专利名称：一种水泥生产中的能源分级利用系统的制作方法
技术领域：
本发明属于水泥生产技术领域，涉及ー种水泥生产中的能源分级利用系统。
背景技术：
当前我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境被破坏的代价，这两者之间的矛盾日趋尖锐，这种状况与经济 结构不合理、增长方式粗放直接相关。不加快调整经济结构、转变增长方式，资源支撑不了，环境容纳不下，社会承受不起，经济难以继续稳定发展下去。只有坚持能源的高效利用、清洁发展、安全发展，才能实现经济又好又快发展。能源问题产生的根源在于社会对能源的需求超过了能源行业的供给能力。从能源需求看，虽然目前钢铁、水泥、电解铝三大行业的增速放缓，但由于近年来三大高耗能行业的产能迅速扩张，能源需求的总量仍然很大。而从能源供给能力的角度看，虽然目前能源行业的产能扩张现象十分明显，但由于建设周期较长，产能扩张速度低于能源需求的增长速度，能源供求矛盾仍然无法缓解。从上个世纪80年代以来，エ业能源消耗一直占据全国总消耗量的70%左右，能源利用效率很低，创造单位GDP所耗费的能源是世界平均水平的6倍多。水泥エ业更是名符其实的高能耗行业，能耗明显高于其他国家能耗水平国外新型干法水泥生产线每吨熟料单位煤耗为100千克标煤，而我国则在150千克标煤左右，比国外高出50%。何况我国目前还有占70%左右的立窑和其他落后エ艺生产线生产的水泥，它们的吨水泥能耗更是在新型干法水泥之上。水泥行业生产成本中能源部分所占总成本的比例很大。特别是2008年5月份后煤炭又开始加速上涨，同比上涨幅度目前已经超过了 80%。而能源在水泥成本中占的比例已经高达70%左右，其中煤炭和电カ在成本中的比例一般都超过40%和20% ;而且，发改委宣布，自2008年7月I日起，将全国销售电价平均每千瓦时提高2. 5分钱。电カ价格的上调，将会显著增加水泥的能源成本。能源价格上升将导致水泥生产成本加大，控制成本的难度増加，甚至出现开エ不足的现象。电カ短缺的矛盾也是越发突出，很多地方不得不施行拉闸限电措施。水泥生产过程中能源消耗主要在风机和磨机，他们普遍功率都较大，且消耗的是优质的二次能源——电能。近些年随着立磨的广泛使用，磨机的能耗比例大大降低，而风机的能耗在总的水泥生产能源消耗中所占比例变得越来越大，针对风机的节能工作有很大潜力。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种水泥生产中的能源分级利用系统，采用能源多级利用的方式克服了普通水泥生产中电力消耗多，能源利用效率低，生产成本高的的缺陷，最大限度地实现了能源的高效利用。
本发明是通过以下技术方案来实现包括供能系统和水泥生产系统，其中供能系统包括供热锅炉生产高温高压蒸汽；背压式发电机组利用高温高压蒸汽发电；背压蒸汽分流装置将高温高压蒸汽发电做功后的背压蒸汽进行分流，一部分输送到热カ站，一部分输送到拖动汽轮机做功；拖动汽轮机背压蒸汽推动拖动汽轮机做功，汽轮机拖动用于水泥生产的风机；
