Энергосбережение
Краткое описание системы выработки электроэнергии за счет теплоты отходящих газов производственной линии по выпуску цементного клинкера производительностью 1000 тонн в сутки
ВНИМАНИЕ:
Предложенный проект является примером реализации поставленной задачи. При Вашей заинтересованности в реализации аналогичного проекта на Вашем предприятии в рамках Ваших производственных условий (в частности температура и объем отходящих газов печи), необходимо направить запрос в адрес компании "БЭЛСИ Групп" для проведения соответствующих совместных предпроектных мероприятий.
Пример реализации проекта:
1. Избыточные тепловые ресурсы
В проекте используется теплота отходящих газов холодильника клинкера на разгрузочном конце печи и подогревателя на загрузочном конце печи производственной линии по выпуску цемента с мощностью 1000 тонн клинкера в сутки.
Применяемая теплота отходящих газов производственной линии по выпуску цемента, определяется на основе предоставленных цементным заводом данных:
а. Теплота отходящих газов холодильника клинкера на разгрузочном конце производственной линии по выпуску цемента с мощностью 1000 тонн в сутки, применяемая для выработки электроэнергии, составляет 50000 Нм3/час - 400°С 100°С.
б. Теплота отходящих газов подогревателя на загрузочномконце печи с мощностью 1000 тонн в сутки составляет 75000 Нм3/час-360?С 225?С. Отходящие из печи газы служат источником теплоты для сушки сырьевой смеси.
Расчет баланса теплоты вышеуказанных отходящих газов показывает, что отходящие из печи газы способны выработать электроэнергию в объеме 1600-2000 кВт. С учетом колебания объемов выпуска цемента производственной линии, данный объект оснащен генераторным агрегатом установленной мощностью 2,0 MВт (максимальная мощность выработки электроэнергии 2,2 MВт), использующим теплоту отходящих газов. В состав основной части системы входят:
- две печи, использующей теплоту отходящих газов,
- комплект конденсационного паротурбогенераторного агрегата.
Между выходом отходящих газов из средней части холодильника клинкера на разгрузочном конце цементной печи и электрофильтром для очистки отходящих газов из разгрузочного конца печи установлен котел, использующий теплоту отходящих газов типа AQC. Применяется имеющийся дымоход холодильника в качестве дымохода низкотемпературного участка котла AQC. При ревизии и ремонте котла AQC система обжига цемента может работать без остановки, что не оказывает влияния на нормальную работу производственной линии по выпуску цемента. На первой ступени котла AQC выпускает перегретый пар 1,47MПa-360?С, на второй ступени котла AQC выпускает воду на 165?С. На третьей ступени котла AQC выпускает воду на 98?С и вода возвращается в деаэратор.
Между выходом отходящих газов подогревателя на загрузочном конце и высокотемпературным вентилятором на загрузочном конце установлен котел, использующий теплоту отходящих газов, котел SP. Ввиду того, что температура отходящих газов подогревателя производственной линии 1000 тонн в сутки высокая и имеются требования к температуре отходящих газов котла, данный котел может производить только перегретый пар 1,57MПa-330?. Данный пар (также может непосредственно поступать в паровую магистраль до паротурбины) возвращается в низкотемпературный коллектор пароперегревателя разгрузочного конца печи производственной линии 1000 тонн в сутки и продолжает перегреваться вместе с паром, производимым в котле AQC.
Два котла, использующие теплоту отходящих газов, оснащены одним конденсационным паротурбинным генератором типа N2,0-1,35.
2. Теплосистема
По вышеуказанному варианту установки в сочетании с производственными и технологическими условиями определено следующее решение теплосистемы для удовлетворения требований к проведению производственных операций и достижения цели энергосбережения и использования теплоты отходящих газов:
На выходе отходящих газов из холодильника разгрузочного конца печи установлен котел (AQC), использующий теплоту отходящих газов разгрузочного конца печи. До котла AQC установлена пылеосадительная камера для уменьшения его износа. Котел AQC состоит из 3 ступеней, в том числе 1-ая ступень - паровая, 2-ая ступень - горячая вода, 3-я ступень - экономайзер.
