水泥廠余熱發(fā)電系統(tǒng)降壓提效改造

水泥生產(chǎn)會(huì)造成大量的能源和資源消耗，水泥廠是名副其實(shí)的產(chǎn)碳大戶，據(jù)統(tǒng)計(jì)，水泥工業(yè)二氧化碳排放量占世界二氧化碳總排放量的7.5%，占我國二氧化碳總排放量的13.75%。而水泥企業(yè)余熱發(fā)電技術(shù)是對熟料線上的廢氣進(jìn)行回收利用，是不需要燃料的余熱利用，符合當(dāng)下可持續(xù)發(fā)展、綠色發(fā)展的趨勢，并可以幫助企業(yè)減少外購電量，降低水泥成本，提高市場競爭力。水泥余熱大電機(jī)組遵循以“熱定電”設(shè)計(jì)思路，根據(jù)熟料生產(chǎn)線的熱源情況進(jìn)行選型與設(shè)計(jì)，當(dāng)公司熟料生產(chǎn)線進(jìn)行大規(guī)模技改項(xiàng)目之后，會(huì)造成余熱發(fā)電系統(tǒng)汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行的參數(shù)與設(shè)計(jì)時(shí)的參數(shù)出現(xiàn)偏差，使汽輪機(jī)無法發(fā)揮出全部的效能。本文所述的改造是針對汽輪機(jī)的通流性進(jìn)行改造，通過降低蒸汽壓力，降低實(shí)際值與設(shè)計(jì)值偏差，增大通流面積的方式來實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)高效運(yùn)行，提高水泥熟料生產(chǎn)線余熱發(fā)電量。1、余熱發(fā)電節(jié)能降耗分析1.1余熱發(fā)電節(jié)能降耗的可行性1）經(jīng)濟(jì)方面水泥熟料生產(chǎn)線配套余熱發(fā)電是水泥熟料生產(chǎn)過程中必不可少的一環(huán)，如今水泥市場形勢一直低迷，水泥廠若能實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，將會(huì)降低企業(yè)外購電量，大大減少水泥生產(chǎn)運(yùn)營成本，同時(shí)減少碳排放。此外，現(xiàn)今的技術(shù)條件與技術(shù)應(yīng)用模式也會(huì)降低研發(fā)成本，促進(jìn)發(fā)電廠汽輪機(jī)組節(jié)能降耗工作的全面發(fā)展。2）技術(shù)方面隨著汽輪機(jī)科技的發(fā)展，我國的相關(guān)技術(shù)、工藝也在不斷提升，為汽輪機(jī)改造提供了很大支持，減少了很多阻礙，企業(yè)工作人員可充分利用先進(jìn)技術(shù)與措施，不斷調(diào)整汽輪機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高安全性、穩(wěn)定性以及能源轉(zhuǎn)換比率。1.2余熱發(fā)電汽輪機(jī)能耗影響因素1）通流性汽輪機(jī)組的工作效率與通流性密切相關(guān)，通流性越好，機(jī)組的功率損耗越小，單位功率條件下的能源消耗越少；反之，通流性越差，損耗就越高，能源消耗也就越多。我公司汽輪機(jī)在投入使用之后，長時(shí)間保持高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，隨著運(yùn)行時(shí)間越來越長，或其他外部因素的影響，汽輪機(jī)將會(huì)出現(xiàn)通流性不足的現(xiàn)象，此時(shí)單位功率條件下的能源消耗會(huì)不斷增加。想要提高汽輪機(jī)組的通流性，工作人員可以對通流面積和氣流量進(jìn)行調(diào)整。2）出力系數(shù)出力系數(shù)是汽輪機(jī)組運(yùn)行參數(shù)中一項(xiàng)極為重要的核心指標(biāo)。出力系數(shù)越高，汽輪機(jī)能耗越低，發(fā)電水平越高。電廠調(diào)整出力系數(shù)，可實(shí)現(xiàn)發(fā)電能力的調(diào)控，避免出現(xiàn)電力能源浪費(fèi)現(xiàn)象。3）氣壓與溫度汽輪機(jī)組運(yùn)行過程中，所處環(huán)境的氣壓與溫度均會(huì)影響其耗能水平。通常情況下，若汽輪機(jī)組處于氣壓較大的狀態(tài)，蒸汽流量將會(huì)大幅增加，運(yùn)行效率也會(huì)隨之下降。此外，汽輪機(jī)組需搭配鍋爐使用，若生產(chǎn)系統(tǒng)空氣輸入量不變，燃料輸入量下降，鍋爐內(nèi)水量將會(huì)大幅增加。此時(shí)，鍋爐內(nèi)部水垢生成概率增加，會(huì)降低鍋爐熱轉(zhuǎn)換效率，增加整體的發(fā)電能耗。2、汽輪機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀與低效原因分析2.1運(yùn)行現(xiàn)狀如表1所示，2#汽輪機(jī)組的運(yùn)行壓力在0.8MPa左右，流量在41t/h左右，而汽輪機(jī)組的設(shè)計(jì)值是壓力為1.25MPa，流量為47.25t/h，可見系統(tǒng)壓力實(shí)際運(yùn)行值與設(shè)計(jì)值存在較大偏差，導(dǎo)致汽輪機(jī)運(yùn)行效率低下。