热为H1＝G1×tG1×CP1+M1×tm1×C1预热气出口的气体量为G2，温度为tG2，平均比热容为CP2，输出预热器的物料量为M2，温度为tm2，平均比热容为C2，则预热器出口的总热量为H2＝G2×tG2×CP2+M2×tm2×C2根据热平衡H1＝H2G1×tG1×CP1+M1×tm1×C1＝G2×tG2×CP2+M2×tm2×C2根据质量平衡G1＝G2＝G；M1＝M2＝M设CP1＝CP2＝CP；C1＝C2＝C并令MG=r]]>r为固气比；设tG2＝tm2可得tG2=tG1×Cp+r×tm1×CCp+r×C]]>dtG2dr=Cp×C(Cp+r×C)2(tm1-tG1)]]>
∵tG1＞tm1∴dtG2dr=(-)]]>上述结果说明随着固气比r的提高，可以使出口气体的温度tG2下降。
(2)温度较低的热能转化为温度较高的热能以预热器、分解炉作为一个独立系统进行分析如图4所示，分流前进入系统的热Hin包括来自回转窑出口气体显热HGK，加入分解炉的燃料热Hf、来自熟料冷却机助燃空气(三次风)显热Ha、喂入物料显热HM0Hin＝HGK+Hf+Ha+HM0离开系统的热Hout包括进入回转窑的物料显热HMK、出口气体显热HG1、碳酸盐分解潜热HCHout＝HMK+HG1+HCHin＝Hout；HGK+Hf+Ha+HM0＝HMK+HG1+HC(1)分流后供发电的热为He，其余各项热同分流前，分别为HGK’、Hf’、Ha’、HM0’、HMK’HG1’HC’Hin’＝HGK’+Hf’+Ha’+HM0’Hout’＝HMK’+HG1’+HC’+HeHin’＝Hout’；HGK’+Hf’+Ha’+HM0’＝HMK’+HG1’+HC’+He(2)为保持水泥窑原有熟料产量，必须具备下列条件，HC＝HC’ HMK＝HMK’HGK＝HGK’喂入物料状态相同HM0＝HM0’由于热气体分流后进入预热器气体量减少，则进入分解炉的物料显热随之降低，为满足上述必须具备的条件，需向分解炉提供补充的热焓，ΔHf，ΔHa；即Hf’＝Hf+ΔHf；Ha’＝Ha+ΔHa将上述结果代入公式(2)，并与公式(1)联列解He＝ΔHf+ΔHa+(HG1-HG1’)＝ΔHf+ΔHa+ΔHG1上述结果说明，供发电的热能He是由降下来的预热器出口气体热焓差ΔHG1和补充的热焓ΔHf+ΔHa构成。原ΔHG1是在预热器出口气体温度下的热能，而He则是从比预热器出口气体温度高的部位引出，说明通过热气体分流后，提高了ΔHG1这部分热能的作功能力。
(3)蒸汽初参数与发电量的关系蒸汽通过汽轮机作出的实际功 WT＝(H1-H2)ηi式中H1为进入汽轮机蒸汽热焓H2为出汽轮机蒸汽热焓ηi为汽轮机相对内效率当蒸汽初参数提高后，初汽热焓为H1’＝H1+ΔH1其作出的实际功为WT’＝(H1’-H2)ηi＝(H1+ΔH1-H2)ηi汽轮机效率可表示为η=WTH1=(H1-H2)ηH1=(1-H2H1)ηi]]>η′=WT′H1′=(H1+ΔH-H2)H1+ΔH=(1-H2H+ΔH)ηi]]>显然 η’＞η上述结果说明，蒸汽初参数的提高，汽轮机的效率就会提高，可以使单位热能的发电量提高。
本发明采用的技术方案，其有益效果如下1.提高水泥预分解窑废气中热能利用率，即提高了单位水泥熟料废气余热的发电量，有效降低了每度电的综合标准煤耗，与现有技术进行比较，余热部分的发电量可提高20％以上。
