南京凱盛開能公司水泥余熱發(fā)電總包工程經(jīng)驗(yàn)淺談
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南京凱盛開能環(huán)保能源有限公司（南京凱盛水泥工程技術(shù)公司余熱發(fā)電設(shè)計(jì)研究所）是南京凱盛水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院下屬的專門從事水泥窯、玻璃窯及其它行業(yè)高中低溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電的高新技術(shù)企業(yè)。公司具有一批從事機(jī)電、電力、節(jié)能和環(huán)保技術(shù)的高級(jí)技術(shù)人才，在節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域積累大量的技術(shù)開發(fā)和工程設(shè)計(jì)、項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合南京凱盛的甲級(jí)水泥設(shè)計(jì)資質(zhì)和中國(guó)凱盛的乙級(jí)電力設(shè)計(jì)資質(zhì)，組成了一支精業(yè)敬業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，以服務(wù)和創(chuàng)新為宗旨，在項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中，對(duì)于客戶的問(wèn)題以最快的時(shí)間給予解決，在主機(jī)選型、設(shè)備采購(gòu)等過(guò)程中提供技術(shù)指導(dǎo)與咨詢，在建設(shè)過(guò)程中派工程技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)，為客戶把關(guān)。同時(shí)，南京凱盛還為客戶提供人員培訓(xùn)、編制調(diào)試大綱、提供調(diào)試服務(wù)、生產(chǎn)運(yùn)行指導(dǎo)等附加服務(wù)，使客戶相關(guān)人員能盡快投入崗位，為客戶贏得最大的效益。在項(xiàng)目總承包的過(guò)程中，為客戶采用國(guó)內(nèi)最好的技術(shù)與裝備，提供專業(yè)的技術(shù)和管理團(tuán)隊(duì)，先進(jìn)的服務(wù)理念，創(chuàng)建優(yōu)質(zhì)的工程。
一、南京凱盛開能環(huán)保能源有限公司余熱發(fā)電指導(dǎo)思想
(1) 在不影響水泥生產(chǎn)的前提下最大限度地利用余熱；
(2) 在技術(shù)方案上統(tǒng)一考慮回收利用水泥生產(chǎn)線窯頭熟料冷卻機(jī)及窯尾預(yù)熱器的廢氣余熱；冷卻機(jī)采用中部抽風(fēng)，合理設(shè)計(jì)中部抽風(fēng)口，有條件的地方設(shè)余風(fēng)再循環(huán)。
(3) 在生產(chǎn)可靠的前提下，積極推廣先進(jìn)技術(shù)。盡可能采用先進(jìn)的工藝（熱力系統(tǒng)）技術(shù)方案，降低投資與運(yùn)行成本，擴(kuò)大客戶的經(jīng)濟(jì)效益；
(4)采用成熟、可靠的工藝和裝備，堅(jiān)決克服同類型、同規(guī)模項(xiàng)目中暴露出的問(wèn)題堅(jiān)持推成出新、創(chuàng)新發(fā)展；
(5) 余熱電站主、輔機(jī)的過(guò)程控制采用自動(dòng)化程度高的集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；
二、南京凱盛開能環(huán)保能源有限公司熱力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則
（1） 過(guò)熱蒸汽產(chǎn)量最大化。對(duì)于中低溫余熱利用，關(guān)鍵在工藝和設(shè)備的允許范圍內(nèi)充分利用余熱，并使設(shè)備的效率最高，使余熱發(fā)電量最大化。對(duì)于低參數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)組而言，影響其發(fā)電量的是三個(gè)主要參數(shù)：過(guò)熱蒸汽的流量、壓力和溫度，其中流量對(duì)發(fā)電量起決定性影響，壓力和溫度對(duì)熱能轉(zhuǎn)化為電能的總效率有影響，但其對(duì)發(fā)電量的影響遠(yuǎn)小于流量對(duì)發(fā)電量的影響。
（2） 高過(guò)熱蒸汽溫度。過(guò)熱蒸汽溫度高除可以通過(guò)提高過(guò)總效率來(lái)提高發(fā)電量外，還可以提高汽輪機(jī)運(yùn)行的安全性。受傳熱效率和鍋爐制造成本的影響，必須保持過(guò)熱蒸汽同煙氣之間有適當(dāng)?shù)臏夭睢?/DIV>
