專利名稱：水泥余熱回收系統(tǒng)及其余熱回收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱工動力的技術(shù)領(lǐng)域，涉及工業(yè)余熱利用鍋爐及汽輪機(jī)發(fā)電技 術(shù)，更具體地說，本發(fā)明涉及水泥余熱回收系統(tǒng)。另外，本發(fā)明還涉及該系統(tǒng) 所采用的余熱回收方法。
背景技術(shù)：
開發(fā)和應(yīng)用水泥余熱回收技術(shù)，是水泥行業(yè)節(jié)能減排的重要舉措。在純低 溫水泥余熱發(fā)電技術(shù)研發(fā)過程中，熱力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，不僅關(guān) 系到系統(tǒng)設(shè)計(jì)對水泥余熱的回收效率上，而且關(guān)系到系統(tǒng)設(shè)計(jì)能否適應(yīng)水泥窯 系統(tǒng)工況波動的影響，具備長期穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)條件。
目前，在常用的水泥余熱回收的系統(tǒng)的公知技術(shù)中，有單壓熱力系統(tǒng)和雙 壓熱力系統(tǒng)兩種。
下面結(jié)合本說明書附圖對上述兩種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理、特點(diǎn)及存在問 題作簡要介紹和分析
一、單壓熱力系統(tǒng)的技術(shù)方案是-
單壓不補(bǔ)汽熱力系統(tǒng)如圖1所示，窯頭、窯尾的余熱廢氣分別通過窯頭 余熱鍋爐l (AQC)、窯尾余熱鍋爐2 (PH)進(jìn)行換熱，產(chǎn)生過熱蒸汽合并后進(jìn) 入汽輪機(jī)4，汽輪機(jī)4驅(qū)動發(fā)電機(jī)5運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電。汽輪機(jī)4只有一路進(jìn)汽，無補(bǔ)汽 口。該熱力系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)成簡單；其存在的不足是熱回收效率低， 發(fā)電能力低；系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性差，只能以犧牲熱回收效率滿足系統(tǒng)的運(yùn)行。 具體體現(xiàn)在
1、汽輪機(jī)內(nèi)效率無補(bǔ)汽口，以目前常用的水泥生產(chǎn)線的余熱發(fā)電水平，汽
輪機(jī)內(nèi)效率約下降3.2 4.3%，其發(fā)電功率下降300kW 400kW;
2、窯頭AQC鍋爐換熱效率低，出口廢氣溫度高。因?yàn)槭艿藉仩t給水量的
限制(蒸汽流量與給水量基本一致)，省煤器段的給水流量明顯減少，無法充分
的吸收廢氣余熱，造成鍋爐出口廢氣溫度高，出力不足；
3、該熱力系統(tǒng)對水泥窯的適應(yīng)性不足，當(dāng)窯頭工況較大波動時，由于鍋爐 給水流量不能迅速增大以吸收廢氣熱量，引起省煤器出口溫度超過給水壓力下 的飽和溫度，出現(xiàn)給水汽化現(xiàn)象，導(dǎo)致給水受阻，給水流量大幅下降甚至中斷， 鍋爐因缺水而被迫停爐，危及系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。
二、雙壓熱力系統(tǒng)的技術(shù)方案是
雙壓補(bǔ)汽熱力系統(tǒng)如圖2所示，窯頭、窯尾的余熱廢氣分別通過窯頭余 熱鍋爐l (AQC)、窯尾余熱鍋爐2 (PH)進(jìn)行換熱，產(chǎn)生過熱蒸汽合并后進(jìn)入 汽輪機(jī)4，汽輪機(jī)4驅(qū)動發(fā)電機(jī)5運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電。與單壓系統(tǒng)不同的是窯頭(AQC) 鍋爐專門設(shè)置一組蒸發(fā)器和一組低溫過熱器來產(chǎn)生一定壓力和溫度的蒸汽，用 于汽輪機(jī)補(bǔ)汽，故系統(tǒng)設(shè)置兩個汽包，以高低兩個壓力系統(tǒng)的工質(zhì)分別吸收高 位和低位熱能。因此雙壓系統(tǒng)可以看作是兩個單壓系統(tǒng)的疊加。雙壓熱力系統(tǒng) 的特點(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，熱回收效率較單壓系統(tǒng)略高；該系統(tǒng)存在的不足是: 結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜；同樣只能以犧牲熱回收效率滿足系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。具體體現(xiàn) 在
1、 雙壓熱力系統(tǒng)的窯頭AQC鍋爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受熱面過多，有的生產(chǎn)線上 多達(dá)5組換熱面，造成鍋爐體積和重量增加，鍋爐風(fēng)阻增大，管道布置復(fù)雜；
