南京凱盛開能公司水泥余熱發(fā)電總包工程經(jīng)驗淺談
2007-04-10 00:00
南京凱盛開能環(huán)保能源有限公司（南京凱盛水泥工程技術(shù)公司余熱發(fā)電設(shè)計研究所）是南京凱盛水泥工業(yè)設(shè)計研究院下屬的專門從事水泥窯、玻璃窯及其它行業(yè)高中低溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電的高新技術(shù)企業(yè)。公司具有一批從事機電、電力、節(jié)能和環(huán)保技術(shù)的高級技術(shù)人才，在節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域積累大量的技術(shù)開發(fā)和工程設(shè)計、項目管理經(jīng)驗，結(jié)合南京凱盛的甲級水泥設(shè)計資質(zhì)和中國凱盛的乙級電力設(shè)計資質(zhì)，組成了一支精業(yè)敬業(yè)的技術(shù)團隊，以服務(wù)和創(chuàng)新為宗旨，在項目進行過程中，對于客戶的問題以最快的時間給予解決，在主機選型、設(shè)備采購等過程中提供技術(shù)指導(dǎo)與咨詢，在建設(shè)過程中派工程技術(shù)人員現(xiàn)場服務(wù)，為客戶把關(guān)。同時，南京凱盛還為客戶提供人員培訓(xùn)、編制調(diào)試大綱、提供調(diào)試服務(wù)、生產(chǎn)運行指導(dǎo)等附加服務(wù)，使客戶相關(guān)人員能盡快投入崗位，為客戶贏得最大的效益。在項目總承包的過程中，為客戶采用國內(nèi)最好的技術(shù)與裝備，提供專業(yè)的技術(shù)和管理團隊，先進的服務(wù)理念，創(chuàng)建優(yōu)質(zhì)的工程。
一、南京凱盛開能環(huán)保能源有限公司余熱發(fā)電指導(dǎo)思想
(1) 在不影響水泥生產(chǎn)的前提下最大限度地利用余熱；
(2) 在技術(shù)方案上統(tǒng)一考慮回收利用水泥生產(chǎn)線窯頭熟料冷卻機及窯尾預(yù)熱器的廢氣余熱；冷卻機采用中部抽風(fēng)，合理設(shè)計中部抽風(fēng)口，有條件的地方設(shè)余風(fēng)再循環(huán)。
(3) 在生產(chǎn)可靠的前提下，積極推廣先進技術(shù)。盡可能采用先進的工藝（熱力系統(tǒng)）技術(shù)方案，降低投資與運行成本，擴大客戶的經(jīng)濟效益；
(4)采用成熟、可靠的工藝和裝備，堅決克服同類型、同規(guī)模項目中暴露出的問題堅持推成出新、創(chuàng)新發(fā)展；
(5) 余熱電站主、輔機的過程控制采用自動化程度高的集散型計算機控制系統(tǒng)；
二、南京凱盛開能環(huán)保能源有限公司熱力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計原則
（1） 過熱蒸汽產(chǎn)量最大化。對于中低溫余熱利用，關(guān)鍵在工藝和設(shè)備的允許范圍內(nèi)充分利用余熱，并使設(shè)備的效率最高，使余熱發(fā)電量最大化。對于低參數(shù)汽輪發(fā)電機組而言，影響其發(fā)電量的是三個主要參數(shù)：過熱蒸汽的流量、壓力和溫度，其中流量對發(fā)電量起決定性影響，壓力和溫度對熱能轉(zhuǎn)化為電能的總效率有影響，但其對發(fā)電量的影響遠小于流量對發(fā)電量的影響。
（2） 高過熱蒸汽溫度。過熱蒸汽溫度高除可以通過提高過總效率來提高發(fā)電量外，還可以提高汽輪機運行的安全性。受傳熱效率和鍋爐制造成本的影響，必須保持過熱蒸汽同煙氣之間有適當(dāng)?shù)臏夭睢?/DIV>
（3） 合適的汽包工作壓力?？紤]在換熱過程中，蒸發(fā)受熱面內(nèi)汽水混合物的溫度不變，而煙氣同汽水混合物之間傳熱溫差窄點一般在20～30℃，汽水混合物的溫度直接受壓力的影響，所以選擇合理的壓力水平可以提高蒸汽產(chǎn)量并合理布置受熱面。根據(jù)具體的余熱資源條件來確定單壓或雙壓（甚至多壓）系統(tǒng)。