表1兩臺機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)表2.2原因分析我公司余熱發(fā)電系統(tǒng)投產(chǎn)時(shí)間較早，由于余熱發(fā)電是以熱定電，汽輪機(jī)前期設(shè)計(jì)時(shí)參考的是之前熟料線的余熱產(chǎn)生量，目前，熟料線已完成多項(xiàng)改造，余熱資源在質(zhì)和量上出現(xiàn)明顯變化，導(dǎo)致汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)值與目前的發(fā)展?fàn)顩r不符合。蒸汽在相同溫度下壓力的變化對蒸汽的比容（m3/kg）影響較大，以蒸汽溫度350℃為例，蒸汽壓力為0.8MPa時(shí)比蒸汽壓力為1.25MPa條件下比容增加0.151?036?5m3/kg，增加比例為61.27%，如表2所示。由于熱量增加，蒸汽體積隨之增加，導(dǎo)致原設(shè)計(jì)的2#汽輪機(jī)通流量無法實(shí)現(xiàn)對蒸汽的充分消化與利用，嚴(yán)重影響汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率。表2蒸汽在不同溫度壓力下熱焓值、比容對照表3、汽輪機(jī)降壓提效改造方案3.1改造原則我公司改造是基于熟料生產(chǎn)線工況進(jìn)行的改造。隨著熟料生產(chǎn)線完成多項(xiàng)技改，節(jié)能減耗效果明顯，因此煤耗量減少，余熱發(fā)電所需的熱量也隨之減少，蒸汽量也隨之減少，蒸汽壓力降低，已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)在的運(yùn)行情況，所以我公司采用了一種以改造汽輪機(jī)通流性為基礎(chǔ)的降壓改造，通過增加汽輪機(jī)的通流面積改善機(jī)組通流性差的問題來實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的效率提升。主要方法為降低汽輪機(jī)主汽壓力，增大蒸汽通流性，增大汽輪機(jī)的通流面積。3.2具體實(shí)施方案圖1所示為汽輪機(jī)改造的結(jié)構(gòu)。將主蒸汽管道由原來的DN300調(diào)整為DN350，相應(yīng)的電動(dòng)主汽閥尺寸由原來的入口DN300，出口DN200調(diào)整為出入口均為DN250，喉徑不變，電動(dòng)主汽閥操作座行程進(jìn)行相應(yīng)改造，滿足新電動(dòng)主汽閥最大流量要求，相應(yīng)的導(dǎo)汽管由原來的DN200更改為DN250，導(dǎo)汽管重新設(shè)計(jì)法蘭，保證與本體短接法蘭準(zhǔn)確連接。將調(diào)節(jié)閥更換全新閥碟、閥座，重新調(diào)整行程，同時(shí)對氣缸本體進(jìn)行擴(kuò)孔，調(diào)節(jié)閥的閥座孔由原來的4孔變?yōu)?孔，調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)改造，滿足調(diào)節(jié)閥的配氣要求。汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示，汽輪機(jī)的通流部分由靜葉片和動(dòng)葉片組成，有1級單列調(diào)節(jié)級和8級壓力，降壓改造后，汽輪機(jī)的通流面積不夠，末級余速損失太大，因此對汽輪機(jī)的整個(gè)通流部分進(jìn)行改造，汽輪機(jī)的級數(shù)不變，通過在下缸增加一組噴嘴，改變?nèi)~片高度，調(diào)整葉片角度來增加通流能力。改造后調(diào)節(jié)級的靜葉高和靜葉高保持不變，第1級葉片靜葉高由26mm增加到37.5mm，動(dòng)葉高由28mm增加到40.5mm，第2級葉片靜葉高由32mm增加到47mm，動(dòng)葉高由34mm增加到50mm，第3級葉片靜葉高由42mm增加到59.5mm，動(dòng)葉高由44mm增加到62.5mm，第4級葉片靜葉高由60mm增加到76.5mm，動(dòng)葉高由63mm增加到79.5mm，第5級葉片靜葉片由82mm增加到100.5mm，動(dòng)葉高由96mm增加到104mm，第6級到第8級末三級葉片尺寸不變，通過增加5°的葉片角度來增加通流能力。根據(jù)電動(dòng)主汽閥、調(diào)節(jié)閥的改造，修改TSI行程參數(shù)，并重新整定，修改調(diào)速器設(shè)置參數(shù)，滿足降壓改造后的要求。圖1余熱發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意（部分）圖2汽輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)示意3.3實(shí)施效果改造后汽輪機(jī)參數(shù)如表3所示。改造后的汽輪機(jī)主汽參數(shù)貼合實(shí)際生產(chǎn)線的真實(shí)數(shù)值，保證機(jī)組安全性的同時(shí)提高了發(fā)電效率，圖3、圖4所示為2#汽輪機(jī)發(fā)電功率改造前后的趨勢圖。表3改造后汽輪機(jī)參數(shù)圖32022年10-11月份2#汽輪機(jī)發(fā)電趨勢圖（改造前）圖42023年6月份2#汽輪機(jī)發(fā)電趨勢圖（改造后）由圖3可以看出，2#汽輪機(jī)改造之前的發(fā)電功率大多在6~8MW，由圖4可以看出，2#汽輪機(jī)改造之后的發(fā)電功率大