На выходе отходящих газов подогревателя загрузочного конца печи установлен котел (SP), использующий теплоту отходящих газов загрузочного конца. Котел SP имеет только 1-ую ступень - паровую.
Перегретый пар, производимый на I ступени котла AQC производительностью 11,2 т/час с (максимальными) параметрами 1,47MПa-380?С, применяется в качестве основной части пара, поступающей на работу в паротурбину. На II ступени котла AQC производится горячая вода около 186?С с производительностью 12,2 т/час, из которой горячая вода 5,1 т/час подается на I ступень котла AQC, остальная часть горячей воды 7,1 т/час поступает в котел SP. Перегретый пар, производимый в котле SP с параметрами 1,57MПa - 330?С (допускается прямое поступление в паровую магистраль до паротурбины для выработки электроэнергии), и перегретый пар, производимый в котле AQC с параметрами 1,52MПa-330?С, вместе поступают в общий пароперегреватель котла AQC для продолжительного подогрева. Перегретый пар 1,47MПa-380?С, производимые двумя котлами, соединяются и поступают в паровую магистраль, далее в паротурбину. Данный пар применяется в качестве основного пара, поступающего в паротурбину для приведения ротора в работу. После работы отработанный пар через конденсатор превращается в конденсат. Конденсат паротурбины через конденсатный насос (40?С) поступает на ступень экономайзера котла AQC, использующего теплоту отходящих газов, для теплообмена с целью получения воды 106?С. Вода 106?С подается в деаэратор для удаления кислорода, далее поступает через питательный насос котла на I ступень котла AQC, использующего теплоту отходящих газов. Таким образом, образуется цельная циркуляционная теплосистема регенерации. Конкретное решение теплосистемы подробно показано на прилагаемой схеме F02 - Принципиальная схема теплосистемы.
Вышеуказанное решение позволяет электростанции работать надежно и гибко, а главное, создавать дополнительное электричество необходимое в производстве цемента с максимальным использованием теплоты отходящих газов.
По конфигурации вышеуказанной системы и на основе полного поступления отходящих газов в максимальном объеме в котел, наивысший объем выработки электроэнергии составляет 1,96MВт на линии производительностью 1000 тонн клинкера в сутки. При проектировании установленная мощность принята 2 MВт. Фактический объем выработки электроэнергии составляет 1,5-1,9 МВт в связи с нормальными потерями, связанными с утечкой клапанов, колебаний температур отходящих газов, тепловых потерь по трубопроводам и другим причинам.
3. Система подключения электростанции
Для реализации проекта строится камера высоковольтного и низковольтного распределительных устройств возле помещения паротурбогенератора новой электростанции, использующей теплоту отходящих газов, в каждом конкретном случае индивидуально от условий возводимой электростанции, использующей теплоту отходящих газов, для обеспечения рациональной производственной работы и управления новой электростанцией.
Для шины электростанции применяется одношинная схема, чтобы напряжение генератора возводимой электростанции 2МВт, использующей теплоту отходящих газов, удовлетворяло требованию заказчика. Для соединения шины генератора и понижающей распределительной подстанции цементного завода применяется одноцепная кабельная линия. Одновременное подключение к электросети осуществляется на стороне электростанции, также на месте нахождения выходного прерывателя генератора установлена точка одновременного подключения к сети. Электростанция подключена к электросети таким образом, что вырабатываемая ею электроэнергия полностью идет на собственные нужды, а не передается через сеть.
Ввиду наличия нагрузок на шине понижающей подстанции, при условиях неизменности способов электроснабжения и работы понижающей подстанции и обеспечения стабильности работы производственной линии по выпуску цемента, электроэнергия, вырабатываемая генератором, полностью идет на собственные нужды завода.
Ввиду наличия разных требований к подключению к различной электросети, в границы проектирования данного объекта не входит система подключения к электросети. Высоковольтная система спроектирована только до выходного прерывателя генератора.