2.降低建设投资本发明除了提高水泥预分解窑废气中热能利用率外，还是一种相对于补燃炉法的改进。本发明的“补燃”是在已有的分解炉内进行改造，不需要另设补燃炉，对余热的利用仅需一台无燃烧室及其供煤装置的SP炉。而且进入SP炉的热气体比原预热器出口气体温度高，当从第一级旋风预热器出口处引出时其温度为850℃，其与受热工质的平均温度差Δt约220℃，而现有技术进入SP炉的气体温度为380～400℃，其与受热工质的平均温度差Δt约70℃，根据传热定律，在传热量相同时，所需传热面积A与平均温度差Δt为反比关系，A2=Δt1Δt2×A1,]]>其中Δt1＝70℃；Δt2＝220℃A2=13A1,]]>所利用的余热量相同，即传热量相同，则本发明方法SP炉的传热面积即排管数量仅为现有技术中SP炉的 其结果是锅炉用钢量大为降低，有效降低了其建设投资。
3.降低发电成本由于降低每度电的综合标准煤耗和降低建设投资的附带效益降低了固定资产折旧费，两项的综合效果降低了发电成本。
4.有效降低了排放废气中SO2与NOx的含量，即降低了其排放量由于补充的燃料是在分解炉内燃烧的，分解炉内的大量CaO具有很强的脱硫作用，烟气的脱硫率可达85％以上，而且分解炉内燃烧温度为880～900℃，几乎不会生成燃烧的NOx，即所补充的燃料产生的烟气中SO2，NOx的排放量远低于补燃炉和专业火力发电厂，单位电量的烟气中的SO2、NOx排放量降低幅度更大，其环保效益是显著的。
图1为本发明物料流向示意2-1为本发明气体流向模式一的示意2-2为本发明气体流向模式二的示意3为本发明工质流向示意4为本发明热能转移原理示意5-1为本发明热气体分流管与旋风分离器组安装部位一示意5-2为本发明热气体分流管与旋风分离器组安装部位二示意5-3为本发明热气体分流管与旋风分离器组安装部位三示意5-4为本发明热气体分流管与旋风分离器组安装部位四示意6-1为图2-1模式一的5级旋风预热器组设置的发电方法实施例一流程6-2为图2-2模式二的5级旋风预热器组设置的发电方法实施例二流程6-3为图2-1模式一的4级旋风预热器组设置的发电方法实施例三流程6-4为图2-2模式二的4级旋风预热器组设置的发电方法实施例四流程6-5为图2-1模式一的3级旋风预热器组设置的发电方法实施例五流程7-1为现有技术中纯余热发电方法的工艺流程7-2为现有技术中补燃炉发电方法工艺流程图具体实施方式
本发明的物料流向，以五级预热预分解窑为例。如图1所示，水泥生料由出口级旋风预热器7加入，经第四级旋风预热器6、第三级旋风预热器5、第二级旋风预热器4预热后，送入分解炉2将物料中碳酸盐分解，然后送入第一级旋风预热器3内，由第一级旋风预热器3和旋风分离器组分离出的物料送入回转窑1烧制成水泥熟料，回转窑1出窑的水泥热熟料经熟料冷却机10进行冷却降温后，送至储存库。
水泥预分解窑余热发电系统，它包括由多级旋风预热器与分解炉组成的预分解窑生产设备、生料制备设备、AQC炉、SP炉、发电装置及窑尾废气处理系统；多级旋风预热器目前普遍用的是4-5级旋风预热器；通过在任一级旋风预热器与其相邻的沿气流走向的下一级旋风预热器之间或分解炉与第一级旋风预热器之间加设一三通型热气体分流管，热气体分流管有一个进气口，两个出气口，当进气口与任一级旋风预热器出气口连通时，第一出气口与任一级旋风预热器相邻且沿气流方向的下一级旋风预热器连接，第二出气口直接与SP炉进气口连通；也可以将第二出气口与一旋风分离器组进气口连通，旋风分离器组的出气口与SP炉连通。当进气口与分解炉的出气口连通时，第一出气口与第一级旋风预热器的进气口连通，第二出气口与另一第一级旋风预热器的进气口连通，另一第一级旋风预热器出气口与一旋风分离器组连接。