（4） 充分降低廢氣溫度。受窯尾廢氣要用于烘干生料的工藝限制，一般窯尾廢氣溫度只能降至210～250℃左右；窯頭余風(fēng)可以充分降低，但降低過多則造成傳熱溫差小使得換熱面積布置過多，使鍋爐造價提高，同時吸收過多的低品質(zhì)熱量也無法有效提高發(fā)電量，所以窯頭余風(fēng)的降低以滿足為窯頭和窯尾余熱鍋爐提供足量的汽包給水即可。根據(jù)熱量分配和能量平衡計算，窯頭余風(fēng)降至90～100℃左右即可滿足要求?？梢愿鶕?jù)客戶要求，進一步利用窯頭余熱資源來供熱或制冷。
三、南京凱盛開能環(huán)保能源有限公司的技術(shù)優(yōu)勢
1、 有專業(yè)的設(shè)計和咨詢資質(zhì)，可進行項目建議書及可行性研究報告的編制；可承擔(dān)各種規(guī)模的水泥生產(chǎn)線的熱工標定；
2、 有國家強制要求的從事電力工程設(shè)計所必備的電力工程乙級設(shè)計資質(zhì)；有壓力容器和壓力管道設(shè)計資質(zhì)的技術(shù)人員；有來自水泥和電力行業(yè)的設(shè)計、工程管理、運行的專業(yè)隊伍；
3、有豐富的工程設(shè)計經(jīng)驗和完善的技術(shù)服務(wù)體系；：
3.1 可快速完成余熱利用系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計方案；可提出完整的余熱鍋爐、汽輪發(fā)電機的訂貨技術(shù)規(guī)格書，并配合鍋爐廠進行鍋爐的方案設(shè)計；
3.2 可配合當(dāng)?shù)仉娏Σ块T完成接入系統(tǒng)的方案設(shè)計；
3.3 可快速、準確的完成指導(dǎo)工程設(shè)計和建設(shè)的基本設(shè)計，并編制有參考價值的工程概算；
3.4 可快速、精確的完成施工圖設(shè)計工作，并提供現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)工作；
3.5 可根據(jù)建設(shè)方的要求，提供設(shè)備成套供貨的服務(wù)，既有利于加快工程設(shè)計進度，同時有利于降低設(shè)備的采購費用；
3.7 可提供擬建電站的運行、管理及技術(shù)人員的培訓(xùn)服務(wù)。
3.8 可提供經(jīng)驗豐富的電站工程建設(shè)和管理技術(shù)人員配合安裝單位的安裝工作；可提供經(jīng)驗豐富的專家團隊進行調(diào)試和試運行的技術(shù)指導(dǎo)工作；
四、如何理解“噸熟料發(fā)電量”
我們已經(jīng)設(shè)計的水泥生產(chǎn)線余熱發(fā)電關(guān)鍵數(shù)據(jù)一覽表，這些水泥線全部為帶五級預(yù)熱器的新型干法窯。
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企業(yè)名稱 |
生 產(chǎn) 線 規(guī) 模 |
系統(tǒng)配置及裝機容量 |
計算噸熟料發(fā)電* |
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中聯(lián)淮海 |
5000t/d |
單壓系統(tǒng)，9000kW |
33.4 kWh/t.Cl |
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重慶金江 |
2500t/d |
單壓系統(tǒng)，4000kW |
32 kWh/t.Cl |
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江蘇金墅 |
2500t/d |
單壓系統(tǒng)，4000kw |
31.52 kWh/t.Cl |
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廣東珠江 |
5000t/d |
雙壓系統(tǒng)，7500kw |
33.49 kWh/t.Cl |
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鐵嶺鐵新 |