2、 AQC鍋爐及PH鍋爐出力降低。由于鍋爐蒸發(fā)器的換熱面積增加，導(dǎo)致 鍋爐內(nèi)部溫度場分布不均勻，在廢氣到達(dá)省煤器的時候，溫度已經(jīng)降至比較低 的水平，這樣AQC鍋爐省煤器出口水溫便得不到提高，最終導(dǎo)致AQC鍋爐及 PH鍋爐過熱蒸汽流量的下降；
3、 補(bǔ)汽用的蒸汽參數(shù)難以穩(wěn)定。雖然雙壓鍋爐的補(bǔ)汽壓力和溫度較高，但 由于窯頭廢氣的溫度變化范圍較大， 一般在設(shè)計(jì)入爐溫度的士4(TC 6(rC之間
波動，這種運(yùn)行工況將導(dǎo)致補(bǔ)汽系統(tǒng)頻繁的退出、投入，造成操作繁瑣，實(shí)際 運(yùn)行效果進(jìn)一步下降，同時對汽輪機(jī)的安全運(yùn)行造成的影響更大。
綜上所述，兩種現(xiàn)行方案都不能滿足水泥余熱系統(tǒng)對余熱回收效率和系統(tǒng) 工作穩(wěn)定性的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種水泥余熱回收系統(tǒng)，其目的是提高系統(tǒng) 余熱回收效率，確保水泥窯系統(tǒng)和余熱發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的目的是基于在本說明書背景技術(shù)部分所述的技術(shù)現(xiàn)狀，堅(jiān)持"以 熱定電，熱盡其用"的設(shè)計(jì)理念，最大限度的回收水泥余熱，不僅提高余熱的 回收效率，同時確保水泥窯系統(tǒng)和余熱發(fā)電系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為所提供的這種水泥余熱回 收系統(tǒng)，包括窯頭余熱鍋爐、窯尾余熱鍋爐和汽輪機(jī)，汽輪機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 發(fā)電，在所述的水泥余熱回收系統(tǒng)中，設(shè)閃蒸器，所述的閃蒸器上設(shè)熱水入口、 蒸汽出口和熱水出口，并依次分別與所述的鍋爐、汽輪機(jī)及鍋爐給水管道連接。
所述的閃蒸器的結(jié)構(gòu)為密封的圓筒狀容器，在所述的水泥余熱回收系統(tǒng)中 為豎直設(shè)置，所述熱水入口設(shè)置在閃蒸器筒體的中部，所述的蒸汽出口設(shè)置在 閃蒸器筒體的頂部，所述的熱水出口設(shè)置在閃蒸器筒體的底部。
所述的閃蒸器上的在閃蒸器筒體內(nèi)設(shè)閃蒸多孔板，所述的閃蒸多孔板上分 布多個直徑細(xì)小的通孔，該板將所述的熱水入口在閃蒸器筒體內(nèi)的口部與閃蒸 器的整個容腔隔開。
采用單一閃蒸器的水泥余熱回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案為
所述的熱水入口、蒸汽出口和熱水出口與鍋爐、汽輪機(jī)及鍋爐給水管道連 接方式為所述的閃蒸器的熱水入口與所述的各鍋爐的上的汽包換熱水管連通; 所述的閃蒸器的蒸汽出口與汽輪機(jī)上的蒸汽補(bǔ)汽口連通；所述的熱水出口在鍋
爐給水泵進(jìn)水口的前方與鍋爐給水管連通。
所述的汽輪機(jī)上的蒸汽補(bǔ)汽口位于汽輪機(jī)的汽輪機(jī)進(jìn)汽口與汽輪機(jī)排汽口 之間。
上述采用單一閃蒸器的水泥余熱回收系統(tǒng)的余熱回收方法為-鍋爐上的省煤器出口的高溫高壓熱水，通過管道及閃蒸器上的熱水入口進(jìn) 入閃蒸器，在通過閃蒸多孔板的小孔后，高溫高壓熱水經(jīng)節(jié)流作用突然進(jìn)入一 個壓力較低的空間，由于該壓力低于該熱水溫度相對應(yīng)的飽和壓力，部分熱水 迅速汽化，蒸汽通過閃蒸器頂部的蒸汽出口及管道進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽補(bǔ)汽口， 推動汽輪葉片作功；閃蒸器內(nèi)腔下部未汽化的和重新凝結(jié)的熱水相對溫度較低， 通過閃蒸器底部的熱水出口及管道進(jìn)入鍋爐給水管道，在鍋爐給水泵的作用下， 重新返回?zé)崃ο到y(tǒng)，并加熱凝結(jié)水。
采用二級閃蒸器的水泥余熱回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案為-
所述的閃蒸器包括一級閃蒸器和二級閃蒸器，其水汽循環(huán)的連接方式為 所述的一級閃蒸器上的熱水入口與所述的各鍋爐的上的汽包換熱水管連通；所 述的一級閃蒸器上的熱水出口與二級閃蒸器上的熱水入口連通；所述的二級閃 蒸器上的熱水出口在鍋爐給水泵進(jìn)水口的前方與鍋爐給水管連通；所述的一級 閃蒸器和二級閃蒸器上的蒸汽出口均與汽輪機(jī)的蒸汽補(bǔ)汽口連通。
所述的汽輪機(jī)上的蒸汽補(bǔ)汽口位于汽輪機(jī)的汽輪機(jī)進(jìn)汽口與汽輪機(jī)排汽口 之間。且一級閃蒸器與第一蒸汽補(bǔ)汽口連通；二級閃蒸器與第二蒸汽補(bǔ)汽口連 通；兩個蒸汽補(bǔ)汽口的位置分布為按汽輪機(jī)上的汽輪機(jī)進(jìn)汽口、第一蒸汽補(bǔ)汽 口、第二蒸汽補(bǔ)汽口到汽輪機(jī)上的汽輪機(jī)排汽口的順序。