（3） 合適的汽包工作壓力?？紤]在換熱過(guò)程中，蒸發(fā)受熱面內(nèi)汽水混合物的溫度不變，而煙氣同汽水混合物之間傳熱溫差窄點(diǎn)一般在20～30℃，汽水混合物的溫度直接受壓力的影響，所以選擇合理的壓力水平可以提高蒸汽產(chǎn)量并合理布置受熱面。根據(jù)具體的余熱資源條件來(lái)確定單壓或雙壓（甚至多壓）系統(tǒng)。
（4） 充分降低廢氣溫度。受窯尾廢氣要用于烘干生料的工藝限制，一般窯尾廢氣溫度只能降至210～250℃左右；窯頭余風(fēng)可以充分降低，但降低過(guò)多則造成傳熱溫差小使得換熱面積布置過(guò)多，使鍋爐造價(jià)提高，同時(shí)吸收過(guò)多的低品質(zhì)熱量也無(wú)法有效提高發(fā)電量，所以窯頭余風(fēng)的降低以滿足為窯頭和窯尾余熱鍋爐提供足量的汽包給水即可。根據(jù)熱量分配和能量平衡計(jì)算，窯頭余風(fēng)降至90～100℃左右即可滿足要求?？梢愿鶕?jù)客戶要求，進(jìn)一步利用窯頭余熱資源來(lái)供熱或制冷。
三、南京凱盛開能環(huán)保能源有限公司的技術(shù)優(yōu)勢(shì)
1、 有專業(yè)的設(shè)計(jì)和咨詢資質(zhì)，可進(jìn)行項(xiàng)目建議書及可行性研究報(bào)告的編制；可承擔(dān)各種規(guī)模的水泥生產(chǎn)線的熱工標(biāo)定；
2、 有國(guó)家強(qiáng)制要求的從事電力工程設(shè)計(jì)所必備的電力工程乙級(jí)設(shè)計(jì)資質(zhì)；有壓力容器和壓力管道設(shè)計(jì)資質(zhì)的技術(shù)人員；有來(lái)自水泥和電力行業(yè)的設(shè)計(jì)、工程管理、運(yùn)行的專業(yè)隊(duì)伍；
3、有豐富的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和完善的技術(shù)服務(wù)體系；：
3.1 可快速完成余熱利用系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；可提出完整的余熱鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)的訂貨技術(shù)規(guī)格書，并配合鍋爐廠進(jìn)行鍋爐的方案設(shè)計(jì)；
3.2 可配合當(dāng)?shù)仉娏Σ块T完成接入系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)；
3.3 可快速、準(zhǔn)確的完成指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)和建設(shè)的基本設(shè)計(jì)，并編制有參考價(jià)值的工程概算；
3.4 可快速、精確的完成施工圖設(shè)計(jì)工作，并提供現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)工作；
3.5 可根據(jù)建設(shè)方的要求，提供設(shè)備成套供貨的服務(wù)，既有利于加快工程設(shè)計(jì)進(jìn)度，同時(shí)有利于降低設(shè)備的采購(gòu)費(fèi)用；
3.7 可提供擬建電站的運(yùn)行、管理及技術(shù)人員的培訓(xùn)服務(wù)。
3.8 可提供經(jīng)驗(yàn)豐富的電站工程建設(shè)和管理技術(shù)人員配合安裝單位的安裝工作；可提供經(jīng)驗(yàn)豐富的專家團(tuán)隊(duì)進(jìn)行調(diào)試和試運(yùn)行的技術(shù)指導(dǎo)工作；
四、如何理解“噸熟料發(fā)電量”
我們已經(jīng)設(shè)計(jì)的水泥生產(chǎn)線余熱發(fā)電關(guān)鍵數(shù)據(jù)一覽表，這些水泥線全部為帶五級(jí)預(yù)熱器的新型干法窯。
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企業(yè)名稱 |
生 產(chǎn) 線 規(guī) 模 |
系統(tǒng)配置及裝機(jī)容量 |
計(jì)算噸熟料發(fā)電* |
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中聯(lián)淮海 |
5000t/d |
單壓系統(tǒng)，9000kW |
33.4 kWh/t.Cl |
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重慶金江 |
2500t/d |
單壓系統(tǒng)，4000kW |
32 kWh/t.Cl |
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江蘇金墅 |
