面向二十一世紀的水泥工業(yè)純低溫余熱發(fā)電技術及裝備2

　　上述這臺汽輪機無論其結構方式還是參數(shù)配置國內(nèi)是沒有先例的（在中小型汽輪機設計制造方面，在本文發(fā)表之前，國內(nèi)僅能生產(chǎn)一個進汽口—即僅為主進汽口的汽輪機，其主進汽參數(shù)為1.2～1.6MPa-280～340℃、1.3MPa-340℃、1.6MPa-350℃、2.4MPa-400℃、3.43MPa-435℃等），該臺汽輪機整機內(nèi)效率為77.5%，連同發(fā)電機在內(nèi)的總效率為75.5%。該工程日方所贈送的全套設備造價約合15億日元，寧國水泥廠配套資金約2800萬元人民幣。
● 為了實現(xiàn)國產(chǎn)化裝備的純中低溫余熱發(fā)電技術的應用，天津水泥工業(yè)設計研究院在充分消化吸收日本人贈送給安徽寧國水泥廠純中低溫余熱發(fā)電全套設備中的混壓進汽式汽輪機設計、制造技術后，由于中國建筑材料科學研究院承擔的“八五”國家重點科技攻關課題《雙流低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)及螺桿膨脹機的研究開發(fā)》工作遇到了困難。天津水泥工業(yè)設計研究院1997年承擔了國家建材局部門研究開發(fā)項目——也為中國建筑材料科學研究院“八五”國家重大科技攻關課題的延續(xù)項目——《水泥廠中低溫余熱發(fā)電專用設備——混壓進汽式汽輪機的研究開發(fā)》項目。經(jīng)過近兩年的研究、實驗，首臺樣機——4500kW補汽式汽輪應用于杭州錢潮建材股份有限公司1000t/d帶五級預熱器的預分解窯4500kW以流化床鍋爐為補燃鍋爐的中低溫余熱電站（該電站之所以仍采用補燃發(fā)電，主要考慮：一旦混壓進汽即補汽不成功，將補汽系統(tǒng)自發(fā)電熱力系統(tǒng)中切除后，電站仍能正常運行發(fā)電，除電站經(jīng)濟效益略差外，不至于使電站不能生產(chǎn)運行而給水泥廠造成更大的損失），該電站（包括混壓進汽系統(tǒng)）于2000年7月1日并網(wǎng)發(fā)電成功至9月6日全套電站通過生產(chǎn)運行考核，其汽輪機原理及參數(shù)見圖二。
　　這臺汽輪機的整機內(nèi)效率達到了73.4%，連同發(fā)電機在內(nèi)的總效率達到了70.5%，其結構方式及參數(shù)配置達到了國外先進工業(yè)國家二十世紀九十年代中期水平并填補了國內(nèi)機械制造行業(yè)的空白，同時該臺設備造價（含發(fā)電機）僅為242萬元人民幣，相當于日本人同規(guī)模機組造價的25%。這臺機組的研制成功，為實現(xiàn)我國水泥工業(yè)純中低溫余熱電站全套裝備的國產(chǎn)化、為在國內(nèi)水泥工業(yè)推廣應用純中低溫余熱發(fā)電技術奠定了堅實的裝備設備、制造技術基礎。（即將該臺機組的補汽技術應用到國產(chǎn)進汽參數(shù)為1.2～1.6MPa-280～340℃的一個進汽口標準汽輪機后，可生產(chǎn)出適于水泥窯純中低溫余熱發(fā)電所需的特種汽輪機—低參數(shù)混壓進汽式汽輪機，與帶補燃鍋爐的中低溫余熱發(fā)電工藝及裝備技術結合后取消補燃鍋爐，形成完整的水泥窯純中低溫余熱發(fā)電技術及裝備并可保證安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟、高效地投入生產(chǎn)運行）將在國內(nèi)水泥工業(yè)二十一世紀中低溫余熱電站系統(tǒng)設計、裝備技術設計及制造、國產(chǎn)化純中低溫余熱發(fā)電技術的推廣應用引進革命性變化，與新型干法水泥生產(chǎn)技術、帶補燃鍋爐的中低溫余熱發(fā)電技術的推廣應用有同等重要的意義。