上述采用二級閃蒸器的水泥余熱回收系統(tǒng)的余熱回收方法為
鍋爐上的省煤器出口的高溫高壓熱水，通過管道及一級閃蒸器上的熱水入 口進(jìn)入一級閃蒸器，在通過閃蒸多孔板的小孔后，高溫高壓熱水經(jīng)節(jié)流作用突
然進(jìn)入一個壓力較低的空間，由于該壓力低于該熱水溫度相對應(yīng)的飽和壓力， 部分熱水迅速汽化，蒸汽通過一級閃蒸器頂部的蒸汽出口及管道進(jìn)入汽輪機(jī)的 靠近汽輪機(jī)進(jìn)汽口的第一蒸汽補(bǔ)汽口，推動汽輪葉片作功； 一級閃蒸器下部的 未汽化的和重新凝結(jié)的熱水相對溫度較低，通過一級閃蒸器底部的熱水出口及 管道進(jìn)入二級閃蒸器上的熱水入口進(jìn)入二級閃蒸器，在通過閃蒸多孔板的小孔 后，高溫高壓熱水經(jīng)節(jié)流作用突然進(jìn)入一個壓力較低的空間，由于該壓力低于 該熱水溫度相對應(yīng)的飽和壓力，部分熱水再次迅速汽化，蒸汽通過二級閃蒸器 頂部的蒸汽出口及管道進(jìn)入汽輪機(jī)上的比第一蒸汽補(bǔ)汽口離汽輪機(jī)進(jìn)汽口遠(yuǎn)的 第二蒸汽補(bǔ)汽口，推動汽輪葉片作功；二級閃蒸器內(nèi)腔下部未汽化的和重新凝 結(jié)的熱水相對溫度更低，通過二級閃蒸器底部的熱水出口及管道進(jìn)入鍋爐給水 管道，在鍋爐給水泵的作用下，重新返回?zé)崃ο到y(tǒng)，并加熱凝結(jié)水。
所述的汽包包括窯頭余熱鍋爐上的AQC汽包和窯尾余熱鍋爐上的PH汽包，
所述的AQC汽包與窯頭余熱鍋爐上的AQC省煤器上的換熱管路連通，所述的 PH汽包與窯頭余熱鍋爐上的AQC省煤器的換熱管路連通。
所述的閃蒸器的中部設(shè)有液位計(jì)，所述的液位計(jì)分為高位液位計(jì)和低位液 位計(jì)；所述的閃蒸器的頂部還設(shè)有安全閥和排氣口；所述的閃蒸器的底部還設(shè) 有排污口；所述的閃蒸器的側(cè)面設(shè)有化學(xué)制劑入口。
本發(fā)明應(yīng)用閃蒸技術(shù)， 一是充分回收利用了鍋爐低位熱能，提高了鍋爐熱 效率，采用調(diào)整給水量的方式，提高了對水泥窯余熱參數(shù)波動的適應(yīng)性能，進(jìn) 而保證余熱發(fā)電系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高了相對窯運(yùn)轉(zhuǎn)率；二是通過給水 的閃蒸，生產(chǎn)出飽和蒸汽，導(dǎo)入汽輪機(jī)輔助做功。同雙壓系統(tǒng)不同的是，閃蒸 系統(tǒng)不是另設(shè)一個低壓部分，而是利用閃蒸原理產(chǎn)生部分低壓蒸汽，實(shí)現(xiàn)了汽 輪機(jī)補(bǔ)汽，提高了汽輪機(jī)的做功效率，從而提高了發(fā)電系統(tǒng)的熱量回收總效率。 閃蒸熱力系統(tǒng)的應(yīng)用，有效解決了單壓或雙壓系統(tǒng)熱回收效率低的瓶頸問題，
而且對水泥窯系統(tǒng)穩(wěn)定起到關(guān)鍵性的作用。


下面對本說明書各幅附圖所表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡要說明
圖1為本說明書背景技術(shù)部分所述的單壓不補(bǔ)汽熱力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2為本說明書背景技術(shù)部分所述的雙壓補(bǔ)汽熱力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明采用單一閃蒸器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明采用二級閃蒸器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖5為本發(fā)明中的閃蒸器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)記為1、窯頭余熱鍋爐，即AQC鍋爐，2、窯尾余熱鍋爐，即PH 鍋爐或SP鍋爐，3、閃蒸器，4、汽輪機(jī)，5、發(fā)電機(jī)，6、凝汽器，7、冷卻水 泵，8、冷卻塔，9、凝結(jié)水泵，10、鍋爐給水泵，11、 AQC汽包，12、 AQC省 煤器，13、 PH汽包，14、 PH省煤器，15、補(bǔ)充水泵，16、輔機(jī)設(shè)備，17、 一 級閃蒸器，18、 二級閃蒸器，19、汽封凝汽器，20、熱水入口， 21、蒸汽出口， 22、熱水出口， 23、蒸汽補(bǔ)汽口， 24、閃蒸多孔板，25、鍋爐給水管道，26、 第一蒸汽補(bǔ)汽口， 27、第二蒸汽補(bǔ)汽口， 28、高位液位計(jì)，29、低位液位計(jì)， 30、閃蒸器安全闊，31、閃蒸器排氣口， 32、閃蒸器排污口， 33、化學(xué)制劑入 口， 34、汽輪機(jī)進(jìn)汽口， 35、汽輪機(jī)排汽口。