拖动汽轮机冷凝水回流装置回收蒸汽做功后冷凝所形成的冷凝水。所述的供能系统还包括水泥窑头余热利用锅炉烟气首先进入沉降室中沉降烟气中的灰尘，然后进入到窑头余热利用锅炉换热，将其温度降低至100 120°C ；水泥窑尾余热利用锅炉吸收烟气的能量，将其温度降低至200 250°C。所述的水泥窑头余热利用锅炉和水泥窑尾余热利用锅炉所产生的蒸汽汇合后与背压蒸汽分流装置分流的管网相连接，作为推动拖动汽轮机的能源备份。所述的水泥窑头余热利用锅炉和水泥窑尾余热利用锅炉所产生的蒸汽被输送至低压余热汽轮机做功，通过低压余热发电机发电。所述的供热锅炉为高温高压循环流化床锅炉。所述的蒸汽分流装置包括分流至热カ站的管网和分流至汽轮机的管网。所述的供热锅炉还设有旁路管道与拖动汽轮机相连接，该旁路管道上设有减温减压器。所述的汽轮机为多个，拖动的风机包括窑尾高温风机、收尘排风风机、原料磨循环风机和水泥磨。所述的汽轮机冷凝水回流装置包括凝汽器，蒸汽推动汽轮机做功后进入凝汽器，与循环冷却水进行换热，凝结成为凝结水；凝结水泵，凝结水泵将凝结水输送至除氧器或低压加热器进行加热；冷却塔，循环冷却水吸热升温后进入冷却塔，经过冷却后，通过循环水泵送入凝汽器循环使用。与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果本发明提供的水泥生产中的能源分级利用系统，提出了水泥生产过程中的多级能源利用针对水泥生产线拖动风机功率大的特点，将传统的电机拖动技术转化为发电和发电后蒸汽的转机拖动系统，即高压蒸汽先进行背压发电，做功后进行分流部分蒸汽拖动汽轮机做功代替大功率电机，减少能量转换环节，也就有相应地避免了效率损失，使整个エ业项目生产运行中能源利用状况达到一种较为理想的状态。为了解决拖动汽轮机使用低參数蒸汽和背压式发电机组需要提高工质參数的问题，采用高温高压锅炉和背压汽轮发电机配合降压的方式。锅炉出口蒸汽是高温高压的，高温高压蒸汽进入背压汽轮发电机，通过做功把蒸汽參数降低。同时配置减温减压器，即使背压式发电机组不能正常工作时仍可以不影响拖动汽轮机的蒸汽供应需要。
能源梯级利用系统的理论基础是热力学三大定律。热功转换效率与温度和压カ的高低有夫，エ质的温度压カ越高，做功效率越高。一切不可逆过程均朝着降低エ质所含能量的方向进行。逐级多次利用就是高质能源的能量分多级利用，而不是在一个设备或过程中全部用完。因为在使用高热值能源的过程中，能源含有的能量(焓)是逐渐下降的，而每种设备在进行能量转换时，总有ー个最经济合理的使用温度范围。这样，当高质能源在ー个装置中已降至经济适用范围以外吋，即可转至另ー个能够经济使用这种较低能质的装置中去，使总的能源利用率达到较高水平。能源的梯级利用的最显著的特点是可以提高整个系统的能源利用效率。进ー步，运用窑头窑尾的余热利用包括窑头窑尾的余热的发电利用和拖动汽轮机做功两种方式，在能源充分利用的情况下保证系统的安全性和可靠性水泥生产过程中由窑头熟料冷却机和窑尾预热器排放的350°C以下的废气，其热量占水泥熟料烧成系统总耗热量的30%以上，纯低温余热发电技术就是将水泥 窑窑头、窑尾排放的废气余热转化为电能；将余热发电蒸汽管网与拖动蒸汽管网合并，即使在供热锅炉全部停机的极端エ况下，利用水泥线自身的废气余热能量，也能使汽轮机转机拖动系统安全停车；而当余热锅炉出现故障或发电系统生产不正常时，烟气可不通过余热锅炉而直接流向主烟道，使整个热能回收发电装置解列，确保水泥线生产的稳定运行。并且进一步实现水泥余热发电的大型化和系统融合将余热发电蒸汽与背压发电排汽參数设置为同參数，部分排汽补充进余热管网二次发电。