浅析水泥生产线(纯)低温余热回收锅炉(发电)给水除氧系统(及其)优化设计
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摘要：水泥生产线（纯）低温余热回收（发电）技术是一种利用水泥生产过程中所产生的高、低温废气来进行热能回收发电的新型技术，该技术的运行（产生）不仅大大提高了能源的利用效率，还减少了对环境所造成的污染。本文根据笔者多年的工作经验，针对几种传统水泥低温余热回收锅炉给水除氧系统的优缺点进行了对比分析，总结出一套（并对该）除氧系统的优化设计方案，（提出了自己的见解，）以供业内人士之间相互交流学习。
关键词：水泥生产线，（纯）低温余热锅炉，（发电；）给水除氧系统；设计优化
Abstract: cement production line (pure) low temperature waste heat recovery (power) technology is a use of cement production process produced in high/low temperature, gas to heat recovery of the new power generation technology, this technology operation (produced) not only greatly improved energy efficiency, but also reduce the environment pollution caused. Based on many years' work experience, according to several traditional cement low temperature recovery boiler water supply oxygen and the advantages and disadvantages of the system is analyzed and summarized a set of (the) oxygen system optimum design (the author puts forward his own ideas,) for communication between the personage inside course of study.
Keywords: cement production line, the (real) low temperature waste heat boiler, (power) Water supply oxygen system; Design optimization
中图分类号：TQ172.7文献标识码： A 文章编号：
前言：利用水泥生产线上产生的高低温废气来获得锅炉发电的蒸汽，把热能转换为电能。（作为工质来进行发电,）是一项很（具）有发展情景和战略意义的新型节能技术。随着该项技术发展的日益推广（成熟化），它已越来越受到人们的关注。水泥低温余热发电锅炉作为余热回收的主要设备之一,对整个发电系统是否良好运营，起到关键性的作用。然而锅炉给水除氧系统又是给水处理工艺的重要组成部分，它的工作状况（在一定程度上）决定着整个锅炉系统是否具有安全性、稳定性及经济性。本文根据某水泥厂水泥生产线低温余热锅炉热力及废气系统余热资源回收的设计，（特点）, 结合其对当前环境、资金投入及兄弟单位的运行经验等诸多因素的综合考虑,在施工（设计）之前，对（几种）其除氧方式进行详细的优、缺点分析和总结，最终选择了大气式锅炉给水热力除氧系统；该系统在原有的基础上进行了进一步的优化，（相信该系统的选用在技术要求）在安全性、经济性和实用性等方面取得了新的成果。
1水泥生产线低温余热锅炉-发电热能与动能转换程序
（笔者曾经进行过调研）经统计，（根据某）水泥生产线1×4500t/d新型干法水泥生产线所产生的废气余热回收均采用如下转换模式：（的情况，拟定出的热力系统的大概流程为：）窑头、窑尾产生的余热废气经锅炉吸收，低温余热转化为过热蒸汽，锅炉蒸汽经过蒸汽管进入汽轮机中做功，热能转化为电能。（带动发动机来进行发电，）蒸汽做功后排出的尾汽进入汽轮机的凝汽器，在冷凝器中降温液化成水；凝结水经凝结水泵输送到（中加压处理后进入）锅炉除氧器中，凝结水含有很多氧离子，在除氧器中除氧。除氧后，这些水被送入锅炉（省煤器）再次加热，再次成为过热蒸汽，蒸汽再次进入凝汽式汽轮机来进行做功，从而实现水泥烟气余热通过水汽循环把热能转换成电能的过程。
2除氧方法优缺点对比分析
2.1锅炉给水除氧方法在总体上分为两种，即化学除氧法与物理除氧法。
2.2化学除氧法的特点
化学除氧法是在水中加入容易和氧气发生化学反应的化学材料使游离态的溶解氧转变成相对稳定的化合物，从而将水中所含的氧气去除，使锅炉给水的含氧量达到规定标准。常用的化学材料有药剂和钢屑。这种化学除氧法一般用于对水质要求不太高的小型锅炉房，水源主要用于热力网供暖。因此，化学除氧法大多作为辅助措施来进行附加除氧。利用化学除氧法可以将水中的氧气彻底去除，但是该方法不能作用于其他杂质气体，并且生成的化合物还增加了水中盐类的含量。另外这种除氧法的造价相对较高，不利于在中小型电厂中推广使用。
2.3物理除氧特点
2.3.1真空除氧