具體實(shí)施例方式
下面對照附圖，通過對實(shí)施例的描述，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
如所涉及 的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及 工作原理、系統(tǒng)所涉及的工作方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，以幫助本領(lǐng)域的 技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。
如圖3、圖4和圖5所表達(dá)的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明為一種水泥余熱回收系 統(tǒng)，包括窯頭余熱鍋爐l、窯尾余熱鍋爐2和汽輪機(jī)4，汽輪機(jī)4驅(qū)動發(fā)電機(jī)5
運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電。
從汽輪機(jī)4上的汽輪機(jī)排汽口 35排出的低溫蒸汽，進(jìn)入凝汽器6，使蒸汽 凝固為熱水。其熱量通過換熱管中的循環(huán)冷卻水排到冷卻塔8，冷卻塔8通過風(fēng) 扇進(jìn)行散熱。該換熱管中的循環(huán)冷卻水通過冷卻水泵7進(jìn)行循環(huán)，起到冷卻作 用。該換熱管中的熱水，還可以提供給輔機(jī)設(shè)備16使用。
在整個水汽循環(huán)中損失的水量，由補(bǔ)充水泵15向凝汽器6內(nèi)提供。
在凝汽器6內(nèi)的下部凝結(jié)的熱水，通過凝結(jié)水泵9泵入汽封凝汽器19。汽 輪機(jī)4上的汽輪機(jī)進(jìn)汽口 34處的少量已凝結(jié)的熱水通過管路直接進(jìn)入汽封凝汽 器19;汽封凝汽器19中的部分蒸汽通過管路返回凝汽器6。汽封凝汽器19的 作用是阻止蒸汽進(jìn)入鍋爐給水管道25。
汽封凝汽器19的出水口就與鍋爐給水管道25連通，在該管路上設(shè)鍋爐給 水泵10，向窯頭余熱鍋爐1供水。首先進(jìn)入窯頭余熱鍋爐1初級省煤器的換熱 管。
在圖3和圖4中的窯頭余熱鍋爐1和窯尾余熱鍋爐2上標(biāo)注的空心箭頭， 表示鍋爐煙氣在鍋爐換熱部分的進(jìn)出的方向，也表明了煙氣的進(jìn)口和出口。
窯頭余熱鍋爐1末端換熱管的出水口與汽輪機(jī)4上的汽輪機(jī)進(jìn)汽口 34相通； 窯尾余熱鍋爐2末端換熱管的出水口也與汽輪機(jī)4上的汽輪機(jī)進(jìn)汽口 34相通。 上述兩個管路提供了汽輪機(jī)4的主要蒸汽來源，也就是主要動力的來源。
窯尾余熱鍋爐2的換熱管的水，來自窯頭余熱鍋爐l初級省煤器的換熱管， 窯頭余熱鍋爐1初級省煤器的換熱管與PH汽包13連通并向其供水；PH汽包 13向PH鍋爐末端換熱管供水。AQC汽包的水來源也是窯頭余熱鍋爐1初級省 煤器，AQC汽包又向窯頭余熱鍋爐1末端換熱管供水。
本發(fā)明的目的是基于上述的技術(shù)現(xiàn)狀，堅(jiān)持"以熱定電，熱盡其用"的設(shè) 計(jì)理念，最大限度的回收水泥余熱，不僅提高余熱的回收效率，同時確保水泥
窯系統(tǒng)和余熱發(fā)電系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。
本發(fā)明所采用的閃蒸原理，是指高溫高壓熱水經(jīng)節(jié)流突然進(jìn)入一個壓力較 低的空間時，由于該壓力低于該熱水溫度相對應(yīng)的飽和壓力，部分熱水迅速汽 化，由于汽化反應(yīng)幾乎在瞬間完成，形象地稱之為"閃蒸"。
為了解決在本說明書背景技術(shù)部分所述的目前公知技術(shù)存在的問題并克服 其缺陷，實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)余熱回收效率、確保水泥窯系統(tǒng)和余熱發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的 穩(wěn)定性的目的，本發(fā)明運(yùn)用閃蒸原理所采取的技術(shù)方案為如圖3、圖4所示， 在所提供的這種水泥余熱回收系統(tǒng)中，設(shè)閃蒸器3，所述的閃蒸器3上設(shè)熱水入 口 20、蒸汽出口 21和熱水出口 22，并依次分別與所述的鍋爐、汽輪機(jī)4及鍋 爐給水管道25連接。
本發(fā)明采用的是單壓閃蒸熱力系統(tǒng)，根據(jù)窯頭鍋爐省煤器出口水溫，配置 一臺或二臺閃蒸器，利用閃蒸原理，產(chǎn)生補(bǔ)汽進(jìn)入汽輪機(jī)做功。所述的閃蒸技 術(shù)補(bǔ)汽式熱力系統(tǒng)的工作方式為
窯頭、窯尾的余熱廢氣分別通過窯頭余熱鍋爐1、窯尾余熱鍋爐2進(jìn)行換熱；