2500t/d |
單壓系統(tǒng)，4000kw |
31.52 kWh/t.Cl |
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廣東珠江 |
5000t/d |
雙壓系統(tǒng)，7500kw |
33.49 kWh/t.Cl |
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鐵嶺鐵新 |
2×2500t/d |
單壓系統(tǒng)，8000kw |
32.47 kWh/t.Cl |
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浙江天馬 |
2500t/d |
單壓系統(tǒng)，4000kw |
32.38 kWh/t.Cl |
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佳木斯鴻基 |
1300t/d＋2500t/d |
單壓系統(tǒng)，7500KW |
38 kWh/t.Cl |
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內(nèi)蒙古烏蘭 |
2×2500t/d |
單壓系統(tǒng)，8000KW |
32 kWh/t.Cl |
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浙江華業(yè)韶洋 |
1500t/d |
單壓系統(tǒng)，2000KW |
30.4 kWh/t.Cl |
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中聯(lián)南陽(yáng) |
3000 t/d |
單壓系統(tǒng)，4500KW |
36 kWh/t.Cl |
*計(jì)算噸熟料發(fā)電指計(jì)算平均發(fā)電功率除以實(shí)際小時(shí)平均產(chǎn)量
從上述數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表發(fā)現(xiàn)，這些水泥線的計(jì)算噸熟料發(fā)電量大部分在30～34 kWh/t.Cl之間，另有三條線如佳木斯鴻基和中聯(lián)南陽(yáng)的計(jì)算噸熟料發(fā)電量達(dá)36～38 kWh/t.Cl。上述所有的水泥線余熱發(fā)電的熱量來(lái)源都是來(lái)自窯尾和窯頭，窯尾要考慮從余熱鍋爐出來(lái)的煙氣滿足生料烘干的需要。窯頭采用中部抽風(fēng)，冷卻機(jī)冷卻效果好的生產(chǎn)線考慮采用余風(fēng)再循環(huán)。佳木斯鴻基和中聯(lián)南陽(yáng)的計(jì)算噸熟料發(fā)電量高的原因是這三條線的窯尾一級(jí)筒出口煙氣溫度和窯頭冷卻機(jī)的中部抽風(fēng)溫度明顯高于其他生產(chǎn)線。
由于不同的水泥生產(chǎn)線的熱耗不同，原料和燃料也各不相同同，運(yùn)行水平不同，這些因素直接影響了窯尾排煙溫度和窯頭余風(fēng)溫度不同。所使用的裝備如生料磨不同，要求烘干生料的溫度不同，一般來(lái)講，立磨要求較低的烘干溫度，中卸磨要求較高的烘干溫度，當(dāng)然，氣候、環(huán)境、原料含水量等因素也影響了烘干生料的溫度。上述諸多因素多最終的余熱發(fā)電量都產(chǎn)生影響，窯尾排煙溫度和窯頭余風(fēng)溫度越高，余熱發(fā)電量越多；要求烘干生料的溫度越高，余熱發(fā)電量越少。又有些生產(chǎn)線冷卻機(jī)熱效率很低，余風(fēng)溫度相當(dāng)于其他正常冷卻機(jī)從中部抽風(fēng)的溫度，高達(dá)350℃，其風(fēng)量就大得多，該余風(fēng)發(fā)電量也就大得多。因?yàn)槭怯酂崂?，不同條件的生產(chǎn)線“噸熟料發(fā)電量”是有差異的。因此我們認(rèn)為，“噸熟料發(fā)電量”并不能準(zhǔn)確反映余熱發(fā)電設(shè)計(jì)水平和裝備水平的高低；相對(duì)“噸熟料發(fā)電量”而言，“噸熟料發(fā)電量/噸熟料煤耗量”能更準(zhǔn)確地反映余熱發(fā)電設(shè)計(jì)水平和裝備水平的高低，但是，由于“噸熟料煤耗量”的準(zhǔn)確計(jì)量比較困難，用“噸熟料發(fā)電量/噸熟料煤耗量”來(lái)反映余熱發(fā)電設(shè)計(jì)水平和裝備水平的高低，在實(shí)際操作時(shí)有一定困難。
五、中聯(lián)淮海水泥有限公司5000t/d生產(chǎn)線余熱發(fā)電總承包工程案例