2×2500t/d |
單壓系統(tǒng)，8000kw |
32.47 kWh/t.Cl |
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浙江天馬 |
2500t/d |
單壓系統(tǒng)，4000kw |
32.38 kWh/t.Cl |
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佳木斯鴻基 |
1300t/d＋2500t/d |
單壓系統(tǒng)，7500KW |
38 kWh/t.Cl |
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內(nèi)蒙古烏蘭 |
2×2500t/d |
單壓系統(tǒng)，8000KW |
32 kWh/t.Cl |
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浙江華業(yè)韶洋 |
1500t/d |
單壓系統(tǒng)，2000KW |
30.4 kWh/t.Cl |
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中聯(lián)南陽 |
3000 t/d |
單壓系統(tǒng)，4500KW |
36 kWh/t.Cl |
*計算噸熟料發(fā)電指計算平均發(fā)電功率除以實際小時平均產(chǎn)量
從上述數(shù)據(jù)統(tǒng)計表發(fā)現(xiàn)，這些水泥線的計算噸熟料發(fā)電量大部分在30～34 kWh/t.Cl之間，另有三條線如佳木斯鴻基和中聯(lián)南陽的計算噸熟料發(fā)電量達36～38 kWh/t.Cl。上述所有的水泥線余熱發(fā)電的熱量來源都是來自窯尾和窯頭，窯尾要考慮從余熱鍋爐出來的煙氣滿足生料烘干的需要。窯頭采用中部抽風(fēng)，冷卻機冷卻效果好的生產(chǎn)線考慮采用余風(fēng)再循環(huán)。佳木斯鴻基和中聯(lián)南陽的計算噸熟料發(fā)電量高的原因是這三條線的窯尾一級筒出口煙氣溫度和窯頭冷卻機的中部抽風(fēng)溫度明顯高于其他生產(chǎn)線。
由于不同的水泥生產(chǎn)線的熱耗不同，原料和燃料也各不相同同，運行水平不同，這些因素直接影響了窯尾排煙溫度和窯頭余風(fēng)溫度不同。所使用的裝備如生料磨不同，要求烘干生料的溫度不同，一般來講，立磨要求較低的烘干溫度，中卸磨要求較高的烘干溫度，當(dāng)然，氣候、環(huán)境、原料含水量等因素也影響了烘干生料的溫度。上述諸多因素多最終的余熱發(fā)電量都產(chǎn)生影響，窯尾排煙溫度和窯頭余風(fēng)溫度越高，余熱發(fā)電量越多；要求烘干生料的溫度越高，余熱發(fā)電量越少。又有些生產(chǎn)線冷卻機熱效率很低，余風(fēng)溫度相當(dāng)于其他正常冷卻機從中部抽風(fēng)的溫度，高達350℃，其風(fēng)量就大得多，該余風(fēng)發(fā)電量也就大得多。因為是余熱利用，不同條件的生產(chǎn)線“噸熟料發(fā)電量”是有差異的。因此我們認為，“噸熟料發(fā)電量”并不能準確反映余熱發(fā)電設(shè)計水平和裝備水平的高低；相對“噸熟料發(fā)電量”而言，“噸熟料發(fā)電量/噸熟料煤耗量”能更準確地反映余熱發(fā)電設(shè)計水平和裝備水平的高低，但是，由于“噸熟料煤耗量”的準確計量比較困難，用“噸熟料發(fā)電量/噸熟料煤耗量”來反映余熱發(fā)電設(shè)計水平和裝備水平的高低，在實際操作時有一定困難。
五、中聯(lián)淮海水泥有限公司5000t/d生產(chǎn)線余熱發(fā)電總承包工程案例
