水泥線配套余熱發(fā)電汽輪發(fā)電機房熱力系統(tǒng)優(yōu)化設計

實施余熱發(fā)電項目，可大大降低水泥企業(yè)生產(chǎn)用電量與能耗成本，進一步提高企業(yè)的市場競爭力。但從現(xiàn)階段水泥窯余熱發(fā)電在實際運行情況來看，余熱發(fā)電系統(tǒng)仍存在著一些問題，需要持續(xù)不斷進行創(chuàng)新，以便完善改進。隨著社會的發(fā)展，大家越來越重視各種資源的節(jié)約和再利用，余熱發(fā)電汽輪機房熱力系統(tǒng)的優(yōu)化設計是整個余熱發(fā)電系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，也是余熱發(fā)電最繁雜的系統(tǒng)，當中包含抽真空系統(tǒng)、凝結水系統(tǒng)、給水系統(tǒng)等各個子系統(tǒng)，下面分別從各個子系統(tǒng)入手進行優(yōu)化設計，從而達到節(jié)能、節(jié)水、降噪等目的。

1、真空除氧器相關系統(tǒng)優(yōu)化設計真空除氧器主要由真空除氧器給水箱、除氧頭、除氧器射水箱、水噴射泵、射水循環(huán)泵組成。原真空除氧器的補水都采用除鹽水，分別給真空除氧器給水箱和除氧器射水箱補充，同時，它們所排污水也同時被收集后輸送到疏水箱中，如圖1所示。圖1原真空除氧器補水和排污系統(tǒng)通過分析除氧器的結構發(fā)現(xiàn)，真空除氧器水箱和除氧器射水箱中間由一道隔板隔開，從節(jié)水角度思考，除氧器的補水分別采用除鹽水和工業(yè)水，同時，排污也分別收集，如圖2所示。圖2優(yōu)化后真空除氧器補水和排污系統(tǒng)這樣可以降低除鹽水的用量，從而降低生產(chǎn)運行成本，進而達到節(jié)能的目的。分別收集的污水，其中進入疏水箱的污水可在緊急情況下用于補水，而進入射水箱的污水可以通過對射水箱溢流排污的收集輸送至循環(huán)水池使用，真正達到水資源的充分利用。汽輪發(fā)電機房的真空除氧器通常布置在12m平臺上方，其正下方通常為7m的中控室，操作人員反饋，在運行過程中除氧器水噴射泵和射水循環(huán)泵的運行會產(chǎn)生部分的振動和噪聲，為改善這一情況，通過對除氧器射水箱部分和除氧器給水箱部分分開布置，將除氧器射水箱部分放置于7m平臺，可以消除中控室頂部的振動和噪聲，使得噪聲控制在70dB達到降噪的目的，改善操作人員的工作環(huán)境。