鍋爐給水經(jīng)過窯頭余熱鍋爐1上的AQC省煤器12加熱至一定溫度后，分別輸 送到AQC汽包ll、 PH汽包13和閃蒸器3。其中窯頭余熱鍋爐l、窯尾余熱鍋 爐2產(chǎn)生過熱蒸汽，通過汽輪機(jī)4上的汽輪機(jī)進(jìn)汽口34進(jìn)入汽輪機(jī)4做功，閃 蒸器3利用閃蒸原理產(chǎn)生飽和蒸汽，通過汽輪機(jī)4上的蒸汽補(bǔ)汽口 23進(jìn)入汽輪 機(jī)4的后級葉片輔助做功。
如圖3所示，由于進(jìn)入閃蒸器3內(nèi)的熱水不能全部閃蒸成飽和蒸汽， 一部 分熱水便經(jīng)過閃蒸器3底部的熱水出口 22閥門與凝汽器6中凝結(jié)水混合，經(jīng)鍋 爐給水泵10重新打入AQC省煤器12循環(huán)加熱利用。這樣閃蒸系統(tǒng)在窯頭余熱 鍋爐1和閃蒸器3之間形成了一個單獨(dú)的水循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了自動調(diào)節(jié)省煤器的工 質(zhì)流量、控制省煤器的出口水溫及閃蒸蒸汽參數(shù)的目的。同雙壓系統(tǒng)不同的是，
閃蒸系統(tǒng)不是另設(shè)一個低壓部分，而是利用閃蒸原理產(chǎn)生部分低壓蒸汽，實(shí)現(xiàn) 了汽輪機(jī)補(bǔ)汽，提高了汽輪機(jī)的做功效率，從而提高了發(fā)電系統(tǒng)的熱量回收總 效率。閃蒸熱力系統(tǒng)的應(yīng)用，有效解決了單壓或雙壓系統(tǒng)熱回收效率低的瓶頸 問題，而且對水泥窯系統(tǒng)穩(wěn)定起到關(guān)鍵性的作用。
在閃蒸器3的熱水入口20外的管路上、在各汽包的進(jìn)水管路上、在汽輪機(jī) 的汽輪機(jī)進(jìn)汽口 34前的管路上，設(shè)有控制熱水流量的閥門，可以控制AQC省 煤器12出口水溫等。采用調(diào)整給水量的方式，提高了對水泥窯余熱參數(shù)波動的 適應(yīng)性能，進(jìn)而保證余熱發(fā)電系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高了相對窯運(yùn)轉(zhuǎn)率。
如圖5所示，本發(fā)明所提供的閃蒸器3的結(jié)構(gòu)為密封的圓筒狀容器，在所 述的水泥余熱回收系統(tǒng)中為豎直設(shè)置，所述熱水入口 20設(shè)置在閃蒸器3筒體的 中部，所述的蒸汽出口 21設(shè)置在閃蒸器3筒體的頂部，所述的熱水出口22設(shè) 置在閃蒸器3筒體的底部。該圓筒狀容器必須采用耐高溫、耐高壓、耐腐蝕且 具有一定機(jī)械強(qiáng)度的材料制成，各水汽的進(jìn)出口要求很好的密封性能。豎直設(shè) 置的目的是為了使蒸汽上行，凝結(jié)水向下流，都能從熱水出口22的管口流出。
根據(jù)前述的閃蒸原理，本發(fā)明所提供的閃蒸器3上的在閃蒸器3筒體內(nèi)設(shè) 閃蒸多孔板24，所述的閃蒸多孔板24上分布多個直徑細(xì)小的通孔，該板將所述 的熱水入口 20在閃蒸器3筒體內(nèi)的口部與閃蒸器3的整個容腔隔開。高溫高壓 的熱水，穿過上述小孔進(jìn)入閃蒸器3的空腔，壓力突然下降，迅速轉(zhuǎn)變成蒸汽。 閃蒸多孔板24相當(dāng)于一個節(jié)流閥，直徑細(xì)小的通孔相當(dāng)于節(jié)流閥的閥口。
本發(fā)明采用單一閃蒸器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案為
所述的熱水入口20、蒸汽出口 21和熱水出口 22與鍋爐、汽輪機(jī)4及鍋爐 給水管道25連接方式為所述的閃蒸器3的熱水入口 20與所述的各鍋爐的上 的汽包換熱水管連通；所述的閃蒸器3的蒸汽出口 21與汽輪機(jī)4上的蒸汽補(bǔ)汽 口 23連通；所述的熱水出口 22在鍋爐給水泵IO進(jìn)水口的前方與鍋爐給水管連通。
所述的汽輪機(jī)4上的蒸汽補(bǔ)汽口 23位于汽輪機(jī)4上的汽輪機(jī)進(jìn)汽口 34與 汽輪機(jī)排汽口 35之間。因?yàn)檎羝a(bǔ)汽口 23的蒸汽溫度壓力均小于汽輪機(jī)4上 的汽輪機(jī)進(jìn)汽口 34的蒸汽，而設(shè)置在離開汽輪機(jī)進(jìn)汽口 34，靠近汽輪機(jī)排汽口 35的位置，恰好與汽輪機(jī)4內(nèi)工作的蒸汽相適應(yīng)。
上述系統(tǒng)采用的余熱回收方法為
鍋爐上的省煤器出口的高溫高壓熱水，通過管道及閃蒸器3上的熱水入口 20進(jìn)入閃蒸器3，在通過閃蒸多孔板24的小孔后，高溫高壓熱水經(jīng)節(jié)流作用突 然進(jìn)入一個壓力較低的空間，由于該壓力低于該熱水溫度相對應(yīng)的飽和壓力， 部分熱水迅速汽化，蒸汽通過閃蒸器3頂部的蒸汽出口 21及管道進(jìn)入汽輪機(jī)4 的蒸汽補(bǔ)汽口23，推動汽輪葉片作功；閃蒸器3內(nèi)腔下部未汽化的和重新凝結(jié) 的熱水相對溫度較低，通過閃蒸器3底部的熱水出口 22及管道進(jìn)入鍋爐給水管 道25，在鍋爐給水泵10的作用下，重新返回?zé)崃ο到y(tǒng)，并加熱凝結(jié)水。
本發(fā)明采用單一閃蒸器的系統(tǒng)技術(shù)方案的實(shí)施例如下-