在实现能源多级利用之后，具有以下明显的优势I、减少能量转换环节普通的水泥エ艺是通过电动机拖动高耗能设备，需经两次能量转换(1)由汽轮机的机械能转换为电能的过程，普通发电机(3丽为例)效率为96% ；(2)电能转换为机械能的过程电能最終要通过电动机转化为机械能，我国目前广泛应用的Y系列电动机效率平均值为87. 3%。而本发明采用拖动汽轮机拖动高耗能设备，省去此转换环节，减少能源损耗，节能效果显著。2、减少输变电损耗普通的水泥エ艺是通过电动机拖动高耗能设备。电动机拖动高耗能设备就需要通过电网向用户供电，即发电机一升压变压器ー输电线路一降压变压器一用户。这ー过程产生的能量损耗有(I)发电过程损耗；(2)升压/降压变压器损耗(因漏磁、铜损和铁损)，变压器都有空载损耗及负载损耗；(3)输电线路损耗，线路损耗有以下几部分组成①线路自身阻抗(主要是容抗和感抗)产生能量损耗；②由于线路有电压，而线间和线对接之间的绝缘有漏电，造成的能量损耗；③电晕损耗架空输电线路带电部分的电晕放电造成的能量损耗。而本发明采用拖动汽轮机拖动高耗能设备，可省去上述过程，減少能量损耗，达到节能效果。3、增加电网稳定性普通的水泥エ艺是通过电动机拖动高耗能设备，而大容量电动机全压直接启动时对电网影响极大。对电网的影响主要表现在两个方面①超大型电机直接起动的大电流对电网的冲击几乎类似于三相短路对电网的冲击，常常会引发功率振荡，使电网失去稳定。②起动电流中含有大量的高次谐波，会与电网电路參数引起高频谐振，造成继电保护误动作、自动控制失灵等故障。而本发明采用拖动汽轮机拖动高耗能设备，避免大容量电动机启动对电网的冲击，增加了电网的稳定性。4、由于省去了上述能量转换和传输环节，同时也避免了建设投资。即免去了发电机、电动机、升降压变压器，开关和断路器，输电线等设备的直接和间接投资或容量投资，减少了变电站的土建投资，维护使用费用等。节约了电カ容量所帯来的设计、施工、安装、调试、试运行所用的时间，使项目能早日投产。通过减少上述环节，大大节约了设计、施工、安装、调试、试运行所用的时间，可以使水泥生产早日投产，早日见到效益。
图I为本发明的系统结构示意图。其中，I为供热锅炉，2为背压汽轮机，3为背压发电机，4为拖动汽轮机，5为高压除氧器，6为高压给水泵，7为水泥窖头余热锅炉，8为水泥窖尾余热锅炉，9为低 压余热汽轮机，10为低压余热发电机，11为凝汽器；12为凝结水泵，13为真空除氧器，14为余热锅炉给水泵，15为减温减压器。
具体实施例方式本发明提供一种水泥生产中的能源分级利用系统，采用能源多级利用的方式克服了普通水泥生产中电力消耗多，能源利用效率低，生产成本高的的缺陷；并进ー步从整体上对能源利用上对余热利用进行整合，使整个能源利用率大大得到提高。下面结合具体的实施例对本发明做进ー步的详细说明，所述是对本发明的举例解释而不是限定。參见图1，一种水泥生产中的能源分级利用系统，包括供能系统和水泥生产系统，其中所述的供能系统为能源多级利用系统，而水泥生产系统为耗能系统。供能系统包括供热锅炉I :生产高温高压蒸汽；背压式发电机组利用高温高压蒸汽发电，包括背压式汽轮机2和背压式发电机3 ;蒸汽分流装置将高温高压蒸汽发电做功后的背压蒸汽进行分流，一部分输送到热カ站，用于加热高压除氧器5，高压除氧器5流出的水通过高压给水泵6继续供水给供热锅炉1，一部分输送到拖动汽轮机4做功；拖动汽轮机4 :分流的背压蒸汽推动拖动汽轮机4做功，汽轮机拖动用于水泥生产的风机；拖动汽轮机冷凝水回流装置回收蒸汽做功后冷凝所形成的冷凝水。