帶補(bǔ)燃鍋爐的余熱發(fā)電在水泥廠的綜合利用

一、帶補(bǔ)燃鍋爐的余熱發(fā)電在水泥行業(yè)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)和前景
    隨著國(guó)內(nèi)和國(guó)際能源的日益緊張，以及我國(guó)人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，資源相對(duì)不足的矛盾日益突出，國(guó)家在進(jìn)行宏觀調(diào)控的同時(shí)，也對(duì)各行業(yè)作出相應(yīng)的指導(dǎo)性政策。在水泥建材行業(yè)，為綜合利用國(guó)家的有限資源，在大力支持5000t/h以上的新型干法生產(chǎn)線的同時(shí)，也在限制傳統(tǒng)立窯生產(chǎn)線的上馬。這也充分體現(xiàn)了能源有效利用的必要性。雖然目前水泥工業(yè)技術(shù)節(jié)能相比以前有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，水泥熟料熱耗已由原來(lái)的4600～6700KJ/kg.cl下降至3000～3300KJ/kg.cl，但在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，一方面有大量的中、低品位余熱被排放掉，另一方面又消耗大量的電能（每生產(chǎn)一噸水泥需耗電100～120kwh），就國(guó)內(nèi)常規(guī)的2500t/h新型干法水泥生產(chǎn)線為例，其窯頭窯尾所排掉的250～320℃以下廢氣，其熱量約占水泥熟料燒成系統(tǒng)總熱耗量的25%以上，如何進(jìn)一步充分利用這部分中、低溫余熱是目前進(jìn)一步降低水泥生產(chǎn)綜合能耗、降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。
    目前在我國(guó)水泥行業(yè)的帶補(bǔ)燃鍋爐的余熱發(fā)電系統(tǒng)是“八五”期間國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，已完成了技術(shù)裝備的研究開(kāi)發(fā)工作，并在國(guó)內(nèi)水泥生產(chǎn)線上得到成功的應(yīng)用，取得了很好的成果，如魯南水泥廠、玻璃河水泥廠余熱電站的投運(yùn)一直很好?！熬盼濉逼陂g該技術(shù)又取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，相繼在2000t/d、2500t/d窯外分解爐成功設(shè)置了余熱回收帶燃用煤矸石的補(bǔ)燃鍋爐（循環(huán)流化床鍋爐）綜合利用。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行可以不受水泥生產(chǎn)系統(tǒng)得制約，當(dāng)水泥生產(chǎn)系統(tǒng)偶爾出現(xiàn)短時(shí)停窯或廢氣溫度及氣量不夠時(shí)，均可調(diào)節(jié)流化床鍋爐燃料的喂料量及風(fēng)量保證鍋爐的正常運(yùn)行，避免發(fā)電機(jī)組的頻繁啟停，既延長(zhǎng)電廠的使用壽命，又保證了電力的連續(xù)供應(yīng)。同時(shí)，帶流化床鍋爐的余熱發(fā)電技術(shù)的成熟，也為開(kāi)發(fā)中低溫余熱發(fā)電，開(kāi)辟了廣闊的前景。如葛洲壩水泥廠、吉林亞泰水泥有限公司、內(nèi)蒙古蒙西水泥有限公司、廣東塔牌水泥集團(tuán)公司均利用該技術(shù)取的很好的效益。以我們總承包的福建龍巖三德水泥廠帶補(bǔ)燃鍋爐的2×15MW余熱發(fā)電項(xiàng)目為例，其充分利用該廠1#（2000t/d）、2#(2500t/d)窯尾廢氣，以及本地區(qū)豐富的劣質(zhì)煤，建成投產(chǎn)后其設(shè)計(jì)年供電量為14994×104kwh（以年運(yùn)行時(shí)數(shù)7000小時(shí)計(jì)），年平均發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為582.6g/kwh，余熱利用量占電站總耗能熱量的25%，而該公司全年用電量約為17561×104kwh，用電自給率可達(dá)約85%，按外購(gòu)電價(jià)0.5元/度（含稅）計(jì)算，所發(fā)電全部供使你生產(chǎn)線使用，年均收益為6407.69萬(wàn)元，并可通過(guò)余熱電站調(diào)整用電系統(tǒng)功率因數(shù)使現(xiàn)有供電系統(tǒng)損耗減少。