在水泥预分解窑余热发电系统中，热气体分流管及旋风分离器组的设置部位对其发电量的提高起到非常重要的作用，以五级旋风预热预分解窑为例，热气体分流管及旋风分离器组的设置有多种方案方案一如图5-1所示，将热气体分流管安装于第一级旋风预热器与第二级旋风预热器之间，水泥旋风预热预分解窑生产系统由回转窑1、分解炉2、第一级旋风预热器3、第二级旋风预热器4、第三级旋风预热器5、第四级旋风预热器6与出口级旋风预热器7顺序连接而成，热气体分流管8与旋风分离器组9位于第一级旋风预热器3与第二级旋风预热器4之间；热气体分流管8的进气口与第一级旋风预热器3出气口相接，热气体分流管8的一个出气口与旋风分离器组9相接，另一出气口与第二级旋风预热器4进气口相接，热气体分流管8将第一级旋风预热器3送入的热气体分为两部分，其中一部分送入第二级旋风预热器4，顺序通过第二级旋风预热器4、第三级旋风预热器5、第四级旋风预热器6及出口级旋风预热器7预热物料；另一部分经旋风分离器组9净化后送入SP炉16。
方案二如图5-2所示，水泥旋风预热预分解窑生产系统的安装方式基本同方案一，热气体分流管8安装于第二级旋风预热器4与第三级旋风预热器5之间，热气体分流管8的进气口与第二级旋风预热器4出气口相接，热气体分流管8的一个出气口与旋风分离器组9相接，另一出气口与第三级旋风预热器5输入端相接，热气体分流管8将第二级旋风预热器4送入的热气体分为两部分，其中一部分送入第三级旋风预热器4，顺序通过第三级旋风预热器4、第四级旋风预热器5、第五级旋风预热器6及出口级旋风预热器7预热物料，另一部分经旋风分离器组9净化后送入SP炉16。
方案三如图5-3所示，水泥旋风预热预分解窑生产系统的安装方式基本同方案一，热气体分流管8安装于第三级旋风预热器5与第四级旋风预热器6之间，热气体分流管8的进气口与第三级旋风预热器5出气口相接，热气体分流管8的一个出气口与旋风分离器组9相接，另一出气口与第四级旋风预热器6进气口相接，热气体分流管8将第三级旋风预热器5送入的热气体分为两部分，其中一部分送入第四级旋风预热器6，顺序通过第四级旋风预热器6及出口级旋风预热器7预热物料；另一部分经旋风分离器组9净化后送入SP炉16。
方案四图5-4所示，水泥旋风预热预分解窑生产系统的安装方式基本同方案一，热气体分流管8安装于分解炉2与第一级旋风预热器3之间，热气体分流管8的进气口与分解炉2的出气口相接，热气体分流管8的第一出气口与第一级旋风预热器3进气口相接，第二出气口通过设置的另一第一级旋风预热器3’与旋风分离器组9连通；热气体分流管8将来自分解炉2送入的热气体分为两部分，将一部分气体送入第一级旋风预热器3，顺序通过第一级旋风预热器3、第二级旋风预热器4、第三级旋风预热器5、第四级旋风预热器6及出口级旋风预热器7预热物料；另一部分送入另一第一级预热器3’，再经旋风分离器组9净化后送入SP炉16。
本发明是依据热力学原理，利用在水泥预分解窑生产系统中任一位置加设一热气体分流管与旋风分离器组，将水泥预分解预热器出口气体进行分流，其作用是减少进入预热器系统的气体量，提高预热器内的固气比，即物料量与气体量之比，降低预热器出口废气温度与废气量，降低废气带走的热能，并将所降下来的原寓于温度较低气体中的热能，转移至温度较高的气体中，作为发电热源，以提高蒸汽参数，实现发电量的提高。
本发明工质流向如图3所示来自冷凝器19的锅炉用水由锅炉给水泵26打入AQC炉15，水经加温后送到SP炉16再加热产生过热蒸汽供汽轮机17作功发电，汽轮机17出口的蒸汽在冷凝器19内用冷却水将其冷凝为水，然后再由锅炉给水泵26打入AQC炉15，形成一个朗肯循环。