所述的蒸汽分流装置包括分流至热カ站的管网和分流至拖动汽轮机的管网。具体的背压蒸汽通过蒸汽分流装置的管网将蒸汽送到各拖动汽轮机(エ业汽轮机)，由エ业汽轮机驱动水泥线各大功率风机包括窑尾高温风机、收尘排风风机、原料磨循环风机、水泥磨等(收尘风机、高温风机、原料磨风机等的功率都很大，单机功率普遍超过3500KW)，蒸汽作完功后凝结成水再返回锅炉循环使用。凝结水、冷却水全部统ー规划回收，完全达到零排放。蒸汽推动エ业汽轮机做功后的乏汽进入凝汽器，与循环冷却水进行换热，乏汽凝结成为凝结水，然后经过凝结水泵输送至除氧器或低压加热器进行加热后再进入汽水循环。冷却乏汽的循环水吸热升温后进入到机械通风冷却塔，经过冷却后，通过循环水泵送入凝汽器继续冷却乏汽。由于采用能源多级利用，为了解决拖动汽轮机使用低參数蒸汽和背压式发电机组需要提高工质參数的问题，采用高温高压锅炉和背压汽轮发电机配合降压的方式。利用一次能源转化为优质二次能源(电能)的同时，排放出能源品质相对较低的背压蒸汽，背压式汽轮机排汽(背压蒸汽)所含的热量绝大部分被热下道エ序利用。从燃料的热利用系数来看，背压式汽轮机装置的热效率较凝汽式汽轮机为高，而且背压式汽轮机采用喷嘴调节配汽方式，以保证在エ况变动时效率改变不大，热负荷较稳定，非常适宜作为エ业拖动汽轮机的动カ来源。 上述能够分级利用系统中，供热锅炉出口蒸汽是高温高压的，可以提高机组效率问题；高温高压蒸汽进入背压汽轮发电机，通过做功把蒸汽參数降低，然后就可以进行汽轮机的拖动做功了。而处于安全方面的考虑，供热锅炉I还设有旁路管道与拖动汽轮机4相连接，该旁路管道与背压蒸汽输送到背压式汽轮机2做功的管道相并联，其上设有减温减压器15，即使背压式发电机组不能正常工作时仍可以不影响拖动汽轮机4的蒸汽供应需要。具体的供热锅炉种类的选择可根据具体情况选择，比如待建区域矸石储量多的特点，则将建设高温高压循环流化床锅炉，产生高温高压蒸汽，推动背压式汽轮机做功发电，实现能量第一次分级利用。蒸汽发电做功之后，背压机排汽分成两部分，一部分供给热カ站自身除氧加热系统，另一部分供给水泥线大型风机的动カ拖动，拖动装置凝结水再回收至热力站循环使用，完成能量的第二次梯级利用。水泥生产过程中由窑头熟料冷却机和窑尾预热器排放的350°C以下的废气，其热量占水泥熟料烧成系统总耗热量的30%以上。从整个水泥生产节能考虑，将余热利用加入到上述能源分级利用系统上，则进行以下烟气余热综合利用考虑余热利用锅炉的设置为窑尾部分在窑尾预热器废气出口设置水泥窖尾余热锅炉8，具体采用SP余热锅炉。从预热器出来的350°C左右的烟气从顶部进入SP余热锅炉，由于其烟气具有粉尘浓度高(约为80 100g/Nm3)、粉尘颗粒细、粉尘比电阻高、粉尘硬度低等特点，对锅炉受热面的磨损不严重、但容易积灰，因此在SP余热锅炉内设置振打除灰装置。烟气在锅炉内经过能量交换后，温度为220°C左右,进入原水泥系统。窑头部分在窑头冷却机废气出ロ设置水泥窖头余热锅炉7，具体为AQC余热锅炉，采用双压技术。窑头烟气含有磨损性较强的熟料微粒，含尘浓度约为20 30g/Nm3左右，具有干燥，粉尘粒径大、磨损性大、粘附性不强等特点；为减轻锅炉受热面磨损，提高锅炉的使用寿命，在AQC锅炉前设置沉降室。350°C左右的烟气从篦冷机中部抽出后进入沉降室，在沉降室内约有60%的灰尘沉降下来，灰尘通过拉链机送到水泥熟料系统。烟气从顶部进入AQC余热锅炉，在锅炉内经过能量交换成为温度为100°C左右的烟气，进入水泥系统的窑头电收尘器。窑头、窑尾余热锅炉均设有旁通烟气管道。当余热锅炉出现故障或发电系统生产不正常时，烟气可不通过余热锅炉而直接流向主烟道，确保水泥线生产的稳定运行。