同時(shí)，該電廠每年可向水泥生產(chǎn)線提供爐渣約2.193萬(wàn)噸，粉煤灰5.118萬(wàn)噸，按每噸50元計(jì)算，年節(jié)約成本費(fèi)用365.55萬(wàn)元，以上合計(jì)每年收益為6773.24萬(wàn)元。
    結(jié)合水泥廠自身特點(diǎn)新建余熱發(fā)電工程，不僅降低水泥回轉(zhuǎn)窯能耗，使水泥生產(chǎn)線用電大部分自給，而且所產(chǎn)生的爐渣、粉煤灰作為水泥混合材使用，達(dá)到能源的綜合利用，降低水泥生產(chǎn)成本，改善環(huán)境質(zhì)量，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的目的。
二、我國(guó)該行業(yè)的政策：
    近幾年隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我國(guó)國(guó)務(wù)院辦公廳于1999年以國(guó)辦發(fā)[1999]44號(hào)文中明確“確屬熱電聯(lián)產(chǎn)、綜合利用的小火電機(jī)組，有關(guān)部門和電網(wǎng)企業(yè)要按國(guó)家對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)、綜合利用的有關(guān)政策，繼續(xù)給與支持”，其中的“綜合利用”，包括有余熱利用和燃用煤矸石生產(chǎn)電力、熱力。
    關(guān)于煤矸石的綜合利用，1998年國(guó)家經(jīng)貿(mào)委等八部委以國(guó)經(jīng)貿(mào)字[1998]80號(hào)文發(fā)布了《煤矸石綜合利用管理辦法》，該《辦法》第十四條規(guī)定“國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展煤矸石電廠，并在有條件的地區(qū)發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)，發(fā)展煤矸石電廠遵循自發(fā)自用，多余電量上網(wǎng)的原則。煤矸石電廠必須以燃用煤矸石為主，其燃料的應(yīng)用基低位發(fā)熱量應(yīng)不大于12550KJ/kg，新建煤矸石電廠應(yīng)采用循環(huán)流化床鍋爐”。
    綜上，利用水泥廠窯頭、窯尾余熱，同時(shí)建設(shè)帶補(bǔ)燃鍋爐以劣質(zhì)煤及煤矸石為燃料的余熱電站國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策是鼓勵(lì)的。
三、余熱發(fā)電項(xiàng)目流程概況（以龍巖三德水泥廠余熱發(fā)電工程為例）：
    龍巖三德余熱發(fā)電項(xiàng)目由新加坡三德有限公司出資，采用國(guó)際通行的EPC總承包模式發(fā)包，蘇州中材為總承包商，內(nèi)蒙古科研設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)流程為：
    選用當(dāng)?shù)丶t坊煤礦生產(chǎn)的劣質(zhì)無(wú)煙煤為補(bǔ)燃鍋爐的燃料，通過(guò)輸送設(shè)備輸送至煤倉(cāng)，并通過(guò)下部給煤機(jī)將燃料送入補(bǔ)燃鍋爐燃燒，燃燒所用熱風(fēng)由設(shè)在鍋爐零米層的一、二次風(fēng)機(jī)將爐頂熱空氣吸入，經(jīng)空氣預(yù)熱器進(jìn)一步加熱后入床下熱風(fēng)箱再經(jīng)風(fēng)帽送入爐膛；