本发明热能转移原理如图4所示通过热气体分流实现温度较低的热能转化为温度较高的热能的目的，以预热器、分解炉作为一个独立系统进行分析，通过分析可知，用于发电的热能He是由降下来的预热器出口气体分流前与分流后的热焓差ΔHG1和补充的热焓ΔHf(补充的燃料热焓)和ΔHa(补充的助燃空气热焓)构成，原ΔHG1是在预热器出口气体温度的热能，而He则是以比预热器出口气体温度高的部位引出，说明通过热气体分流后提高了ΔHG1的作功能力，或者说可产生较高参数的蒸汽，提高汽轮机效率，提高发电量。
本发明的全系统在负压下运行，同时在保持原水泥熟料生产线产量的前提下，在预热预分解系统中的任一级旋风预热器或分解炉与相邻的上一级旋风预热器之间，设置一热气体分流管和与其连接的旋风分离器组，将预热器排出的热气体分成两部分，一部分仍进入预热器系统以预热物料，另一部分经所述的旋风分离器组净化后进入SP炉，产生过热蒸汽供汽轮机作功发电。
依据预热器出口气体的余热是否再利用，确定预热器出口气体温度其及气体走向，形成两种实施模式，以五级旋风预热器预分解窑热气体分流管的进气口与第一级旋风预热器连接为例模式一，如图2-1、图6-1所示，利用五级水泥预热器与分解炉组成的水泥预分解生产系统，将一与旋风分离器组9相接的三通型热气体分流管8的进气口连通第一级旋风预热器3，其一出气口连通第二级旋风预热器4，另一出气口通过一旋风分离器组9与SP炉16入口端相接，旋风分离器组9的出口端设有一烟气管道调节阀门，通过调节其阀门的开度，调节热气体分流管8的热气体分流的比例，以控制经第二级旋风预热器4、第三级旋风预热器5、第四级旋风预热器6、出口级旋风预热器7出口的气体温度；该气体经管道与出SP炉16出口的热气体汇合后共同作为原料烘干的热源，经过窑尾高温引风机20送入原料磨12；经SP炉16产生的过热蒸汽直接进入汽轮机17供其作功发电。
模式二，如图2-2、图6-2所示，利用五级水泥预热器与分解炉组成的水泥预分解生产系统，将一与旋风分离器组相接的三通型热气体分流管8的进气口连通第一级旋风预热器3，其一出气口连通第二级旋风预热器4，另一出气口通过一旋风分离器组9与SP炉16入口端相接，旋风分离器组9的出口端设有一烟气管道调节阀门，通过调节其阀门开度，调节热气体分流管8的热气体分流的比例，将其经第二级旋风预热器4、第三级旋风预热器5、第四级旋风预热器6、出口级旋风预热器7出口的气体温度控制在100℃左右；出口级旋风预热器7出口端设有一引风机27，将出口级旋风预热器7排出的气体经引风机27直接送入增湿塔调质，再经窑尾收尘器14净化后，由窑尾收尘引风机21直接排放；由热气体分流管出口的另一部分气体，经旋风分离器组净化后进入SP炉16，产生过热蒸汽供汽轮机17作功发电，SP炉16出口气体作为唯一的原料烘干的热源。
上述两种气体走向模式，同样适用于三级、四级或六级旋风预分解窑生产系统，都可以达到提高水泥预分解窑废气发电的功效，均利用SP炉16出口气体中的热焓作为原料烘干的热源。
以下结合附图对利用上述发电系统发电的方法作一详细介绍。
实施例一
如图5-1、图6-1所示，利用五级旋风预热器预分解窑的发电系统，它由回转窑1、分解炉2、第一级旋风预热器3、第二级旋风预热器4、第三级旋风预热器5、第四级旋风预热器6、出口级旋风预热器7、热气体分流管8、旋风分离器组9、熟料冷却机10、窑头收尘器11、原料磨12、增湿塔13、窑尾收尘器14、AQC炉15、SP炉16、汽轮机17、发电机18、冷凝器19、窑尾高温引风机20、窑尾收尘引风机21、窑头收尘引风机22、烟气管道调节阀门23、烟气管道阀门24、空气管道阀门25、锅炉给水泵26组成；热气体分流管8与旋风分离器组9安装在第一级旋风预热器3与第二级旋风预热器4之间。气体走向模式采用上述的模式一。
