劉忠樓：對國內(nèi)水泥余熱發(fā)電的認(rèn)識(shí)與建議

上海盛合新能源科技有限公司副總工劉忠樓

　　3月25日，由中國水泥網(wǎng)主辦，中材節(jié)能股份有限公司、上海盛合新能源科技有限公司、上海川吉投資管理有限公司協(xié)辦，成都四通科技投資有限公司、湖南湘電長泵長一制泵有限公司、連云港市萬達(dá)電站輔機(jī)廠贊助的第七屆余熱發(fā)電峰會(huì)在杭州正式召開。上海盛合新能源科技有限公司副總工劉忠樓出席了本次會(huì)議并作了題為《對國內(nèi)水泥余熱發(fā)電的認(rèn)識(shí)與建議》的報(bào)告，從我國水泥余熱發(fā)電現(xiàn)狀、在運(yùn)水泥余熱發(fā)電存在問題、業(yè)外建議三個(gè)方面分析，以下是報(bào)告的主要內(nèi)容——

　　建設(shè)規(guī)模

　　截止到2010年底，全國新型干法水年生產(chǎn)線1289 條，其中大約有200條生產(chǎn)線不適合配備余熱發(fā)電裝置，已建有700條余熱發(fā)電生產(chǎn)線，剩300余條生產(chǎn)線的有限空間。

　　目前新干線余熱發(fā)電裝機(jī)規(guī)模

　　2500t/d級：4.5~6MW

　　5000t/d級：9MW

　　6000t/d級：10MW~12MW

　　10000t/d級：18~20MW

　　實(shí)際發(fā)電功率均低于裝機(jī)功率，噸熟料發(fā)電水平：25~30/38~42kWh

　　余熱發(fā)電技術(shù)歷程

　　余熱發(fā)電技術(shù)歷程經(jīng)歷了補(bǔ)燃技術(shù)、閃蒸技術(shù)、雙壓技術(shù)、三次風(fēng)的應(yīng)用、預(yù)熱器高溫?zé)煔獾膽?yīng)用、窯頭高溫段熱風(fēng)的應(yīng)用

　　借鑒其它行業(yè)經(jīng)驗(yàn)

　　燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)技術(shù)中的余熱鍋爐

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　　技術(shù)與裝備狀況

　　非專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)與建造；市場競爭致設(shè)備性能指標(biāo)不規(guī)范；非專業(yè)電站管理的運(yùn)營模式；裝機(jī)發(fā)展速度過快，技術(shù)總結(jié)不足；關(guān)鍵設(shè)備的性能、壽命、安全可靠性面臨考驗(yàn)，余熱發(fā)電機(jī)組面臨改造。

　　在役機(jī)組存在的問題

　　非專業(yè)設(shè)計(jì)導(dǎo)致機(jī)組達(dá)不到設(shè)計(jì)性能保證要求；投運(yùn)一個(gè)階段后余熱發(fā)電出力明顯降低；缺乏過程能量優(yōu)化與能級重組利用理念透切理解；主設(shè)備的選型與系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)缺乏優(yōu)化；可利用的余熱未獲充分利用；性能提高空間大。

　　余熱鍋爐發(fā)現(xiàn)的主要問題

　　蒸汽參數(shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；窯頭鍋爐蒸汽參數(shù)波動(dòng)大；窯頭高溫段抽風(fēng)與低溫段的相互搶風(fēng)；清灰效果差、漏風(fēng)量大、保溫效果差；缺少有效的過熱蒸汽調(diào)溫手段；窯尾鍋爐受窯頭參數(shù)與工況變化的影響；窯尾鍋爐廢氣溫度對生料干燥能力的適應(yīng)性差；煙風(fēng)道擋板磨損、關(guān)閉密封、動(dòng)作靈活性等問題；省煤器汽化問題；變負(fù)荷工況的設(shè)計(jì)與運(yùn)行特性。

　　汽輪發(fā)電機(jī)組方面發(fā)現(xiàn)的問題

　　汽輪機(jī)的內(nèi)效率低；低壓補(bǔ)汽困難；低壓缸葉片存在潛在的沖蝕與損壞；難以適應(yīng)鍋爐蒸汽參數(shù)的波動(dòng)；汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)系統(tǒng)振動(dòng)；汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)、超速等故障；汽輪機(jī)組與余熱鍋爐主、被動(dòng)關(guān)系。