2、射水箱系統(tǒng)優(yōu)化設計2.1射水箱相關水系統(tǒng)部分優(yōu)化設計射水箱一般采用工業(yè)水進行補水，有些項目因地域等因素的影響，廠區(qū)沒有將工業(yè)水管道敷設到汽輪機房外。同時，為防止工業(yè)水管道故障，需要備用循環(huán)水管道為射水箱的補水。如圖3所示。圖3新增循環(huán)水補水——中水回收系統(tǒng)上述射水箱相關系統(tǒng)的射水抽氣器采用抽取射水池的水進行循環(huán)，在凝汽器中抽出的通常是空氣和水蒸氣的混合氣體，有很多水蒸氣凝結成水進入射水池中，使射水池中的水溫升高。而射水池中水溫高低對射水噴射器抽氣效果起決定性作用，因此只有定期向射水池中加入冷水，排出熱水，才能保持較低的射水池水溫，故射水箱的溢流水量非常大。通常6MW機組正常運行時溢流水量大約20t/h，大部分水基本都是工業(yè)水，可將其直接回收輸送至循環(huán)水池，因此需要在此系統(tǒng)中增設中水箱和中水泵，以達到節(jié)水的目的。此系統(tǒng)已應用到實際建設的項目中，并得到建設單位的高度評價。2.2射水箱射水抽氣器優(yōu)化設計射水箱上的射水抽氣器的工作原理是從射水泵來的壓力水經(jīng)過射水抽氣器噴嘴形成高速水流吸入從凝汽器來的空氣蒸汽混合氣體，使凝汽器維持正常的工作真空度，然后水流進射水抽氣器下部的擴壓管增壓，進入射水箱，通過射水泵進行水的循環(huán)利用。射水抽氣器對保證凝汽器的真空度起著至關重要的作用，因此對該部分優(yōu)化設計，對整個余熱發(fā)電系統(tǒng)有重要的意義。首先，為保證系統(tǒng)的可靠性，可安裝兩臺并列的射水抽氣器。射水抽氣器抽氣口處安裝有止逆閥，在汽輪機停機時用于預防射水箱的水倒流入凝汽器。為防止停機時止逆閥卡澀，或兩臺射水抽氣器并聯(lián)運行停機過程射水箱的水倒流入凝汽器，抽氣管道布置成倒U型，抽氣管道高點應高于射水箱水面不小于10m。兩臺射水抽氣器并聯(lián)運行的優(yōu)點是:一方面當汽輪機載荷變動比較大，凝汽器真空度不能保證時，可同時開啟兩臺射水抽氣器使得處理能力增強，便于真空的形成；另一方面可作為設備的備用，當其中一臺發(fā)生故障時，可增強系統(tǒng)的可靠性。此系統(tǒng)適用于裝機容量較大時使用，已成功使用在22MW機組的運行上，如圖4所示。圖4兩臺射水抽氣器并聯(lián)運行其次，可采用傳統(tǒng)射水抽氣器和高效真空抽氣系統(tǒng)配合使用。根據(jù)兩套系統(tǒng)的特點：一方面，傳統(tǒng)射水抽氣器配合射水箱，射水泵系統(tǒng)可以在汽輪機啟機時能快速將系統(tǒng)真空度提高，運行效率較高，但因其整套系統(tǒng)運行時，工業(yè)水需求量比較大，會造成水資源浪費，射水泵的規(guī)格根據(jù)系統(tǒng)的需要進行選擇，一般12MW以下的機組需要配備兩臺22kW的射水泵配合系統(tǒng)運行。另一方面，新型高效真空抽氣系統(tǒng)從凝汽器抽吸出來的不凝結氣體和部分蒸汽經(jīng)過管道進入前置處理器后，大部分水蒸氣凝結成水回收到凝汽器熱水井，其余氣體體積變小后經(jīng)由蓄能器再進入油環(huán)真空泵。在工作過程中通過冷油器中的循環(huán)冷卻水帶走工作液連續(xù)循環(huán)產(chǎn)生的熱量，維持油溫。利用高效真空抽氣系統(tǒng)（如圖5所示）替代原有的射水抽氣系統(tǒng)，可保證汽輪機系統(tǒng)的正常工作，原有的運行工藝參數(shù)（如真空度、排氣溫度等）趨向更好。同時該系統(tǒng)還具有以下優(yōu)點：（1）大幅度降低電耗,以6MW余熱發(fā)電系統(tǒng)為例，用電功率由原有22kW降低到7.5kW；（2）降低水資源的使用，節(jié)約循環(huán)水；（3）不存在因夏季溫度升高帶來的水資源、能源的浪費情況；（4）高效真空抽氣系統(tǒng)操作簡單，運行安全可靠，維護量少。但在汽輪機啟機到正常運行的時間段內(nèi)，只使用此系統(tǒng)時啟動時間很長，真空度不易形成，但系統(tǒng)的真空度維持效果很好。圖5高效真空抽氣系統(tǒng)綜合上述兩種系統(tǒng)的特點，可設置兩套系統(tǒng)配合使用，在汽輪機啟動時利用傳統(tǒng)射水抽氣器系統(tǒng)真空度提高速度快的優(yōu)點，在機組正常運行后切換到高效真空抽氣系統(tǒng)，利用其降低能耗、不隨外界環(huán)境變化、運行可靠、維護少的特點。這樣既可以實現(xiàn)整個抽真空系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，同時降低電能和水資源的浪費。