    燃燒所產(chǎn)生的煙氣在爐膛與汽水系統(tǒng)進(jìn)行換熱后，由鍋爐尾部煙道排出，經(jīng)電收塵其除塵后由設(shè)在室外零米層的鍋爐引風(fēng)機(jī)送入80米高水泥煙囪后排入大氣。燃燒所產(chǎn)生的廢渣由床下排渣管排出后，由冷渣機(jī)冷卻后通過(guò)刮板機(jī)送入渣庫(kù)；尾部細(xì)灰經(jīng)電除塵器收下后通過(guò)汽力輸送系統(tǒng)送入灰?guī)臁?BR>    經(jīng)換熱后的飽和蒸汽進(jìn)入鍋爐汽包，并通過(guò)過(guò)熱器和進(jìn)一步匯集達(dá)到使用要求后，通過(guò)匯汽集箱連接管道輸送至汽輪機(jī)，帶動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)葉輪，從而發(fā)電。
    在整套系統(tǒng)中，為滿足使用、安全、環(huán)保等要求，在鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)的主機(jī)設(shè)備間，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的化學(xué)水系統(tǒng)、鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、除硫系統(tǒng)、輸灰系統(tǒng)等等系統(tǒng)，以完善整個(gè)工藝。
    對(duì)余熱鍋爐系統(tǒng)，為充分利用窯尾余熱，在C1風(fēng)管至增濕塔間將廢氣引至余熱鍋爐進(jìn)口，再經(jīng)過(guò)頂部將氣流引至增濕塔，從而在不影響水泥工藝流程的條件下通過(guò)熱交換，將產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)管道輸送至補(bǔ)燃鍋爐汽包，從而完成對(duì)廢氣的熱能利用。
四、帶補(bǔ)燃鍋爐的余熱發(fā)電廠施工特點(diǎn)
    在施工過(guò)程中，有以下施工特點(diǎn)：
    ⑴、工藝流程設(shè)備銜接難度大，要求高。
    電廠主要設(shè)備的銜接是壓力管道，而不是單臺(tái)的設(shè)備連接輸送。從鍋爐到汽機(jī)是中高壓的蒸汽管道輸送，再以此分流至不同的輔助設(shè)備作其他工藝用途。高溫蒸汽管道輸送又產(chǎn)生很多輔助設(shè)備及管道以滿足對(duì)資源的再回收利用，從而符合節(jié)約資源、環(huán)保等要求。
電廠工藝流程設(shè)備銜接難度主要體現(xiàn)在工藝管道上，管道種類繁多，且相對(duì)集中，施工過(guò)程中必須按電力建設(shè)規(guī)范要求對(duì)其合理布置，否則，各類管道的交叉、干涉勢(shì)不可免。另外，在施工過(guò)程中，管道施工必須保證其對(duì)接焊縫質(zhì)量、法蘭連接螺栓緊固力矩要求。而局限的空間，不同標(biāo)高層面的管道布置無(wú)疑使施工難度加大。
    ⑵、主機(jī)設(shè)備安裝過(guò)程停止檢驗(yàn)點(diǎn)多，直接影響施工進(jìn)度。
    由于鍋爐屬壓力容器，其施工周期一般為4—5個(gè)月。安裝過(guò)程中，很多檢驗(yàn)工序必須有鍋檢部門參與確認(rèn)。所謂停止檢驗(yàn)點(diǎn)就是必須由鍋檢部門參與檢驗(yàn)確認(rèn)合格后才能進(jìn)行下道工序施工的工序。對(duì)于鍋爐來(lái)講，從鋼架安裝、汽包安裝、鍋爐水冷壁安裝前的焊工考試、本體水壓試驗(yàn)、鍋爐本體砌筑總體驗(yàn)收等都是停止檢驗(yàn)點(diǎn)。施工過(guò)程中必須嚴(yán)格控制、統(tǒng)籌安排，并隨時(shí)與鍋檢部門保持聯(lián)系，及時(shí)要求其進(jìn)廠對(duì)停止檢驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)，否則現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法進(jìn)行后續(xù)施工，對(duì)施工進(jìn)度會(huì)造成很大影響。
    ⑶、材料種類繁多、焊接要求高、焊接檢驗(yàn)工作量大。