4.Основное оборудование
На основе выбираемой теплосистемы и в соответствии с состоянием производства и эксплуатации котлов, использующих теплоту отходящих газов, и турбогенераторов отечественного производства, рассчитанных на низкие параметры, определено следующее основное и вспомогательное оборудование:
| № п/п | Наименование и тип оборудования | Кол. | Основные технические параметры, характеристики и показатели |
| 1 | Конденсационная паротурбина | 1 | Тип: N2,0-1,35 Номинальная мощность: 2000кВт Номинальная частота вращения: 3000 об/мин Давление до главного стопорного парового клапана: 1.35MПa Температура до главного стопорного парового клапана: 380°С Паропроизводительность: 11 т/час Давление пара на выходе: 0,007 MПa |
| 2 | Генератор 3,0 MВт | 1 | Тип: тип QF2-2 Номинальная мощность: 2 MВт Номинальная частота вращения: 3000 об/мин Напряжение на выходе: по требованию заказчика |
| 3 | Котел SP, использующий теплоту отходящих газов | 1 | Объем отходящих газов на входе: 75000 Нм3/час Температура отходящих газов на входе: 360°С Запыленность отходящих газов на входе: 80 г/м3 (в нормальном режиме) Температура отходящих газов на выходе: ~225°С Паропроизводительность:6.7 т/час - 1.57 MПa - 330°С Температура подаваемой воды: 175°С Общий объем утечек котла: ?2% Способ размещения: на открытом воздухе |
| 4 | Котел AQC, использующий теплоту отходящих газов | 1 | Объем отходящих газов на входе: 50000 Нм3 / час (в нормальном режиме) Температура отходящих газов на входе: 400°С (наивысшая 480°С) Запыленность отходящих газов на входе: 30 г/м3 (в нормальном режиме) Температура отходящих газов на выходе: 100°С Первая ступень котла (общий пароперегреватель) Паропроизводительность: 11,2 т/час - 1,47 MПa - 380°С Температура подаваемой воды: 185°С Параметры воды на выходе II ступени: 12,2 т/час - 186°С Температура подаваемой воды: 95°С Низкотемпературный экономайзер: 12,2 т/час - 106°С Температура подаваемой воды: 40°С Общий объем утечек котла: ?2% Способ размещения: на открытом воздухе |
| 5 | Деаэратор | 1 | Производительность: 15 т/час Рабочее давление: 0.02 MПa Рабочая температура: 104°С Бак деаэратора: 10 м3 |
| 6 | Насос циркуляции охлаждающей воды | 2 | Производительность: 500 м3/час Высота подъема: 18-23 м |
| 7 | Станционный трансформатор | 1 | Тип: SCB9-500/10,5 Мощность: 500 кВА |
| 8 | Устройство химической подготовки воды | 1 | Производительность подготовки: 10 т/час |
| 11 | Система управления | 1 | Компьютерная распределенная система управления (DCS), применяется изделие отечественного бренда |
5. Система циркуляции воды
Для данного объекта строится электростанция с установленной мощностью 2,0 Мвт, использующая низкотемпературную теплоту загрузочного и разгрузочного концов печи производственной линии по выпуску цемента с мощностью 1000 тонн клинкера в сутки.
5.1 Расход воды на охлаждение оборудования:
В зависимости от качества пара, производимого загрузочным и разгрузочным концами печи производственной линии по выпуску цемента, расхода пара на паротурбинный генератор и кратности охлаждения рассчитан и определен расход воды на охлаждение, который приведен ниже:
| Расход воды на охлаждение конденсатора: | 860 м3/час |
| Расход воды на охлаждение маслоохладителя: | 20 м3/час |
| Расход воды на охлаждение воздухоохладителя: | 60 м3/час |
| Расход воды на охлаждение питательного насоса котла: | 2 м3/час |
| Общий расход охлаждающей циркуляционной воды: | 922 м3/час |
5.2. Решение системы водяного охлаждения оборудования
Для охлаждения оборудования данного объекта планируется применить систему циркуляции охлаждающей воды. В составы системы циркуляции охлаждающей воды входят помещение насосов циркуляции охлаждающей воды, холодильные сооружения, бассейн с системой циркуляции воды и трубопроводная сеть системы циркуляции воды. При работе данной системы насос циркуляции охлаждающей воды перекачивает воды из бассейна в производственные цеха на охлаждение производственного оборудования. Охлаждавшая оборудование вода (циркуляционная возвратная вода) поступает в холодильные сооружения с помощью водяного циркуляционного насоса. Охлажденная вода возвращается в бассейн с системой циркуляции воды для дальнейшей циркуляции через циркуляционный насос. Для обеспечения хорошей, стабильной работы данной системы в системе приняты меры по добавке химических реагентов и удалению грязи.