进ー步，对水泥余热发电的大型化和系统融合余热发电蒸汽管网与拖动蒸汽管网合并，即将水泥窑头余热利用锅炉和水泥窑尾余热利用锅炉所产生的蒸汽汇合后与背压蒸汽分流装置分流的管网相连接，作为推动拖动汽轮机的能源备份。即使在供热锅炉全部停机的极端エ况下，利用水泥线自身的废气余热能量，也能使转机拖动系统安全停车。而纯低温余热发电技术就是将水泥窑窑头、窑尾排放的废气余热转化为电能，水泥窑头余热利用锅炉7和水泥窑尾余热利用锅炉8所产生的蒸汽被输送至低压余热汽轮机9做功，通过低压余热发电机10发电，余热发电之后的蒸汽通过凝汽器11凝结之后生成凝结水，凝结水通过凝结水泵12输送到真空除氧器13加热除氧，然后通过余热锅炉给水泵14向水泥窑头余热利用锅炉7和水泥窑尾余热利用锅炉8供水。 上述锅炉情况规划容量为2XST+2XSP余热锅炉+纯低温余热双压1XNZ22MW汽轮发电机组；使水泥生产线的自供电量达到1/3以上。由于水泥生产过程中窑尾相对稳定，窑头极不稳定，烟气波动量很大，结合能源分级利用系统特点，设计时有意识选择和水泥余热參数相同的背压式汽轮机，在窑头不稳定的情况下，通过背压汽轮机排汽向余热汽轮机少量补汽，来保证低压余热汽轮机处于安全平稳运行，设备利用小时数明显增加，实现能量的第三次梯级利用。余热发电由原一条线一台机进行合并装机，提高装机容量。将背压发电排汽參数与余热发电蒸汽设置为同參数，部分背压排汽补充进余热管网二次发电。具体的按照将上述能源分级利用系统，针对某新型干法预分解水泥生产就可进行以下设计规划建设ニ条4800t/d熟料水泥生产线，年产熟料298万t ;年产水泥400万t项目，配套建设B15MW背压供电系统和エ业汽轮机拖动系统(称为水泥转机热功联动系统)和余热发电系统(20MW纯低温余热发电系统)。背压供电系统和エ业汽轮机拖动系统中背压汽轮机排汽的次中温中压參数排汽供给エ业汽轮机，由エ业汽轮机驱动水泥厂一期2台窑尾高温风机(3050KW)、2台收尘排风风机(1460KW)、2台原料磨循环风机(3700KW)、1台水泥磨(3905KW)的运行，并针对二期扩建规划I台150t/h高温高压CFB锅炉+1台B18丽高温高压背压式汽轮机+1台NZ30-1. 50/0. 35型低压凝汽式汽轮机。余热发电系统包括余热电站系统新建2台ST和2台SP水泥余热锅炉，4台水泥余热锅炉产生的蒸汽配套I台纯低温余热双压20MW汽轮发电机组；水泥热功联供系统新建2台150t/h高温高压CFB锅炉ー用ー备，配套I台B15MW汽轮发电机组。在上述系统的管理中，赋予エ业汽轮机的操作员比水泥生产线的操作员更高的优先权，水泥生产线的操作员的操作要事先得到エ业汽轮机的操作员的许可，得到授权后才能进行。他的操作要在エ业汽轮机操作员的监视下进行。エ业汽轮机的操作员可以随时中断水泥操作员的操作；水泥操作员可以看到自己操作的结果反馈。在被允许的情况下，水泥操作员可以把エ业汽轮机当做普通电机看待，进行加減速和停机。