中聯(lián)巨龍淮海水泥有限公司始建于1978年，現(xiàn)有新老兩條水泥生產(chǎn)線，老線日產(chǎn)水泥熟料3700噸， 新線系國(guó)產(chǎn)5000t/d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線。其配套余熱發(fā)電工程分兩期建設(shè)。我公司此次總承包項(xiàng)目為一期5000t/d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線配套純低溫余熱發(fā)電項(xiàng)目。為最大限度地節(jié)省建設(shè)投資，設(shè)計(jì)中統(tǒng)一規(guī)劃了二期工程的建設(shè)，主廠房、化水系統(tǒng)一次建成，各專業(yè)預(yù)留了二期工程的接口以及擴(kuò)展的空間。生產(chǎn)設(shè)備原則上采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備，整個(gè)余熱電站設(shè)計(jì)遵循“技術(shù)先進(jìn)、生產(chǎn)可靠、節(jié)約投資”的原則。工程有以下幾個(gè)設(shè)計(jì)特點(diǎn)：
1、余熱利用充分
經(jīng)熱工標(biāo)定和系統(tǒng)優(yōu)化，設(shè)計(jì)參數(shù)如下表所示：
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設(shè) 計(jì) 參 數(shù) |
熟料產(chǎn)量5500 t/d | |
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AQC參數(shù) |
SP參數(shù) |
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煙(風(fēng))流量(Nm3/h) |
200000 |
322000 |
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煙(風(fēng))入爐溫度(℃) |
380 |
320 |
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煙(風(fēng))出爐溫度(℃) |
122 |
206 |
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過(guò)熱蒸汽溫度(℃) |
355 |
295 |
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過(guò)熱蒸汽流量(t/h) |
19.5 |
23.0 |
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過(guò)熱蒸汽壓力(MPa) |
1.18 |
1.18 |
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汽機(jī)進(jìn)汽流量(t/h) |
42.5 | |
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汽機(jī)進(jìn)汽溫度(℃) |
315 | |
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汽機(jī)進(jìn)汽壓力(MPa) |
1.05 | |
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汽輪發(fā)電機(jī)汽耗(kg/kWh) |
≤5.5 | |
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發(fā)電機(jī)輸出功率(kW) |
7730 | |
在熱力系統(tǒng)的確定上，盡管雙壓系統(tǒng)和閃蒸系統(tǒng)在熱利用效率上較單壓系統(tǒng)提高大約3～5％，但單壓系統(tǒng)由于其系統(tǒng)簡(jiǎn)單，設(shè)備運(yùn)行可靠，投資省而得到廣泛采用，其國(guó)內(nèi)使用業(yè)績(jī)表明，技術(shù)成熟可靠。在技術(shù)論證階段，本項(xiàng)目采用雙壓或閃蒸系統(tǒng)所產(chǎn)低壓蒸汽（2～3bar）產(chǎn)量不足主蒸汽的10%，受到目前國(guó)產(chǎn)汽輪機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的限制，其最終發(fā)電效果并不明顯高于單壓系統(tǒng)。因此本項(xiàng)目熱力系統(tǒng)在與業(yè)主充分協(xié)商的情況下，我們最終采用單壓系統(tǒng)。