    在鍋爐、汽機(jī)安裝過(guò)程中，由于鍋爐本體及相關(guān)管道內(nèi)的介質(zhì)基本上屬于中溫中壓或高溫高壓，根據(jù)其內(nèi)部介質(zhì)溫度、壓力的不同，其本體及相關(guān)管道的材質(zhì)、焊接要求也不同，通常材質(zhì)多達(dá)幾十種。所以，在施工過(guò)程中必須嚴(yán)格控制采購(gòu)程序，對(duì)使用的管材、管件等必須嚴(yán)格分類儲(chǔ)存堆放，嚴(yán)禁用錯(cuò)或代用。對(duì)合金鋼材料還必須進(jìn)行100%光譜分析。否則，一旦用錯(cuò)，可能會(huì)在以后的生產(chǎn)過(guò)程中造成管道爆裂等危險(xiǎn)，造成重大損失。同時(shí)，在施工過(guò)程中，為確保施工質(zhì)量，對(duì)于管道焊接坡口的形狀、角度及焊接間隙的預(yù)留量都必須嚴(yán)格按照?qǐng)D紙要求經(jīng)確認(rèn)后方可施工。針對(duì)焊接母材的不同，其選用的焊材種類也很多，焊接工藝也不同?？紤]到施工質(zhì)量，鍋爐本體管道、蒸汽管道及主給水管道等都需采取氬弧焊，同時(shí)，為了檢驗(yàn)焊接質(zhì)量，必須對(duì)焊縫進(jìn)行無(wú)損探傷檢驗(yàn)。通常情況下，對(duì)鍋爐本體管道的焊接焊縫進(jìn)行25%的X光拍片，主蒸汽管道及主給水管道進(jìn)行100%X光拍片，檢驗(yàn)工作量相當(dāng)大，以龍巖三德水泥廠兩套鍋爐及汽機(jī)管道為例，進(jìn)行檢驗(yàn)的底片多達(dá)2500多張。
    ⑷、熱控儀表安裝工作量大、難度高。
    熱控儀表在電廠工藝設(shè)備及管道運(yùn)行中發(fā)揮了極其重要的作用，它承擔(dān)著各中高溫或中高壓系統(tǒng)的內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)直接反饋給集中控制操作中樞或現(xiàn)場(chǎng)的重要任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)爐集中控制，完成手動(dòng)操作、自動(dòng)調(diào)節(jié)、聯(lián)鎖程控、順序控制、數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行監(jiān)視、信息記錄。其按功能可分為MCS、SCS、DAS、MFT、ETS、通訊六個(gè)分系統(tǒng)，另外還包括現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視儀表如：鍋爐汽包現(xiàn)場(chǎng)壓力、汽包水位電解點(diǎn)顯示儀等。
為了使各被監(jiān)控設(shè)備在平穩(wěn)、安全的狀態(tài)下運(yùn)行，在施工過(guò)程中，必須對(duì)各熱控儀表安裝位置及安裝精度嚴(yán)格要求，而以三德廠15MW電廠為例，各熱控儀表測(cè)點(diǎn)多達(dá)2050個(gè)左右，且其分布位置、安裝精度、安裝載體各不相同，其中大部分安裝在中高壓管路上，既有焊接質(zhì)量要求，又有法蘭螺栓緊固力矩要求，以保證在運(yùn)行中的可靠質(zhì)量。但電廠工藝管道種類繁多，且密集布置，造成了安裝空間的局限性，安裝工作量及難度不言而喻。
    ⑸、調(diào)試工作量大
    電廠的調(diào)試與其他行業(yè)的運(yùn)行調(diào)試有很大區(qū)別，它不僅僅是工藝流程中的設(shè)備運(yùn)行及工藝性能控制，還要針對(duì)電廠設(shè)備、系統(tǒng)的中高溫或中高壓特點(diǎn)，請(qǐng)電力行業(yè)的專業(yè)調(diào)試公司對(duì)各相關(guān)環(huán)節(jié)作出細(xì)致安排，以確保整個(gè)調(diào)試工作能順利、平穩(wěn)地進(jìn)行。其主要在以下幾個(gè)方面：
