帶補燃鍋爐的余熱發(fā)電在水泥廠的綜合利用

　　目前在我國水泥行業(yè)的帶補燃鍋爐的余熱發(fā)電系統(tǒng)是“八五”期間國家重點科技攻關(guān)項目，已完成了技術(shù)裝備的研究開發(fā)工作，并在國內(nèi)水泥生產(chǎn)線上得到成功的應用，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一直很好。“九五”期間該技術(shù)又取得了長足的進步，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燃鍋爐（循環(huán)流化床鍋爐）綜合利用。該技術(shù)的優(yōu)勢在于發(fā)電系統(tǒng)的運行可以不受水泥生產(chǎn)系統(tǒng)得制約，當水泥生產(chǎn)系統(tǒng)偶爾出現(xiàn)短時停窯或廢氣溫度及氣量不夠時，均可調(diào)節(jié)流化床鍋爐燃料的喂料量及風量保證鍋爐的正常運行，避免發(fā)電機組的頻繁啟停，既延長電廠的使用壽命，又保證了電力的連續(xù)供應。同時，帶流化床鍋爐的余熱發(fā)電技術(shù)的成熟，也為開發(fā)中低溫余熱發(fā)電，開辟了廣闊的前景。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燃鍋爐的2×15MW余熱發(fā)電項目為例，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)計年供電量為14994×104kwh（以年運行時數(shù)7000小時計），年平均發(fā)電標準煤耗為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，用電自給率可達約85%，按外購電價0.5元/度（含稅）計算，所發(fā)電全部供使你生產(chǎn)線使用，年均收益為6407.69萬元，并可通過余熱電站調(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，該電廠每年可向水泥生產(chǎn)線提供爐渣約2.193萬噸，粉煤灰5.118萬噸，按每噸50元計算，年節(jié)約成本費用365.55萬元，以上合計每年收益為6773.24萬元。

　　結(jié)合水泥廠自身特點新建余熱發(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)濟效益和社會效益的目的。

　　二、我國該行業(yè)的政策： 
                     
　　近幾年隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我國國務院辦公廳于1999年以國辦發(fā)[1999]44號文中明確“確屬熱電聯(lián)產(chǎn)、綜合利用的小火電機組，有關(guān)部門和電網(wǎng)企業(yè)要按國家對熱電聯(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年國家經(jīng)貿(mào)委等八部委以國經(jīng)貿(mào)字[1998]80號文發(fā)布了《煤矸石綜合利用管理辦法》，該《辦法》第十四條規(guī)定“國家鼓勵發(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，其燃料的應用基低位發(fā)熱量應不大于12550KJ/kg，新建煤矸石電廠應采用循環(huán)流化床鍋爐”。

　　綜上，利用水泥廠窯頭、窯尾余熱，同時建設(shè)帶補燃鍋爐以劣質(zhì)煤及煤矸石為燃料的余熱電站國家產(chǎn)業(yè)政策是鼓勵的。

　　三、余熱發(fā)電項目流程概況（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)電項目由新加坡三德有限公司出資，采用國際通行的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)計院負責設(shè)計。其設(shè)計流程為：

　　選用當?shù)丶t坊煤礦生產(chǎn)的劣質(zhì)無煙煤為補燃鍋爐的燃料，通過輸送設(shè)備輸送至煤倉，并通過下部給煤機將燃料送入補燃鍋爐燃燒，燃燒所用熱風由設(shè)在鍋爐零米層的一、二次風機將爐頂熱空氣吸入，經(jīng)空氣預熱器進一步加熱后入床下熱風箱再經(jīng)風帽送入爐膛；燃燒所產(chǎn)生的煙氣在爐膛與汽水系統(tǒng)進行換熱后，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機送入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，由冷渣機冷卻后通過刮板機送入渣庫；尾部細灰經(jīng)電除塵器收下后通過汽力輸送系統(tǒng)送入灰?guī)臁?

　　經(jīng)換熱后的飽和蒸汽進入鍋爐汽包，并通過過熱器和進一步匯集達到使用要求后，通過匯汽集箱連接管道輸送至汽輪機，帶動汽輪發(fā)電機葉輪，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)電機的主機設(shè)備間，設(shè)計了相應的化學水系統(tǒng)、鍋爐補給水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、除硫系統(tǒng)、輸灰系統(tǒng)等等系統(tǒng)，以完善整個工藝。

　　對余熱鍋爐系統(tǒng)，為充分利用窯尾余熱，在C1風管至增濕塔間將廢氣引至余熱鍋爐進口，再經(jīng)過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熱交換，將產(chǎn)生的蒸汽通過管道輸送至補燃鍋爐汽包，從而完成對廢氣的熱能利用。

　　四、帶補燃鍋爐的余熱發(fā)電廠施工特點

　　在施工過程中，有以下施工特點：

　?、拧⒐に嚵鞒淘O(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，而不是單臺的設(shè)備連接輸送。從鍋爐到汽機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，且相對集中，施工過程中必須按電力建設(shè)規(guī)范要求對其合理布置，否則，各類管道的交叉、干涉勢不可免。另外，在施工過程中，管道施工必須保證其對接焊縫質(zhì)量、法蘭連接螺栓緊固力矩要求。而局限的空間，不同標高層面的管道布置無疑使施工難度加大。