對(duì)于低參數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)組而言，影響其發(fā)電量的是三個(gè)主要參數(shù)：過(guò)熱蒸汽流量、壓力和溫度，其中流量對(duì)發(fā)電量起決定性影響。在熱力系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)上，我們首先謀求過(guò)熱蒸汽產(chǎn)量最大化，窯頭和窯尾余熱鍋爐共計(jì)產(chǎn)過(guò)熱蒸汽42.5t/h，其中選取窯頭余熱鍋爐過(guò)熱蒸汽壓力為1.18MPa，溫度為355℃，選取窯尾余熱鍋爐過(guò)熱蒸汽壓力為1.18MPa，溫度為295℃，采用特殊設(shè)計(jì)具有混汽均汽功能的分汽缸，使窯頭窯尾過(guò)熱蒸汽在分汽缸混合，汽機(jī)進(jìn)汽壓力1.05MPa，溫度315℃。窯頭窯尾余熱得以充分利用。
2、余熱鍋爐
窯頭窯尾余熱鍋爐均采用立式布置，自然循環(huán)。窯頭余熱鍋爐由二級(jí)省煤器、蒸發(fā)器和過(guò)熱器組成，自然通風(fēng)清灰。窯尾余熱鍋爐由省煤器、五級(jí)蒸發(fā)器和過(guò)熱器組成，振打清灰。窯頭余熱鍋爐低溫省煤器同時(shí)為窯頭余熱鍋爐和窯尾余熱鍋爐提供熱水。為提高窯頭的高溫?zé)嵩?，避免為提高熱效率而產(chǎn)生大量低溫?zé)崴G頭余熱鍋爐我們采用了中部抽風(fēng)帶余風(fēng)再循環(huán)方式，將鍋爐進(jìn)風(fēng)溫度提高至380℃。此外，因熟料冷卻機(jī)的廢氣中含有對(duì)鍋爐換熱面磨蝕性較強(qiáng)的熟料微粒，為保證窯頭余熱鍋爐的使用壽命，提高余熱利用率，在進(jìn)窯頭余熱鍋爐之前的管路上設(shè)置了預(yù)收塵裝置。
3、低參數(shù)汽輪機(jī)
汽輪機(jī)選用汽耗低的高效率低品位熱能利用汽輪機(jī)，通過(guò)專門數(shù)值模型的三維計(jì)算來(lái)指導(dǎo)低參數(shù)汽輪機(jī)通流部分和末級(jí)葉片的設(shè)計(jì)。主要是用合理的通流系統(tǒng)和特殊末級(jí)葉片來(lái)提高末級(jí)蒸氣的含濕量，以此來(lái)提高汽輪機(jī)內(nèi)效率，降低汽耗。本項(xiàng)目的一個(gè)主要目標(biāo)是將設(shè)計(jì)工況下的汽輪機(jī)汽耗降低到5.5kg/kWh左右，同時(shí)汽輪機(jī)輔助系統(tǒng)中采取措施確保較低的排汽壓力，如增大凝汽器換熱面積、增加凝汽器膠球清洗裝置、對(duì)循環(huán)水進(jìn)行處理等，來(lái)保證汽輪機(jī)汽耗低、熱效率高的性能。
汽輪機(jī)為純凝式，采用帶機(jī)力通風(fēng)冷卻塔的循環(huán)供水系統(tǒng)，無(wú)回?zé)岢槠?，整個(gè)系統(tǒng)配置一臺(tái)真空除氧器。
4、水工系統(tǒng)
原水采用地下水，水質(zhì)的堿度和硬度都高，循環(huán)水系統(tǒng)加酸加藥進(jìn)行處理，提高極限碳酸鹽濃度，提高濃縮倍率，循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)置旁濾裝置，減少排污損失。
鍋爐補(bǔ)給水采用反滲透+混床工藝，便于加強(qiáng)鍋爐水質(zhì)管理，減少再生次數(shù)，節(jié)約運(yùn)行成本。鍋爐給水為一級(jí)除鹽水，可以減少鍋爐排污量來(lái)增加發(fā)電量。
5、電氣及自動(dòng)化
余熱發(fā)電采用并網(wǎng)但不上網(wǎng)原則，熱工控制部分采用分散控制系統(tǒng)，繼電保護(hù)裝置采用微機(jī)型。
一期工程5000t/d水泥熟料干法生產(chǎn)線配套純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，年運(yùn)行時(shí)間7000h，計(jì)算噸熟料發(fā)電量33.7 kWh，年發(fā)電量5411×104kWh，年供電量4924×104kWh，按大型火電廠發(fā)電效率為0.383kg標(biāo)準(zhǔn)煤/kWh計(jì)算，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤18859t，每年減少CO2排放量47148t。如按0.52元/kwh計(jì)算，每年可節(jié)省電費(fèi)2560.48萬(wàn)元，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益顯著。
在2007年3月，由我公司總承包的內(nèi)蒙古烏蘭水泥集團(tuán)2×2500t/d生產(chǎn)線余熱發(fā)電項(xiàng)目開工建設(shè)，其他多條由我公司承擔(dān)的設(shè)計(jì)或總承包的水泥生產(chǎn)線余熱發(fā)電項(xiàng)目將陸續(xù)在2007年投產(chǎn)發(fā)電。
我們將繼續(xù)努力，不斷創(chuàng)新，為中國(guó)水泥行業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。
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