5.3. Выбор типа оборудования системы циркуляции охлаждающей воды
В период работы агрегата объем циркуляционной воды изменяется по мере изменения метеорологических условий наружного воздуха. В зависимости от метеорологических условий на месте нахождения агрегата, расхода воды на охлаждение систем данного объекта и характеристик строительной площадки применяется 2 горизонтальных одноступенчатых центробежных насоса с двухсторонним всасыванием в качестве насосов циркуляции охлаждающей воды. Применяется сборная противоточная градирня с принудительной циркуляцией воздуха. Разность температуры воды на входе и выходе градирни рассчитана на 10?С. Для удобного распределения циркуляционной воды с учетом экономичности и надежности работы градирни и водяного циркуляционного насоса выбраны следующие типы основного оборудования для системы циркуляции охлаждающей воды:
| № п/п | Наименование и тип оборудования | Кол. | Основные технические параметры |
|---|---|---|---|
| 1 | Сборная противоточная градирня с принудительной циркуляцией воздуха Тип:10BNGZ-500 | 2 | Расчетная производительность: 500 м3/час |
| 2 | Насос циркуляции охлаждающей воды электростанции Тип: 14SAP-10JB | 2 | Производительность: 650-1200 м3/час Высота подъема: 18-33 м |
| 3 | Устройство добавки химических реагентов Тип: JY-0.6/1.44-B-1 | 1 | Объем добавки химических реагентов: 0-300 л/час |
5.4. Размещение системы циркуляции воды
Система циркуляции охлаждающей воды оснащена подземным помещением для водяного циркуляционного насоса. Для удобной работы, управления и ревизии установлено подъемное устройство и пункт управления. Градирня размещена в одном ряду, с планировочными размерами примерно 7,5?15 м. Вокруг градирни, у ее основания, установлена площадка для возвратной воды. Под градирней сооружен бассейн с системой циркуляции воды, полезный объем которого составляет около 450м3, т.е. 32,68% от объема циркуляционной воды. Водяной циркуляционный насос установлен на длинной стороне градирни, с планировочными размерами около 7,5?15м, где смонтированы два водяных циркуляционных насоса.
5.5 Объем потерь и подпитки системы
В зависимости от метеорологических условий на месте строительства электростанции, использующей теплоту отходящих газов, расхода воды на охлаждение систем данного объекта и типов холодильных сооружений системы получаются следующие расчетные значения:
| Потери от испарения, на унос ветром и просачивание: | 10 м3/час |
| Объем выпуска воды из системы: | 15 м3/час |
| Потери воды: | 25 м3/час |
Коэффициент косвенного циркуляционного пользования составляет около 97%. Объем подпитки циркуляционной системы свежей водой составляет 25 м3/час.
6. Обработка химической воды
6.1. Общие сведения
Давление пара в котле электростанции данного объекта, использующей теплоту отходящих газов, составляет 1,6 MПa, поэтому котел относится к числу паровых котлов низкого давления. Для обеспечения нормальной работы котла и агрегата показатели подаваемой в котел воды должны удовлетворить стандартные требования к качеству воды для котла низкого давления, заложенные в "Качестве воды для промышленных котлов" (стандарт GB1576-2001).
