劉忠樓:對(duì)國(guó)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(guó)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(zhǎng)泵長(zhǎng)一制泵有限公司、連云港市萬(wàn)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(duì)國(guó)內(nèi)水泥余熱發(fā)電的認(rèn)識(shí)與建議》的報(bào)告,從我國(guó)水泥余熱發(fā)電現(xiàn)狀、在運(yùn)水泥余熱發(fā)電存在問(wèn)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(guó)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(jí):4.5~6MW
5000t/d級(jí):9MW
6000t/d級(jí):10MW~12MW
10000t/d級(jí):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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(yíng)模式;裝機(jī)發(fā)展速度過(guò)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(wèn)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(guò)程能量?jī)?yōu)化與能級(jí)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(wèn)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(guò)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(duì)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(wèn)題;省煤器汽化問(wèn)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(wèn)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(zhǎng)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(zhǎng);
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(jí)重組、梯級(jí)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(jiǎn)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)嵩础⒖煽啃院?、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(duì)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(duì)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)嵩础⒖漳妊h(huán)在低溫?zé)嵩瓷暇哂袃?yōu)勢(shì),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(lái)的熱水作為KC的熱源;RC循環(huán)采用相對(duì)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
項(xiàng)目 | 單位 | 數(shù)值 |
窯頭可用熱風(fēng)風(fēng)量 | Nm3/h | 240000 |
窯頭可用熱風(fēng)風(fēng)溫 | ℃ | 350 |
窯尾可用熱風(fēng)風(fēng)量 | Nm3/h | 340000 |
窯尾可用熱風(fēng)風(fēng)溫 | ℃ | 330 |
去生料磨熱風(fēng)風(fēng)量 | Nm3/h | 226700 |
去生料磨熱風(fēng)風(fēng)溫 | ℃ | >=200 |
三次風(fēng)風(fēng)量 | Nm3/h | 210000 |
三次風(fēng)風(fēng)溫 | ℃ | 900 |
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(jí)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)。
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