如圖3所示， 一個5000t/d熟料生產(chǎn)線配套的余熱發(fā)電機(jī)組，設(shè)計(jì)為一路閃 蒸的熱力系統(tǒng)，AQC省煤器12出口水溫控制在167'C，對應(yīng)給水壓力為1.2MPa。 高溫高壓熱水進(jìn)入閃蒸器3后，經(jīng)過閃蒸多孔板24的節(jié)流降壓及擴(kuò)容降壓作用， 介質(zhì)工作壓力降低，其相對應(yīng)的飽和溫度也隨之降低，瞬間發(fā)生汽化現(xiàn)象，產(chǎn) 生壓力為0.14MPa的飽和蒸汽后，未汽化水的溫度較低，已不能滿足兩級閃蒸 的要求，故該實(shí)施例只設(shè)置一級閃蒸。在正常運(yùn)行中，根據(jù)水泥窯工況的波動, 合理調(diào)節(jié)閃蒸器3入口閥門開度大小，控制進(jìn)入AQC省煤器12的給水流量， 將AQC省煤器12出口水溫控制在給水壓力的飽和溫度(185°C)以下。
同時將窯頭余熱鍋爐1出口廢氣溫度也控制在電收塵最佳工 作溫度范圍內(nèi)。閃蒸器3內(nèi)未汽化的高溫水重新回到熱力系統(tǒng)，
加熱凝結(jié)水，提高了熱力系統(tǒng)工作效率。
本發(fā)明采用二級閃蒸器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案為
所述的閃蒸器3包括一級閃蒸器17和二級閃蒸器18，其水汽循環(huán)的連接方 式為所述的一級閃蒸器17上的熱水入口 20與所述的各鍋爐2的上的汽包換 熱水管連通；所述的一級閃蒸器17上的熱水出口 22與二級閃蒸器18上的熱水 入口 20連通；所述的二級閃蒸器18上的熱水出口 22在鍋爐給水泵10進(jìn)水口 的前方與鍋爐給水管連通；所述的一級閃蒸器17和二級閃蒸器18上的蒸汽出 口 21均與汽輪機(jī)4的蒸汽補(bǔ)汽口 23連通。
所述的汽輪機(jī)4上的蒸汽補(bǔ)汽口 23位于汽輪機(jī)4上的汽輪機(jī)進(jìn)汽口 34與 汽輪機(jī)排汽口35之間。且一級閃蒸器17與第一蒸汽補(bǔ)汽口26連通；二級閃蒸 器18與第二蒸汽補(bǔ)汽口 27連通；兩個蒸汽補(bǔ)汽口 23的位置分布為按汽輪機(jī)4 上的汽輪機(jī)進(jìn)汽口 34、第一蒸汽補(bǔ)汽口 26、第二蒸汽補(bǔ)汽口 27到汽輪機(jī)4上 的汽輪機(jī)排汽口 35的順序。這是因?yàn)榈诙羝a(bǔ)汽口 27的蒸汽溫度壓力比第 一蒸汽補(bǔ)汽口 26的溫度壓力更低，這樣也與汽輪機(jī)4內(nèi)工作的蒸汽溫度壓力相 適應(yīng)。
上述系統(tǒng)采用的余熱回收方法為
鍋爐上的省煤器出口的高溫高壓熱水，通過管道及一級閃蒸器17上的熱水 入口 20進(jìn)入一級閃蒸器17，在通過閃蒸多孔板24的小孔后，高溫高壓水經(jīng)節(jié) 流作用突然進(jìn)入一個壓力較低的空間，由于該壓力低于該熱水溫度相對應(yīng)的飽 和壓力，部分熱水迅速汽化，蒸汽通過一級閃蒸器17頂部的蒸汽出口 21及管 道進(jìn)入汽輪機(jī)4的靠近汽輪機(jī)進(jìn)汽口 34的第一蒸汽補(bǔ)汽口 26，推動汽輪葉片作 功； 一級閃蒸器17下部的未汽化的和重新凝結(jié)的熱水相對溫度較低，通過一級 閃蒸器17底部的熱水出口 22及管道進(jìn)入二級閃蒸器18上的熱水入口 20進(jìn)入 二級閃蒸器18，在通過閃蒸多孔板24的小孔后，高溫高壓熱水經(jīng)節(jié)流作用突然
進(jìn)入一個壓力較低的空間，由于該壓力低于該熱水溫度相對應(yīng)的飽和壓力，部
分熱水再次迅速汽化，蒸汽通過二級閃蒸器18頂部的蒸汽出口 21及管道進(jìn)入 汽輪機(jī)4上的比第一蒸汽補(bǔ)汽口 26離汽輪機(jī)進(jìn)汽口 34遠(yuǎn)的第二蒸汽補(bǔ)汽口 27， 推動汽輪葉片作功；二級閃蒸器18內(nèi)腔下部未汽化的和重新凝結(jié)的熱水相對溫 度更低，通過二級閃蒸器18底部的熱水出口 22及管道進(jìn)入鍋爐給水管道25， 在鍋爐給水泵10的作用下，重新返回?zé)崃ο到y(tǒng)，并加熱凝結(jié)水。
本發(fā)明采用二級閃蒸器的系統(tǒng)技術(shù)方案的實(shí)施例如下
如圖4所示， 一個4000t/d熟料生產(chǎn)線配套的余熱發(fā)電機(jī)組，設(shè)計(jì)為兩級閃 蒸的熱力系統(tǒng)，AQC省煤器12出口水溫較高為223'C，故設(shè)計(jì)為兩級閃蒸。當(dāng) AQC省煤器12出口水溫達(dá)223"C時，對應(yīng)的鍋爐給水壓力為3MPa，這樣介質(zhì) 處于液態(tài)。高溫高壓熱水進(jìn)入一級閃蒸器17后，經(jīng)過閃蒸多孔板24的節(jié)流降 壓及擴(kuò)容降壓作用，介質(zhì)工作壓力降低，其相對應(yīng)的飽和溫度也隨之降低，瞬 間發(fā)生汽化現(xiàn)象，產(chǎn)生工作壓力為0.7 MPa的飽和蒸汽。飽和蒸汽經(jīng)過閃蒸器內(nèi) 汽水分離裝置分離后，進(jìn)入汽輪機(jī)4上的第一蒸汽補(bǔ)汽口 26推動汽輪機(jī)4葉片 做功。未汽化的高溫高壓熱水(158°C)經(jīng)過在二級閃蒸器18，產(chǎn)生工作壓力為 0.4MPa飽和蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)4上的第二蒸汽補(bǔ)汽口 27推動汽輪機(jī)4葉片做 功。