6.2. Определение объема воды
Поданная вода в котле непрерывно испаряется и концентрируется. Превышение предусмотренной нормы приводит к ухудшению качества пара, что оказывает влияние на безопасность работы котла. Поэтому требуется непрерывно откачивать концентрированную воду из зоны парового котла с повышенным содержанием солей и наряду с этим осуществить бесперебойную подпитку котла водой для обеспечения его нормальной и стабильной работы.
При нормальной работе электростанции объем подпитки пароводяной системы электростанции водой составляет 1,2 м3/час, максимальный объем подпитки - 6,0 м3/час (не включается пуско-наладочный период). Производительность оборудования электростанции для обработки воды должна быть определена путем суммирования нормальных потерь пара и воды и потерь пара и воды, увеличиваемых при запуске агрегата или возникновении аварий.
6.3. Решение системы обработки химической воды
В зависимости от предоставленных нашей компанией данных об источнике воды и для удовлетворения стандарту качества подаваемой в электростанцию воды, использующей теплоту отходящих газов, планируется применить вторую ступень системы обратного осмоса в качестве способа обработки химической воды. Процесс обработки приведен ниже: вода, подкачиваемая из трубопроводной сети бытовой и противопожарной систем, поступает в бак сырой воды, подкачиваемая насосом вода через фильтр с разными фильтрующими средами и фильтр с активизированным углем подается в систему обратного осмоса. Выходная вода, удовлетворяющая норме, поступает в опреснительный бак, откуда опресненная вода насосом перекачивается на агрегат, находящийся в помещении для паротурбинного генератора. Качество воды на выходе: жесткость ?0,005ммол/л.
Для регулировки содержания кислорода в подпиточной воде котла и уменьшения коррозии оборудования теплосистемы из-за растворимого кислорода применяется способ термической деаэрации. В помещении для паротурбогенератора установлен термический деаэратор. После деаэрации опресненной воды содержание кислорода ?0,05мг/л.
Для регулировки качества воды в корпусе котла применяется способ прямой добавки химических реагентов, что осуществляется путем добавки раствора Na3PO4·12H2O в котел, использующий теплоту отходящих газов, с помощью насоса-дозатора, устройства добавки химических реагентов.
6.4. Выбор типа оборудования для обработки воды
Выбираемое оборудование для обработки воды данного объекта рассчитано на расход воды 2000 кВт/час с учетом расхода воды на оборудование самого цеха химической подготовки воды.
При нормальной работе систем данного объекта объем подпитки воды составляет 1,2 м3/час, максимальный объем подпитки около 6 м3/час. Принимая во внимание потери паров из-за нерасчленения котла с использованием теплоты отходящих газов при кратковременной остановке работы из-за внезапных дефектов паротурбогенератора или другого вспомогательного оборудования во время работы системы, во избежание оказания влияния на нормальную работу производственной линии по выпуску цемента, учитывая и потери паров из-за соединения или расчленения котла с использованием теплоты отходящих газов во время нормальной работы, производительность устройства химической подготовки воды рассчитана на 7,5 м3/час.
| № п/п | Наименование и тип оборудования | Кол. | Основные технические параметры |
| 1 | Механический фильтр | 1 | Проектная производительность: 10м3/час |
| 2 | Фильтр с активированным углем | 1 | Проектная производительность: 10м3/час |
| 3 | Насос для чистой воды Тип: IS65-40-160 | 2 | Производительность: 7,5-15 м3/час Высота подъема: 35-30 м |
| 4 | Вторая ступень устройства обратного осмоса | 1 | Проектная производительность: 7,5м3/час |
| 5 | Насос для опресненной воды Тип: IH50-40-200 | 2 | Производительность:7,5-15 м3/час Высота подъема: 53-47м |
| 6 | Сборный стальной бак для чистой воды | 1 | Вместимость: 20 м3 |
| 7 | Сборный стальной бак для смягченной воды | 2 | Вместимость: 25 м3 |
6.5 Размещение системы обработки химической воды
Цех обработки химической воды размещен в основном корпусе, с планировочными размерами 7,5?12м, включает помещение для системы обработки воды, помещение для водяных баков, лабораторию и дежурную комнату.