　　經(jīng)過天津水泥工業(yè)設計研究院及國內(nèi)水泥生產(chǎn)企業(yè)、余熱發(fā)電各類裝備制造企業(yè)的十余年的共同努力，我國水泥工業(yè)能夠安全、可靠、經(jīng)濟、高效地采用如下三種類型的余熱發(fā)電技術及裝備：（1）利用水泥窯150℃～900℃的高、中、低溫廢氣余熱進行發(fā)電，其發(fā)電能力可以達到——在每公斤水泥熟料熱耗為6562KJ的條件下，每噸水泥熟料發(fā)電能力大于195kW；（2）利用流化床補燃鍋爐技術，將水泥窯150℃～450℃的中、低溫廢氣余熱全部回收并用以發(fā)電，根據(jù)廢氣余熱溫度的不同，余熱發(fā)電能力可以達到每噸水泥熟料32～48kW；（3）利用純中低溫余熱發(fā)電技術，將水泥窯150℃～450℃的廢氣余熱全部轉換為熱能，根據(jù)廢氣余熱溫度的不同，在熟料熱耗不變的條件下，每噸水泥熟料余熱發(fā)電能力為32～48kW。
　　對于中國建筑科學研究院：
　　根據(jù)其所承擔的課題任務，中國建筑材料科學研究院匯同天津大學等有關單位對雙流低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)及螺桿式膨脹機進行了大量的實驗研究工作，先后在實驗室內(nèi)研究開發(fā)成功了5kW及150kW的兩相流螺桿式膨脹機并開發(fā)制造出了600kW樣機，其整機內(nèi)效率達到了60%。由于國內(nèi)設計、制造、材料技術水平的限制，螺桿膨脹機的大型化問題目前遇到了暫時難以克服的困難。由于單臺機組發(fā)電能力的限制，使其難以在實際工程中推廣應用，因此目前這項技術的研究開發(fā)工作處于停頓狀態(tài)。
　　對于南京水泥工業(yè)設計研究院：
　　“八五”期間，南京水泥工業(yè)設計研究院沒有承擔國家的余熱發(fā)電技術攻關任務，但其在水泥窯純中低溫余熱發(fā)電技術及裝備的研究、開發(fā)方面同樣做了積極的、有意義的探索，為江西萬年水泥廠2000t/d帶有四級預熱器的預分解窯利用窯尾約180000Nm3/h—410℃及窯頭熟料冷卻機約140000 Nm3/h——250℃的廢氣余熱設計投產(chǎn)了一套3000kW（汽輪機為：一個進汽口的國產(chǎn)標準汽輪機，其進汽參數(shù)為1.2MPa-280℃）純中低溫余熱電站。盡管由于當時國產(chǎn)汽輪機的限制及其它設備、熱力系統(tǒng)配置技術的限制，使該條水泥窯具備的3600kW余熱發(fā)電能力僅能達到實際生產(chǎn)運行的2000～2400kW，但確為純中低溫余熱電站國產(chǎn)化裝備在水泥企業(yè)的設計、生產(chǎn)運行提供了可以借鑒的經(jīng)驗，也為實現(xiàn)純中低溫余熱電站系統(tǒng)配置技術及裝備設計、制造國產(chǎn)化貢獻了力量。
　　綜上所述，經(jīng)過十余年的艱苦努力，我國水泥工業(yè)無論是高溫，還是中溫、低溫廢氣余熱可全部回收轉換為電能并實現(xiàn)了余熱發(fā)電工藝及裝備的國產(chǎn)化目標，為二十一世紀我國水泥工業(yè)中低溫余熱發(fā)電技術及裝備在水泥、鋼鐵、冶金、化工等行業(yè)的推廣應用奠定了堅實的設計技術、裝備設計及制造技術、生產(chǎn)運行管理技術、自動控制技術基礎，為我二十一世紀節(jié)能技術的進一步發(fā)展創(chuàng)造了條件。