3、凝結水系統(tǒng)優(yōu)化設計凝結水系統(tǒng)優(yōu)化設計思路來源于調(diào)試運行中由安裝不規(guī)范導致的誤差，該誤差會造成：（1）凝汽器管道內(nèi)可能存在雜質；（2）汽輪機有少量污垢進入凝汽器；（3）鍋爐吹管不徹底，造成有少量雜質進入凝汽器；（4）凝汽器內(nèi)部不銹鋼管或銅管中有少量泄漏或本身有少量雜質；（5）凝結水泵和凝結水管道會有少量雜質。這些雜質的存在都會對機組的運行造成不利影響，為此在凝結水母管處增設一根規(guī)格為DN50的旁路引致汽輪機房排水溝（如圖6所示），并安裝手動截止閥。在汽輪機第一次啟動或在機組長時間停運后再次啟動時打開此旁路管道，將水排放至排水溝，直至檢測水質符合汽輪機凝結水質量標準（硬度≤2μmol/L，溶解氧≤50μg/L），再關閉閥門。此旁路的設計可以最大限度地將進入系統(tǒng)的雜質排放至系統(tǒng)外部，增加設備的可靠運行時間，延長設備的使用壽命，同時可減少維護費用，實現(xiàn)經(jīng)濟效益。圖6凝結水母管排污

4、主蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化設計主蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化設計思路來源于調(diào)試運行中工作人員的反饋，如何加快暖管的速度，縮短啟機的時間成為一個設計者需要思考的又一新問題。通過對實際操作過程的分析，原主蒸汽管道的疏水點通常采用規(guī)格為DN32的管道進行暖管前期的疏水，經(jīng)過實踐操作，增設兩個規(guī)格為DN50的疏水點可以大大加快暖管的進程。啟爐暖管的前期會產(chǎn)生很大的噪聲，現(xiàn)場加工采用安裝過程剩余的邊角料，大管道套小管道，中間放置巖棉并在管道上打孔，可以制作簡易的消音裝置，以此減少噪聲的污染，且相比直接采購消音器，該做法可以降低施工成本，解決噪聲污染，同時能夠實現(xiàn)經(jīng)濟效益。

5、其他部分設計優(yōu)化汽輪發(fā)電機房內(nèi)部設有分汽缸設備，將它們的安全閥變更為電動截止閥，通過對電動截止閥的控制，可使得汽輪機啟機暖爐的時間大大縮短，如圖7所示。圖7分汽缸安全閥變更為電動截止閥汽輪機前后汽封供汽原來是一根母管分接兩條分支到汽輪機的前后汽封處，實際操作運行時會造成汽量不平衡，導致汽輪機真空度不合格。因此，對此系統(tǒng)進行改造，在前后汽封管道分支分別增加手動截止閥門，通過閥門控制進汽量，經(jīng)過調(diào)整后，汽輪機的真空度有很大改善，如圖8所示。圖8軸封管道增加控制閥門

6、總結以6MW余熱發(fā)電系統(tǒng)為例：（1）通過對真空除氧器相關系統(tǒng)優(yōu)化設計，可減少除鹽水用量約0.3t/h，噪聲控制在70dB；（2）通過對射水箱相關水系統(tǒng)和射水抽氣器的優(yōu)化設計，可使該系統(tǒng)用電功率由原有22kW降低到7.5kW，水資源可再利用約20t/h，同時能實現(xiàn)該系統(tǒng)更加穩(wěn)定平穩(wěn)運行；（3）凝結水系統(tǒng)優(yōu)化設計可保護設備，增加設備的可靠運行時間，延長設備的使用壽命，同時可