权利要求
1.一种水泥生产中的能源分级利用系统，其特征在于，包括供能系统和水泥生产系统，其中供能系统包括 供热锅炉生产高温高压蒸汽； 背压式发电机组利用高温高压蒸汽发电； 背压蒸汽分流装置将高温高压蒸汽发电做功后的背压蒸汽进行分流，一部分输送到热カ站，一部分输送到拖动汽轮机做功； 拖动汽轮机背压蒸汽推动拖动汽轮机做功，汽轮机拖动用于水泥生产的风机； 拖动汽轮机冷凝水回流装置回收蒸汽做功后冷凝所形成的冷凝水。
2.如权利要求I所述的水泥生产中的能源分级利用系统，其特征在于，所述的供能系统还包括 水泥窑头余热利用锅炉烟气首先进入沉降室中沉降烟气中的灰尘，然后进入到窑头余热利用锅炉换热，将其温度降低至100 120°C ； 水泥窑尾余热利用锅炉吸收烟气的能量，将其温度降低至200 250°C。
3.如权利要求2所述的水泥生产中的能源分级利用系统，其特征在于，所述的水泥窑头余热利用锅炉和水泥窑尾余热利用锅炉所产生的蒸汽汇合后与背压蒸汽分流装置分流的管网相连接，作为推动拖动汽轮机的能源备份。
4.如权利要求2所述的水泥生产中的能源分级利用系统，其特征在于，所述的水泥窑头余热利用锅炉和水泥窑尾余热利用锅炉所产生的蒸汽被输送至低压余热汽轮机做功，通过低压余热发电机发电。
5.如权利要求2所述的水泥生产中的能源分级利用系统，其特征在于，水泥窑头余热利用锅炉为SP余热锅炉，水泥窑尾余热利用锅炉为AQC余热锅炉；水泥窑头余热利用锅炉、水泥窑尾余热利用锅炉均设有旁通烟气管道。
6.如权利要求I所述的水泥生产中的能源分级利用系统，其特征在于，所述的供热锅炉为高温高压循环流化床锅炉。
7.如权利要求I所述的水泥生产中的能源分级利用系统，其特征在于，所述的蒸汽分流装置包括分流至热カ站的管网和分流至汽轮机的管网。
8.如权利要求I所述的水泥生产中的能源分级利用系统，其特征在于，所述的供热锅炉还设有旁路管道与拖动汽轮机相连接，该旁路管道上设有减温减压器。
9.如权利要求I所述的水泥生产中的能源分级利用系统，其特征在于，所述的汽轮机为多个，拖动的风机包括窑尾高温风机、收尘排风风机、原料磨循环风机和水泥磨。
10.如权利要求I所述的水泥生产中的能源分级利用系统，其特征在于，所述的汽轮机冷凝水回流装置包括 凝汽器，蒸汽推动汽轮机做功后进入凝汽器，与循环冷却水进行换热，凝结成为凝结水； 凝结水泵，凝结水泵将凝结水输送至除氧器或低压加热器进行加热； 冷却塔，循环冷却水吸热升温后进入冷却塔，经过冷却后，通过循环水泵送入凝汽器循环使用。
全文摘要
本发明公开了一种水泥生产中的能源分级利用系统，采用能源多级利用的方式克服了普通水泥生产中电力消耗多，能源利用效率低，生产成本高的缺陷；并进一步从整体上对能源利用上对余热利用进行整合，使整个能源利用效率大大得到提高。
文档编号F01D15/08GK102690071SQ20121017391
公开日2012年9月26日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者姜耀邦, 张国鹏, 惠丽娟, 成璋, 曾祥涛, 李涛, 杨永宏, 杨秀军, 江建刚, 王全根, 王彦普, 王志芹, 王晓燕, 王辉, 童金亮, 郭幸伟, 项敏 申请人:陕西大唐新能电力设计有限公司