图6-1中的虚线为水的走向，图中实线为气体走向，用箭头指示。
本发明的物料走向如图1所示，水泥生料由出口级旋风预热器7加入，经第四级旋风预热器6、第三级旋风预热器5、第二级旋风预热器4预热后，送入分解炉9将物料中碳酸盐分解，然后送入第一级旋风预热器3内，由第一级旋风预热器3和旋风分离器组9分离出的物料送入回转1烧制成水泥熟料，回转窑1出窑的水泥熟料经熟料冷却机10进行冷却后送至储存库。
本发明的全系统在负压状态下运行，进入熟料冷却机10的冷空气与高温物料热交换后，熟料降温，产生的热空气分为三部分第一部分作为助燃空气(三次风)进入分解炉2；第二部分经窑头收尘器11净化后进入AQC炉15以加热锅炉用水，空气降温后以窑头收尘引风机22排放，当AQC炉15发生故障时，经窑头收尘器11净化后的空气直接由窑头收尘引风机22排放，后者为备用旁路，两者由空气管道阀门25进行切换；第三部分作为助燃空气(二次风)进入回转窑1，回转窑1出口的气体送入分解炉2，分解炉2出口的气体进入第一级旋风预热器3。
在第一级旋风预热器3出口端设置一个三通型热气体分流管8，将热气体分流，第一部分气体进入第二级旋风预热器4，顺序通过第二级旋风预热器4、第三级旋风预热器5、第四级旋风预热器6、出口级旋风预热器7预热物料，气体温度随之逐步降低；第二部分经旋风分离器组9进行净化后进入SP炉16，作为SP炉16的热源用于发电，出SP炉16的气体与出出口级旋风预热器7的气体汇合后进入窑尾高温引风机20，在旋风分离器组9与SP炉16的连通管道和出口级旋风预热器7出口管道上各设一个烟气管道调节阀门23，以调节两者气体分流比例。窑尾高温引风机20出口气体进入原料磨12对原料进行烘干，然后经窑尾收尘器14予以净化后由窑尾收尘引风机21排放。当原料磨12停机时，窑尾高温引风机20出口的气体经增湿塔13调质后，经窑尾收尘器14予以净化后由窑尾收尘引风机21予以排放。在窑尾高温引风机20与原料磨12之间的连通管道上和在窑尾高温引风机20与增湿塔13之间的连通管道上各设有烟气管道阀门24，对两路气体进行切换。当SP炉16发生故障时，将出口级旋风预热器7与窑尾高温引风机20之间的烟气管道调节阀门23调整至全开状态并关闭旋风分离器组9与窑尾高温引风机20之间的烟气管道阀门23，同时打开窑头收尘器11与窑头收尘引风机22之间的空气管道阀门25并关闭窑头收尘器11与AQC炉15之间的空气管道阀门。这时发电系统处于停机状态。
上述发电方法的流程中，其工质流向如图3所示，来自冷凝器19的锅炉用水由锅炉给水泵26打入AQC炉15，水经加温后送到SP炉16再加热产生过热蒸汽供汽轮机17作功发电，汽轮机17出口的蒸汽在冷凝器19内用冷却水将其冷凝为水，然后再由锅炉给水泵26打入AQC炉15，形成一个朗肯循环。