　?、啤⒅鳈C設(shè)備安裝過程停止檢驗點多，直接影響施工進度。

　　由于鍋爐屬壓力容器，其施工周期一般為4—5個月。安裝過程中，很多檢驗工序必須有鍋檢部門參與確認。所謂停止檢驗點就是必須由鍋檢部門參與檢驗確認合格后才能進行下道工序施工的工序。對于鍋爐來講，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、鍋爐本體砌筑總體驗收等都是停止檢驗點。施工過程中必須嚴格控制、統(tǒng)籌安排，并隨時與鍋檢部門保持聯(lián)系，及時要求其進廠對停止檢驗點進行檢驗，否則現(xiàn)場無法進行后續(xù)施工，對施工進度會造成很大影響。

　　 ⑶、材料種類繁多、焊接要求高、焊接檢驗工作量大。

　　在鍋爐、汽機安裝過程中，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)多達幾十種。所以，在施工過程中必須嚴格控制采購程序，對使用的管材、管件等必須嚴格分類儲存堆放，嚴禁用錯或代用。對合金鋼材料還必須進行100%光譜分析。否則，一旦用錯，可能會在以后的生產(chǎn)過程中造成管道爆裂等危險，造成重大損失。同時，在施工過程中，為確保施工質(zhì)量，對于管道焊接坡口的形狀、角度及焊接間隙的預留量都必須嚴格按照圖紙要求經(jīng)確認后方可施工。針對焊接母材的不同，其選用的焊材種類也很多，焊接工藝也不同。考慮到施工質(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，為了檢驗焊接質(zhì)量，必須對焊縫進行無損探傷檢驗。通常情況下，對鍋爐本體管道的焊接焊縫進行25%的X光拍片，主蒸汽管道及主給水管道進行100%X光拍片，檢驗工作量相當大，以龍巖三德水泥廠兩套鍋爐及汽機管道為例，進行檢驗的底片多達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)備及管道運行中發(fā)揮了極其重要的作用，它承擔著各中高溫或中高壓系統(tǒng)的內(nèi)部運行參數(shù)直接反饋給集中控制操作中樞或現(xiàn)場的重要任務，從而實現(xiàn)機爐集中控制，完成手動操作、自動調(diào)節(jié)、聯(lián)鎖程控、順序控制、數(shù)據(jù)采集、運行監(jiān)視、信息記錄。其按功能可分為MCS、SCS、DAS、MFT、ETS、通訊六個分系統(tǒng)，另外還包括現(xiàn)場監(jiān)視儀表如：鍋爐汽包現(xiàn)場壓力、汽包水位電解點顯示儀等。

　　為了使各被監(jiān)控設(shè)備在平穩(wěn)、安全的狀態(tài)下運行，在施工過程中，必須對各熱控儀表安裝位置及安裝精度嚴格要求，而以三德廠15MW電廠為例，各熱控儀表測點多達2050個左右，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。

　?、伞⒄{(diào)試工作量大

　　電廠的調(diào)試與其他行業(yè)的運行調(diào)試有很大區(qū)別，它不僅僅是工藝流程中的設(shè)備運行及工藝性能控制，還要針對電廠設(shè)備、系統(tǒng)的中高溫或中高壓特點，請電力行業(yè)的專業(yè)調(diào)試公司對各相關(guān)環(huán)節(jié)作出細致安排，以確保整個調(diào)試工作能順利、平穩(wěn)地進行。其主要在以下幾個方面：

　　在設(shè)備、系統(tǒng)運行上，必須編制分部、分系統(tǒng)和整套調(diào)試運行方案及針對各設(shè)備運行性能、工作參數(shù)，分析其可能出現(xiàn)的問題制定應急預防措施，從而保證每臺設(shè)備、每個系統(tǒng)都能符合整體調(diào)試運行要求，以龍巖三德余熱電廠為例，調(diào)試運行方案編制量多達30個；在工作安排上，必須合理安排各專業(yè)調(diào)試人員分工，落實各調(diào)試設(shè)備、系統(tǒng)有專職人員現(xiàn)場、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，合理控制好進煤量及風量，保證煤能在沸騰情況下完全燃燒，防止爐膛結(jié)焦，從而導致停爐；在調(diào)試問題處理上，必須制定出合理的問題解決程序，明確相關(guān)人員責任，從而提高各參與人員積極性，避免問題發(fā)生卻無人處理的情況，延誤調(diào)試進程，如，現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)問題后，立即向調(diào)試總指揮匯報，調(diào)試總指揮根據(jù)問題嚴重性發(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)試運行前及運行中的檢查質(zhì)量，以防在運行中出現(xiàn)重大人身傷害、設(shè)備損傷事故或造成嚴重的環(huán)境污染，如，在汽輪機沖轉(zhuǎn)前，必須進行主蒸汽管道沖管，沖管過程中就必須要有專人負責安全警戒及臨時管道檢查，以防止無關(guān)人員或不知情人員受到噪音傷害及被蒸汽燙傷等危險。在調(diào)試記錄及資料上，必須有專人負責記錄調(diào)試設(shè)備、系統(tǒng)的相關(guān)運行數(shù)據(jù)，并按要求做好存檔資料，以便在運行中及時發(fā)現(xiàn)、處理問題，在調(diào)試運行結(jié)束后為電廠的后繼運行作好參考，如，汽機沖轉(zhuǎn)時，并不是一次性到達額定轉(zhuǎn)速，而是先靜態(tài)調(diào)試汽機油動機行程，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，再分階段對汽機轉(zhuǎn)速進行控制，做好動態(tài)低速及超速試驗并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，為汽機的正常運行做好保障。

　　另外，在整體調(diào)試過程中，各專業(yè)調(diào)試人員必須嚴格按照調(diào)試方案及《電力行業(yè)規(guī)范》要求進行調(diào)試操作，確保鍋爐、汽機及輔助設(shè)備在規(guī)定的運行參數(shù)下運行平穩(wěn)，從而為發(fā)電機順利發(fā)電做好鋪墊。