　　余熱發(fā)電利用原則

　　生產(chǎn)線現(xiàn)行，進(jìn)行熱工標(biāo)定；

　　運(yùn)行數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、長期性的分析；

　　不影響水泥窯的熱工操作：發(fā)電效率高、運(yùn)行靈活、安全可靠、維護(hù)量少、服役期長；

　　不增加水泥熟料燒成熱耗及電耗；

　　最大限度獲取、利用余熱資源；

　　能級重組、梯級利用；

　　先進(jìn)的熱力系統(tǒng)循環(huán)方式；

　　生產(chǎn)線與余熱發(fā)電系統(tǒng)布置合理。

　　注重余熱鍋爐、汽機(jī)變工況協(xié)調(diào)運(yùn)行的設(shè)計(jì)。

　　朗肯循環(huán)(RC)

　　1859年、William Rankine，工作介質(zhì)- 水，該系統(tǒng)循環(huán)簡單、適應(yīng)大容量機(jī)組、發(fā)電效率低、熱量回收程度差，特點(diǎn)是適于常規(guī)的火力發(fā)電，低溫余熱利用效率差。

　　有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)

　　1961年、Harry Tabor & Lucien Bronicki，工作介質(zhì)：有機(jī)碳水化合物，該系統(tǒng)適于低溫?zé)嵩?、可靠性好、運(yùn)行適應(yīng)范圍窄、應(yīng)用范圍差，特點(diǎn)是適應(yīng)于較窄的熱源溫度范圍、需慎重考慮有機(jī)工質(zhì)的安全性。

　　卡琳娜循環(huán)(KC)

　　1983, Alexander Kalina，工作介質(zhì)：氨水，該系統(tǒng)相對高發(fā)電效率、運(yùn)行適應(yīng)性范圍寬、不能使用含銅材料、精細(xì)的循環(huán)設(shè)計(jì)、對低溫?zé)嵩淳哂行矢?、適用范圍寬、可靠性好、環(huán)境生態(tài)友好，其特點(diǎn)是適應(yīng)于較窄的熱源溫度范圍、需慎重考慮有機(jī)工質(zhì)的安全性。

　　朗肯-卡琳娜聯(lián)合循環(huán)(RC+KC)

　　朗肯循環(huán)適合高溫?zé)嵩?、卡琳娜循環(huán)在低溫?zé)嵩瓷暇哂袃?yōu)勢，這種常規(guī)聯(lián)合循環(huán)理念的拓展，存在水泥窯廢氣余熱資源的特點(diǎn)，適合中低溫(450℃)水平，能夠滿足現(xiàn)有技術(shù)200℃以下的熱量沒有得到有效利用，廢氣參數(shù)波動(dòng)性高。所以水泥余熱發(fā)電適合采用RC+KC。

　　RC+KC聯(lián)合循環(huán)的具體方案

　　利用AQC鍋爐與部分SP鍋爐省煤器出口的廢氣余熱作為KC循環(huán)的熱源(~200℃)；可用廢氣直接加熱卡琳娜循環(huán)的氨水介質(zhì)；可在AQC和SP配置熱水鍋爐，用熱水作為KC的熱源；可利用AQC和SP高壓省煤器出來的熱水作為KC的熱源；RC循環(huán)采用相對高的參數(shù)。

　　RC+KC流程方案示例

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　　余熱發(fā)電出力比較--5000t/d水泥窯為例

　　循環(huán)發(fā)電出力

　　噸熟料發(fā)電水平

　　幾點(diǎn)意見

　　新水泥生產(chǎn)線預(yù)留余熱發(fā)電機(jī)組接口，投運(yùn)標(biāo)定后設(shè)計(jì)開工建設(shè)；

　　能級重組-水泥生產(chǎn)工藝流程與余熱發(fā)電的有機(jī)結(jié)合；

　　建議水泥行業(yè)組織實(shí)施；

　　新建機(jī)組，RC+KC聯(lián)合循環(huán)示范機(jī)組；

　　改造機(jī)組，進(jìn)行RC+KC聯(lián)合循環(huán)示范；

　　改造機(jī)組，進(jìn)行余熱熱源的深度利用；

　　搭建技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐應(yīng)用的平臺(tái)。