中聯(lián)巨龍淮海水泥有限公司始建于1978年，現(xiàn)有新老兩條水泥生產(chǎn)線，老線日產(chǎn)水泥熟料3700噸， 新線系國產(chǎn)5000t/d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線。其配套余熱發(fā)電工程分兩期建設(shè)。我公司此次總承包項目為一期5000t/d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線配套純低溫余熱發(fā)電項目。為最大限度地節(jié)省建設(shè)投資，設(shè)計中統(tǒng)一規(guī)劃了二期工程的建設(shè)，主廠房、化水系統(tǒng)一次建成，各專業(yè)預(yù)留了二期工程的接口以及擴展的空間。生產(chǎn)設(shè)備原則上采用國產(chǎn)設(shè)備，整個余熱電站設(shè)計遵循“技術(shù)先進、生產(chǎn)可靠、節(jié)約投資”的原則。工程有以下幾個設(shè)計特點：
1、余熱利用充分
經(jīng)熱工標定和系統(tǒng)優(yōu)化，設(shè)計參數(shù)如下表所示：
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設(shè) 計 參 數(shù) |
熟料產(chǎn)量5500 t/d | |
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AQC參數(shù) |
SP參數(shù) |
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煙(風(fēng))流量(Nm3/h) |
200000 |
322000 |
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煙(風(fēng))入爐溫度(℃) |
380 |
320 |
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煙(風(fēng))出爐溫度(℃) |
122 |
206 |
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過熱蒸汽溫度(℃) |
355 |
295 |
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過熱蒸汽流量(t/h) |
19.5 |
23.0 |
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過熱蒸汽壓力(MPa) |
1.18 |
1.18 |
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汽機進汽流量(t/h) |
42.5 | |
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汽機進汽溫度(℃) |
315 | |
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汽機進汽壓力(MPa) |
1.05 | |
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汽輪發(fā)電機汽耗(kg/kWh) |
≤5.5 | |
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發(fā)電機輸出功率(kW) |
7730 | |
在熱力系統(tǒng)的確定上，盡管雙壓系統(tǒng)和閃蒸系統(tǒng)在熱利用效率上較單壓系統(tǒng)提高大約3～5％，但單壓系統(tǒng)由于其系統(tǒng)簡單，設(shè)備運行可靠，投資省而得到廣泛采用，其國內(nèi)使用業(yè)績表明，技術(shù)成熟可靠。在技術(shù)論證階段，本項目采用雙壓或閃蒸系統(tǒng)所產(chǎn)低壓蒸汽（2～3bar）產(chǎn)量不足主蒸汽的10%，受到目前國產(chǎn)汽輪機產(chǎn)品設(shè)計的限制，其最終發(fā)電效果并不明顯高于單壓系統(tǒng)。因此本項目熱力系統(tǒng)在與業(yè)主充分協(xié)商的情況下，我們最終采用單壓系統(tǒng)。