实施例二如图5-1、图6-2所示，利用五级旋风预热器预分解窑的发电系统，其设备安装与实施例一基本相同，不同处在于出口级旋风预热器7与增湿塔13之间加设一引风机27，气体走向模式采用前述的模式二，出口级旋风预热器7出口气体经引风机27直接送入增湿塔13进行调质后经窑尾收尘器14予以净化，再由窑尾收尘引风机21直接排放，在出口级旋风预热器7与窑尾高温引风机20之间设一旁路管道，并设置一个烟气管道阀门24，在正常发电期间，此烟气管道阀门24呈关闭状态。当SP炉16发生故障时，打开此烟气管道阀门24，同时关闭旋风分离器组9与SP炉16之间和出口级旋风预热器7与引风机27之间的烟气管道阀门24。与其同时打开窑头收尘器11与窑头收尘引风机22之间的空气管道阀门25，关闭AQC炉15与窑头收尘器11之间的空气管道阀门25，这时发电系统处于停机状态。
图6-2中的虚线为水的走向，实线为气体走向，用箭头指示。
此实施例出口级旋风预热器7的出口气体余热不再作为原料烘干热源，由SP炉16排出的热气体作为原料烘干的唯一热源。
物料走向和工质走向同实施例一，不再重复介绍。
实施例三采用四级旋风预热预分解窑生产系统，其发电系统的设置及发电方法采用模式一。
如图6-3所示，整个系统由回转窑1、分解炉2、第一级旋风预热器3、第二级旋风预热器4、第三级旋风预热器5、出口级旋风预热器7，热气体分流管8、旋风分离器组9、熟料冷却机10、窑头收尘器11、原料磨12、增湿塔13、窑尾收尘器14、AQC炉15、SP炉16、汽轮机17、发电机18、冷凝器19、窑尾高温引风机20、窑头收尘器21、窑头收尘引风机22、烟气管道调节阀门23、烟气管道阀门24、空气管道阀门25、锅炉给水泵26组成；热气体分流管8与旋风分离器组9安装在第一级旋风预热器3与第二级旋风预热器4之间。
物料走向和工质走向与实施例一相同。
气体走向与实施例一相同。
实施例四采用四级旋风预热预分解窑生产系统，其其发电系统的设置及发电方法采用模式如图6-4所示，整个生产系统与实施例三基本相同，不同处在于出口级旋风预热器7出口处与增湿塔之间加设了一台用于克服预热器系统流体阻力的引风机27；物料走向和工质走向与实施例一相同。
其气体走向与实施例二相同。
实施例五采用三级旋风预热预分解窑生产系统，其发电系统的设置以及发电方式采用模式一。
如图6-5所示，整个系统由回转窑1、分解炉2、第一级旋风预热器3、第二级旋风预热器4、出口级旋风预热器7、热气体分流管8、旋风分离器组9、熟料冷却机10、窑头收尘器11、原料磨12、增湿塔13、窑尾收尘器14、AQC炉15、SP炉16、汽轮机17、发电机18、冷凝器19、窑尾高温引风机20、窑头收尘器21、窑头收尘引风机22、烟气管道调节阀门23、烟气管道阀门24、空气管道阀门25、锅炉给水泵26组成，热气体分流管8与旋风收尘器组9安装在第一级旋风预热器3与第二级旋风预热器4之间。
热气体分流管8的一个出气口与第二级旋风预热器4的进气口连通，另一出气口与旋风分离器组9连接，其它部件的设置和出口级级旋风预热器7出口气体与SP炉16出口气体汇合后的流程与实施例一相同，在此不再赘述。
物料走向和工质走向与实施例一相同。
其气体走向与实施例一相同。
上述各实施例实施后的单位熟料发电量，单位熟料余热发电量及单位发电量综合标准煤耗指标如表1中数据所示。
表1
注达到上述效果的基础条件是1)未加发电设施前，预分解窑的运行参数如表2所示表2
2)篦式冷却机余风量1.2m3/kg熟料余风温度 215℃3)汽轮机组锅炉出口蒸汽压力3.82MPa； 温度450℃汽轮机进口蒸汽压力 3.43MPa； 温度435℃汽轮机出口蒸汽压力 0.0069MPa；温度39℃4)原料的初水分为5％从上述效果与现有技术进行比较，余热部分的发电量可提高20％以上。
本发明可以在已有水泥预分解窑生产线上实施，也可以直接应用于新建生产线。
当在已有水泥预分解窑生产线上实施时，需对现有系统作适当改造。