    在設(shè)備、系統(tǒng)運(yùn)行上，必須編制分部、分系統(tǒng)和整套調(diào)試運(yùn)行方案及針對(duì)各設(shè)備運(yùn)行性能、工作參數(shù)，分析其可能出現(xiàn)的問(wèn)題制定應(yīng)急預(yù)防措施，從而保證每臺(tái)設(shè)備、每個(gè)系統(tǒng)都能符合整體調(diào)試運(yùn)行要求，以龍巖三德余熱電廠為例，調(diào)試運(yùn)行方案編制量多達(dá)30個(gè)；在工作安排上，必須合理安排各專業(yè)調(diào)試人員分工，落實(shí)各調(diào)試設(shè)備、系統(tǒng)有專職人員現(xiàn)場(chǎng)、集中監(jiān)控。以防止設(shè)備出現(xiàn)意外事故。如鍋爐高溫煮爐階段，要根據(jù)爐膛循環(huán)流化床床溫及壓力，合理控制好進(jìn)煤量及風(fēng)量，保證煤能在沸騰情況下完全燃燒，防止?fàn)t膛結(jié)焦，從而導(dǎo)致停爐；在調(diào)試問(wèn)題處理上，必須制定出合理的問(wèn)題解決程序，明確相關(guān)人員責(zé)任，從而提高各參與人員積極性，避免問(wèn)題發(fā)生卻無(wú)人處理的情況，延誤調(diào)試進(jìn)程，如，現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，立即向調(diào)試總指揮匯報(bào)，調(diào)試總指揮根據(jù)問(wèn)題嚴(yán)重性發(fā)放消缺通知單，合理安排消缺人員處理；在安全上，必須確保設(shè)備、系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行前及運(yùn)行中的檢查質(zhì)量，以防在運(yùn)行中出現(xiàn)重大人身傷害、設(shè)備損傷事故或造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，如，在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前，必須進(jìn)行主蒸汽管道沖管，沖管過(guò)程中就必須要有專人負(fù)責(zé)安全警戒及臨時(shí)管道檢查，以防止無(wú)關(guān)人員或不知情人員受到噪音傷害及被蒸汽燙傷等危險(xiǎn)。在調(diào)試記錄及資料上，必須有專人負(fù)責(zé)記錄調(diào)試設(shè)備、系統(tǒng)的相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并按要求做好存檔資料，以便在運(yùn)行中及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理問(wèn)題，在調(diào)試運(yùn)行結(jié)束后為電廠的后繼運(yùn)行作好參考，如，汽機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)，并不是一次性到達(dá)額定轉(zhuǎn)速，而是先靜態(tài)調(diào)試汽機(jī)油動(dòng)機(jī)行程，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，再分階段對(duì)汽機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，做好動(dòng)態(tài)低速及超速試驗(yàn)并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，為汽機(jī)的正常運(yùn)行做好保障。
    另外，在整體調(diào)試過(guò)程中，各專業(yè)調(diào)試人員必須嚴(yán)格按照調(diào)試方案及《電力行業(yè)規(guī)范》要求進(jìn)行調(diào)試操作，確保鍋爐、汽機(jī)及輔助設(shè)備在規(guī)定的運(yùn)行參數(shù)下運(yùn)行平穩(wěn)，從而為發(fā)電機(jī)順利發(fā)電做好鋪墊。
    總之，在電廠設(shè)備安裝及調(diào)試過(guò)程中，所有參與人員都必須細(xì)心謹(jǐn)慎、認(rèn)真負(fù)責(zé)、實(shí)事求是地做好每一環(huán)節(jié)，這樣才能確保整套機(jī)組安全、平穩(wěn)地達(dá)到預(yù)期目標(biāo)要求。