真空除氧的工作原理是对于亨利定律与道尔顿定律的应用。通过真空泵降低除氧器中的水面压力，当压力值降到进水温度的饱和蒸汽压力以下时，像O2之类的不凝结性气体就会解析出来，然后用针孔泵将其抽出，从而达到去除游离态氧的目的。因其多在水面低温状态下进行除氧，所以属于一种低温除氧方法。
真空除氧法的优点：①除氧系统运行稳定，对水质影响较小，并且操作简单易行。②在低温状态下就可以除氧，能充分利用参数较低的余热，节约能源。③锅炉负荷波动较大时也能取得不错的除氧效果。
运用此方法时须要解决的问题:①因氧气不能够完全析出，很难达到深度除氧的目的。②由于真空除氧系统架设位置相对较高，一般须高于11米，所以对喷射泵、加压泵等设备的要求也比较高。③此系统除氧环节相对比较复杂，需增加真空泵等设备，从而造成投资成本的增加。
2.3.2大气式热力除氧
热力除氧法的工作原理是亨利定律。因气体溶解度与自身的分压力成正比，且与自身的分压力有关系。在一定压力条件下升高水温时，水蒸汽的分压会随之增加，而氧气的分压会逐渐变小，当其分压降至0时，水中的游离氧就会不断析出。大气式热力除氧的工作原理是是在标准气压下将锅炉给水温度升高到沸点，氧气因溶解度减小而不断逸出，然后再将其与水蒸气一同排出。
大气式热力除氧是目前工程中广泛应用的除氧方法。其优点是：①除氧系统运营稳定，除氧后不会增加含盐量与其他气体的溶解量。②系统简单可靠且易于操作，到目前为止，该项技术已经比较成熟，生产相配套设备的厂家也较多，可以在很大程度上降低造价。
使用该方法须解决的问题: ①锅炉给水在除氧之后仍然具有较高的温度，当温度过高时有可能达到锅炉给水泵的汽化温度，从而对水泵的正常运行造成一定影响，所以该除氧系统应布置在相对较高的位置。②锅炉负荷会发生比较频繁的变动，而且当除氧水温低于104℃时，除氧效率会严重下降，这就需要通过人工调整来使水温达到适宜的温度。③除氧系统会消耗一部分水蒸气，设计时要考虑增设蒸汽管道来提供水蒸气。[2]
3对于除氧加热系统的优化
3.1水泥生产线余热分布情况
以5000t/d水泥生产线为例，该生产线的窑头冷却机可产生18×104m3/h的废气，进口废气温度为350℃左右，出口废气温度为90℃；窑尾增湿塔生产32×104m3/h的废气，窑尾进口废气温度为330℃，出口废气温度为220℃。经过对废气资源状况进行详细的分析之后，一致认为：只要取得优化的给水除氧系统，这些余热完全满足生产压力值为1.46MPa，温度为313℃，流量为37.7t/h的锅炉运行需要。
例如:安徽铜陵海螺水泥有限公司1*12000T/D水泥熟料生产线18MW余热发电建设项目，本项目由窑头1台AQC余热锅炉，窑尾两台PH余热锅炉，1台18MW的汽轮发电机组以及组成。废气流量：360×103Nm3/h，锅炉入口废气温度：310℃，锅炉出口废气温度194.9℃,蒸汽工作压力1.2 MPa, 296.2℃,蒸发量:27.8 t/h.蒸汽参数符合18MW的汽轮发电机组需要。
3.2除氧系统的选择
一般地，锅炉给水的除氧器器在进行加热除氧时，要消耗2～4t/h左右的蒸汽。水泥生产线余热回收锅炉都很大，锅炉给水量均超过了30t/h，所以，水泥生产线余热回收锅炉给水除氧系统不适于采用化学除氧的方法，蒸汽除氧耗能也较大。此时就应该考虑真空除氧或者大气热力除氧的方法。这两种方法均能够满足要求，但是，真空除氧系统的设计相对比较复杂，而且系统结构所需的设备比较多，如，真空泵等耗电设备的使用也会造成系统运行成本的增加，整体造价比较高，操作人员的数量及专业技能亦会有更高层次的要求。因此，目前新的水泥生产线余热回收锅炉都选择大气式热力除氧方法来处理锅炉给水除氧的问题。这是开展设计研讨论证，对锅炉给水除氧系统进行优化所取得的进步。
热力系统的锅炉给水设计是把凝结水经过蒸汽除氧后，将其送入锅炉的。为了充分利用现有热能，我们把窑头余热锅炉（一级锅炉）和窑尾余热锅炉（二级锅炉）的给水预热方法由蒸汽加热改为废气加热，一方面为炉水加热，另一方面实现炉水除氧。即大气式热力除氧方法。
一般情况下，窑头锅炉的废气排放温度尚有120℃，窑头废气余热得不到充分的利用，为了减少窑头废气余热的浪费并降低除氧器对于蒸汽的消耗，我们针对该热力系统进行了相应的优化设计，设计一个能量交换器，把窑头余热锅炉（一级锅炉）和窑尾余热锅炉（二级锅炉）的尾气进行再次吸收，把汽轮机的冷凝水加热到107℃左右，成为合格的锅炉给水。保证窑头余热锅炉（一级锅炉）和窑尾余热锅炉生产合格蒸汽，所以在设计时要把除氧系统和这两个余热锅炉联锁起来，保证除氧系统为窑头锅炉和窑尾锅炉提供合格的给水，使废气余热得到了充分的利用。经过初步估算，每年利用余热所获得的发电量相当于燃烧2000多吨煤所发的电量。为此，新型干法水泥生产线生产的废气得以充分利用，不仅降低能耗，化废为宝，而且减少了尾气对大气的污染，利己、利国、利民。
结语
综上所述，利用水泥生产线低温余热发电装置中，锅炉给水除氧系统的优化对于锅炉运行的稳定性、经济性起到不可估量的作用。在实际的项目设计选型过程中，应对锅炉的吨位、热力参数、水质要求等因素进行综合考虑，充分考虑水泥生产线余热资源的作用，从多个角度，多方面实行优化利用。在设计论证时，争取采用符合实际需求的、高效能的设计方案，确保水泥生产线投资产生最大的经济效益。
参考文献：
[1]肖作善，施燮钧，王蒙聚.热力发电厂水处理（第三版），北京，中国电力出版社，1996．
[2]邓庆松，周世平．300MW火电机组调试技术[M]．北京：中国电力出版社．2002：55―64．