由于需要向分解炉2提供补充的热能，即分解炉2内燃料量增加，为使燃料燃烧有足够的空间，分解炉2需适当扩容，或在已有分解炉2之前预置燃烧室或流态化炉等措施。
由于热气体分流后，预热器系统内气体量减少；为保持各级旋风预热器之间的气体管道内一定的气体流速，管道有效内径需相应缩小。
权利要求
1.一种水泥预分解窑余热发电系统，它包括由多级旋风预热器与分解炉组成的预分解窑生产设备、生料制备、冷却机余热锅炉、预热器余热锅炉、发电装置及窑尾废气处理系统；其特征在于在相邻两级旋风预热器之间或所述分解炉和与其相邻的旋风预热器之间加设一个三通型热气体分流管，所述三通型热气体分流管设有一个进气口，二个出气口，其分别为第一出气口与第二出气口；所述进气口与所述多级旋风预热器其中的任一级旋风预热器出气口或所述分解炉出气口连通，所述第一出气口与所述任一级旋风预热器相邻且沿气流方向的下一级旋风预热器或与所述分解炉相邻的第一级旋风预热器连通，第二出气口与所述预热器余热锅炉连通。
2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于所述第二出气口与所述预热器余热锅炉之间加设有一旋风分离器组。
3.根据权利要求2所述的发电系统，其特征在于所述旋风分离器组为一级或两级，其输入端与所述第二出气口连接，其输出端与所述预热器余热锅炉连接处设置有烟气管道调节阀门。
4.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于所述第二出气口与所述预热器余热锅炉之间加设有另一第一级旋风预热器。
5.根据权利要求4所述的发电系统，其特征在于所述另一第一级旋风预热器与所述预热器余热锅炉之间加设有一旋风分离器组。
6.根据权利要求5所述的发电系统，其特征在于·所述旋风分离器组为一级或两级，其输入端与所述另一第一级旋风预热器出气口连接，其输出端与所述预热器余热锅炉连接处设置有烟气管道调节阀门。
7.根据权利要求1或2或5或6所述的发电系统，其特征在于所述旋风预热器组至少设置三级。
8.根据权利要求1或2或5或6所述的发电系统，其特征在于所述旋风预热器组为3-5级。
9.一种权利要求1-8任一项所述的水泥预分解窑余热发电系统的发电方法，全系统在负压操作下运行，其特征在于步骤1)利用在水泥预分解窑相邻的两级旋风预热器之间或分解炉与第一级旋风预热器之间安装的热气体分流管，使由相邻的两级旋风预热器中的一级旋风预热器或分解炉排出的热气体经所述热气体分流管分流为两部分；步骤2)利用旋风分离器组将热气体分流管分流的气体净化处理后，引入预热器余热锅炉，加热产生过热蒸汽送入汽轮机使其作功发电。
全文摘要
本发明公开了一种水泥预分解窑废气余热发电系统及其发电方法，其发电系统包括由多级旋风预热器与分解炉组成的预分解窑系统、生料制备系统、AQC炉、SP炉及发电装置；其特征为在相邻两级旋风预热器之间或分解炉与第一级旋风预热器之间加设一三通型热气体分流管，热气体分流管进气口与任一级旋风预热器或分解炉相接，其出气口之一与任一级旋风预热器相邻且沿气流方向的下一级旋风预热器或第一级预热器相接，另一出气口与SP炉连通或通过一旋风分离器组与SP炉连通，分流后的热气体净化后经SP炉产生过热蒸汽，送入发电装置作功发电。余热发电量提高20％以上，排放SO
文档编号F27D17/00GK1635324SQ20041004960
公开日2005年7月6日 申请日期2004年6月21日 优先权日2004年6月21日
发明者孙义燊 申请人:孙义燊