顯然，在AQC省煤器12出口水溫較高時，上述技術(shù)方案的熱效率更高。 所述的汽包包括窯頭余熱鍋爐1上的AQC汽包11和窯尾余熱鍋爐2上的 PH汽包13，所述的AQC汽包11與窯頭余熱鍋爐1上的AQC省煤器12上的 換熱管路連通，所述的PH汽包13與窯頭余熱鍋爐1上的AQC省煤器12的換 熱管路連通。上述汽包的設(shè)置及其連接方式，保證了換熱管內(nèi)的熱效率及工作 的穩(wěn)定性。
本發(fā)明對所述的閃蒸器3的具體結(jié)構(gòu)，還設(shè)置有如圖5所示，閃蒸器3
的中部設(shè)有液位計(jì)，所述的液位計(jì)分為高位液位計(jì)28和低位液位計(jì)29;所述的 閃蒸器3的頂部還設(shè)有閃蒸器安全閥30和閃蒸器排氣口 31;所述的閃蒸器3的 底部還設(shè)有閃蒸器排污口32;所述的閃蒸器3的側(cè)面設(shè)有化學(xué)制劑入口33。高 位液位計(jì)28和低位液位計(jì)29分別表明閃蒸器3的最高各最低的極限位置，水 位只能在兩者之間變動，否則發(fā)出警報并進(jìn)行控制；閃蒸器安全閥30的作用是 在壓力過高時自動采取過載保護(hù)的措施；閃蒸器排氣口 31的作用是排出多余的 蒸汽；閃蒸器排污口 32的作用是在運(yùn)行一段時間后排出閃蒸器3內(nèi)的積垢和污 物；化學(xué)制劑入口33的作用是用來在循環(huán)水中加入必要的化學(xué)藥劑，防止循環(huán) 水對系統(tǒng)的腐蝕作用。
上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上 述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性 的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種水泥余熱回收系統(tǒng)，包括窯頭余熱鍋爐(1)、窯尾余熱鍋爐(2)和汽輪機(jī)(4)，其特征在于在所述的水泥余熱回收系統(tǒng)中，設(shè)閃蒸器(3)，所述的閃蒸器(3)上設(shè)熱水入口(20)、蒸汽出口(21)和熱水出口(22)，并依次分別與所述的鍋爐(1、2)、汽輪機(jī)(4)及鍋爐給水管道(25)連接。
2、 按照權(quán)利要求1所述的水泥余熱回收系統(tǒng)，其特征在于所述的閃蒸器 (3)的結(jié)構(gòu)為密封的圓筒狀容器，在所述的水泥余熱回收系統(tǒng)中為豎直設(shè)置，所述熱水入口 (20)設(shè)置在閃蒸器(3)筒體的中部，所述的蒸汽出口 (21)設(shè) 置在閃蒸器(3)筒體的頂部，所述的熱水出口 (22)設(shè)置在閃蒸器(3)筒體 的底部。
3、 按照權(quán)利要求2所述的水泥余熱回收系統(tǒng)，其特征在于所述的閃蒸器(3) 上的在閃蒸器(3)筒體內(nèi)設(shè)閃蒸多孔板(24)，所述的閃蒸多孔板(24) 上分布多個直徑細(xì)小的通孔，該板將所述的熱水入口 (20)在閃蒸器(3)筒體 內(nèi)的口部與閃蒸器(3)的整個容腔隔開。
4、 按照權(quán)利要求1或2或3所述的水泥余熱回收系統(tǒng)，其特征在于所述 的熱水入口 (20)、蒸汽出口 (21)和熱水出口 (22)與鍋爐(1、 2)、汽輪機(jī)(4) 及鍋爐給水管道(25)連接方式為所述的閃蒸器(3)的熱水入口 (20) 與所述的各鍋爐(1、 2)的上的汽包換熱水管連通；所述的閃蒸器(3)的蒸汽 出口 (21)與汽輪機(jī)(4)上的蒸汽補(bǔ)汽口 (23)連通；所述的熱水出口 (22) 在鍋爐給水泵(10)進(jìn)水口的前方與鍋爐給水管連通。
5、 按照權(quán)利要求1或2或3所述的水泥余熱回收系統(tǒng)，其特征在于所述 的閃蒸器(3)包括一級閃蒸器(17)和二級閃蒸器(18)，其水汽循環(huán)的連接 方式為所述的一級閃蒸器(17)上的熱水入口 (20)與所述的各鍋爐(1、 2) 上的汽包補(bǔ)充熱水管連通；所述的一級閃蒸器(17)上的熱水出口 (22)與二 級閃蒸器(18)上的熱水入口 (20)連通；所述的二級閃蒸器(18)上的熱水 出口 (22)在鍋爐給水泵(10)進(jìn)水口的前方與鍋爐給水管道(25)連通；所 述的一級閃蒸器(17)和二級閃蒸器(18)上的蒸汽出口 (21)均與汽輪機(jī)(4) 的蒸汽補(bǔ)汽口 (23)連通。
6、 按照權(quán)利要求1或2或3所述的水泥余熱回收系統(tǒng)，其特征在于所述 的汽包包括窯頭余熱鍋爐(1)上的AQC汽包(11)和窯尾余熱鍋爐(2)上的 PH汽包(13)，所述的AQC汽包(11)與窯頭余熱鍋爐(1)上的AQC省煤器(12)上的換熱管路連通，所述的PH汽包(13)與窯頭余熱鍋爐(1)上的AQC 省煤器(14)的換熱管路連通。