對于低參數(shù)汽輪發(fā)電機組而言，影響其發(fā)電量的是三個主要參數(shù)：過熱蒸汽流量、壓力和溫度，其中流量對發(fā)電量起決定性影響。在熱力系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計上，我們首先謀求過熱蒸汽產(chǎn)量最大化，窯頭和窯尾余熱鍋爐共計產(chǎn)過熱蒸汽42.5t/h，其中選取窯頭余熱鍋爐過熱蒸汽壓力為1.18MPa，溫度為355℃，選取窯尾余熱鍋爐過熱蒸汽壓力為1.18MPa，溫度為295℃，采用特殊設(shè)計具有混汽均汽功能的分汽缸，使窯頭窯尾過熱蒸汽在分汽缸混合，汽機進汽壓力1.05MPa，溫度315℃。窯頭窯尾余熱得以充分利用。
2、余熱鍋爐
窯頭窯尾余熱鍋爐均采用立式布置，自然循環(huán)。窯頭余熱鍋爐由二級省煤器、蒸發(fā)器和過熱器組成，自然通風(fēng)清灰。窯尾余熱鍋爐由省煤器、五級蒸發(fā)器和過熱器組成，振打清灰。窯頭余熱鍋爐低溫省煤器同時為窯頭余熱鍋爐和窯尾余熱鍋爐提供熱水。為提高窯頭的高溫?zé)嵩?，避免為提高熱效率而產(chǎn)生大量低溫?zé)崴?，窯頭余熱鍋爐我們采用了中部抽風(fēng)帶余風(fēng)再循環(huán)方式，將鍋爐進風(fēng)溫度提高至380℃。此外，因熟料冷卻機的廢氣中含有對鍋爐換熱面磨蝕性較強的熟料微粒，為保證窯頭余熱鍋爐的使用壽命，提高余熱利用率，在進窯頭余熱鍋爐之前的管路上設(shè)置了預(yù)收塵裝置。
3、低參數(shù)汽輪機
汽輪機選用汽耗低的高效率低品位熱能利用汽輪機，通過專門數(shù)值模型的三維計算來指導(dǎo)低參數(shù)汽輪機通流部分和末級葉片的設(shè)計。主要是用合理的通流系統(tǒng)和特殊末級葉片來提高末級蒸氣的含濕量，以此來提高汽輪機內(nèi)效率，降低汽耗。本項目的一個主要目標是將設(shè)計工況下的汽輪機汽耗降低到5.5kg/kWh左右，同時汽輪機輔助系統(tǒng)中采取措施確保較低的排汽壓力，如增大凝汽器換熱面積、增加凝汽器膠球清洗裝置、對循環(huán)水進行處理等，來保證汽輪機汽耗低、熱效率高的性能。
汽輪機為純凝式，采用帶機力通風(fēng)冷卻塔的循環(huán)供水系統(tǒng)，無回?zé)岢槠?，整個系統(tǒng)配置一臺真空除氧器。
4、水工系統(tǒng)
原水采用地下水，水質(zhì)的堿度和硬度都高，循環(huán)水系統(tǒng)加酸加藥進行處理，提高極限碳酸鹽濃度，提高濃縮倍率，循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)置旁濾裝置，減少排污損失。
鍋爐補給水采用反滲透+混床工藝，便于加強鍋爐水質(zhì)管理，減少再生次數(shù)，節(jié)約運行成本。鍋爐給水為一級除鹽水，可以減少鍋爐排污量來增加發(fā)電量。
5、電氣及自動化
余熱發(fā)電采用并網(wǎng)但不上網(wǎng)原則，熱工控制部分采用分散控制系統(tǒng)，繼電保護裝置采用微機型。
一期工程5000t/d水泥熟料干法生產(chǎn)線配套純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，年運行時間7000h，計算噸熟料發(fā)電量33.7 kWh，年發(fā)電量5411×104kWh，年供電量4924×104kWh，按大型火電廠發(fā)電效率為0.383kg標準煤/kWh計算，年節(jié)約標準煤18859t，每年減少CO2排放量47148t。如按0.52元/kwh計算，每年可節(jié)省電費2560.48萬元，項目經(jīng)濟效益顯著。
在2007年3月，由我公司總承包的內(nèi)蒙古烏蘭水泥集團2×2500t/d生產(chǎn)線余熱發(fā)電項目開工建設(shè)，其他多條由我公司承擔(dān)的設(shè)計或總承包的水泥生產(chǎn)線余熱發(fā)電項目將陸續(xù)在2007年投產(chǎn)發(fā)電。
我們將繼續(xù)努力，不斷創(chuàng)新，為中國水泥行業(yè)的發(fā)展作出貢獻。
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