7、 按照權(quán)利要求1 6中所述的任一種水泥余熱回收系統(tǒng)，其特征在于 所述的汽輪機(jī)(4)上的蒸汽補(bǔ)汽口 (23)位于汽輪機(jī)(4)的汽輪機(jī)進(jìn)汽口 (34) 與汽輪機(jī)排汽口 (35)之間。
8、 按照權(quán)利要求1 7中所述的任一種水泥余熱回收系統(tǒng)，其特征在于 所述的閃蒸器(3)的中部設(shè)有液位計(jì)，所述的液位計(jì)分為高位液位計(jì)(28)和 低位液位計(jì)(29);所述的閃蒸器(3)的頂部還設(shè)有閃蒸器安全閥(30)和閃 蒸器排氣口 (31);所述的閃蒸器(3)的底部還設(shè)有閃蒸器排污口 (32);所述 的閃蒸器(3)的側(cè)面設(shè)有化學(xué)制劑入口 (33)。
9、 按照權(quán)利要求4所述的水泥余熱回收系統(tǒng)所采用的余熱回收方法，其特 征在于-鍋爐(1、 2)上的省煤器(12、 14)出口的高溫高壓熱水，通過管道及閃 蒸器(3)上的熱水入口 (20)進(jìn)入閃蒸器(3)，在通過閃蒸多孔板(24)的小 孔后，高溫高壓熱水經(jīng)節(jié)流作用突然進(jìn)入一個壓力較低的空間，由于該壓力低 于該熱水溫度相對應(yīng)的飽和壓力，部分熱水迅速汽化，蒸汽通過閃蒸器(3)頂部的蒸汽出口 (21)及管道進(jìn)入汽輪機(jī)(4)的蒸汽補(bǔ)汽口 (23)，推動汽輪葉 片作功；閃蒸器(3)內(nèi)腔下部未汽化的和重新凝結(jié)的熱水相對溫度較低，通過 閃蒸器(3)底部的熱水出口 (22)及管道進(jìn)入鍋爐給水管道(25)，在鍋爐給 水泵(10)的作用下，重新返回?zé)崃ο到y(tǒng)，并加熱凝結(jié)水。
10、按照權(quán)利要求5所述的水泥余熱回收系統(tǒng)所采用的余熱回收方法，其 特征在于鍋爐(1、 2)上的省煤器(12、 14)出口的高溫高壓熱水，通過管道及一 級閃蒸器(17)上的熱水入口 (20)進(jìn)入一級閃蒸器(17)，在通過閃蒸多孔板 (24)的小孔后，高溫高壓熱水經(jīng)節(jié)流作用突然進(jìn)入一個壓力較低的空間，由 于該壓力低于該熱水溫度相對應(yīng)的飽和壓力，部分熱水迅速汽化，蒸汽通過一 級閃蒸器(17)頂部的蒸汽出口 (21)及管道進(jìn)入汽輪機(jī)(4)的靠近汽輪機(jī)進(jìn) 汽口 (34)的第一蒸汽補(bǔ)汽口 (26)，推動汽輪葉片作功； 一級閃蒸器(17)下 部的未汽化的和重新凝結(jié)的熱水相對溫度較低，通過一級閃蒸器(17)底部的 熱水出口 (22)及管道進(jìn)入二級閃蒸器(18)上的熱水入口 (20)進(jìn)入二級閃 蒸器(18)，在通過閃蒸多孔板(24)的小孔后，高溫高壓熱水經(jīng)節(jié)流作用突然 進(jìn)入一個壓力較低的空間，由于該壓力低于該熱水溫度相對應(yīng)的飽和壓力，部 分熱水再次迅速汽化，蒸汽通過二級閃蒸器(18)頂部的蒸汽出口 (21)及管 道進(jìn)入汽輪機(jī)(4)上的比第一蒸汽補(bǔ)汽口 (26)離汽輪機(jī)進(jìn)汽口 (34)遠(yuǎn)的第 二蒸汽補(bǔ)汽口 (27)，推動汽輪葉片作功；二級閃蒸器(18)內(nèi)腔下部未汽化的 和重新凝結(jié)的熱水相對溫度更低，通過二級閃蒸器(18)底部的熱水出口 (22) 及管道進(jìn)入鍋爐給水管道(25)，在鍋爐給水泵(10)的作用下，重新返回?zé)崃?系統(tǒng)，并加熱凝結(jié)水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水泥余熱回收系統(tǒng)，包括窯頭余熱鍋爐(1)、窯尾余熱鍋爐(2)和汽輪機(jī)(4)在所述的水泥余熱回收系統(tǒng)中，設(shè)閃蒸器(3)，所述的閃蒸器(3)上設(shè)熱水入口(20)、蒸汽出口(21)和熱水出口(22)，并依次分別與所述的鍋爐(1、2)、汽輪機(jī)(4)及鍋爐給水管道(25)連接。本發(fā)明還涉及該系統(tǒng)所采用的余熱回收方法。本發(fā)明充分回收利用了鍋爐低位熱能，提高了鍋爐熱效率，保證余熱發(fā)電系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高了相對窯運(yùn)轉(zhuǎn)率；通過給水的閃蒸，生產(chǎn)出飽和蒸汽，導(dǎo)入汽輪機(jī)輔助做功，實(shí)現(xiàn)了汽輪機(jī)補(bǔ)汽，提高了汽輪機(jī)的做功效率，從而提高了發(fā)電系統(tǒng)的熱量回收總效率。
文檔編號F27D17/00GK101191699SQ20071013376
公開日2008年6月4日 申請日期2007年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月29日
發(fā)明者考傳利, 趙東亮, 圓 陳, 陳風(fēng)銀, 馬場太希 申請人:安徽海螺新型節(jié)能設(shè)備制造有限公司