水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)的新突破
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一、公司簡介
青島捷能汽輪機股份有限公司坐落在美麗的海濱城市青島，位于青島市四方區(qū)，毗鄰海陸空港，交通四通八達，極為便利。
公司始建于1950年，1958年開始生產(chǎn)汽輪機，以生產(chǎn)“捷能牌”汽輪機為主導(dǎo)產(chǎn)品，具有現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模，享有自營進出口權(quán)，是國內(nèi)中小型汽輪機最強最大的設(shè)計制造供應(yīng)商。現(xiàn)有凈資產(chǎn)4.5億元，員工2300余人，其中工程技術(shù)人員300余人。擁有關(guān)鍵設(shè)備1200余臺，其中數(shù)控、加工中心等精密大型設(shè)備300多臺，基本實現(xiàn)數(shù)顯數(shù)控加工，具有很強的綜合加工能力。
公司目前主要生產(chǎn)150MW以下各類型號汽輪機，現(xiàn)有十大系列400余個品種，能夠滿足發(fā)電、石油、化工、印染、紡織、水泥、造紙、制糖、鋼鐵、煤炭、垃圾處理、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)、城市集中供熱等行業(yè)，產(chǎn)品遍布31個省、市、自治區(qū)，并遠銷印度、印尼、巴基斯坦、孟加拉等國家。
公司大力實施名牌戰(zhàn)略，堅持實施自主開發(fā)與引進技術(shù)相結(jié)合的高起點發(fā)展戰(zhàn)略，大力推進主導(dǎo)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級換代，曾獲得全國汽輪機行業(yè)質(zhì)量標兵稱號和全國五一勞動獎?wù)隆?980年獲得中國汽輪機發(fā)展史上第一塊國家質(zhì)量獎牌，多個產(chǎn)品被評為國家級新產(chǎn)品，所生產(chǎn)的“捷能牌”汽輪機2006年獲得“中國名牌產(chǎn)品”稱號。
二、低品位余熱汽輪機介紹
低品位余熱利用汽輪機是我公司的強項產(chǎn)品，是國家重點推薦的工業(yè)余熱利用汽輪機。
聞名世界的我國西藏羊八井地?zé)犭姀S，其裝配的7臺3MW二級擴容循環(huán)和混壓式（補汽式）地?zé)崞啓C（這一項目曾獲得國家科技進步三等獎），均為我公司70年代末至90年代初產(chǎn)品，二十年多來一直是羊八井地?zé)犭姀S的主力機組。羊八井地?zé)犭娬镜某隽Ψ€(wěn)定，其發(fā)電量已占到拉薩電網(wǎng)的40％。西藏羊八井地?zé)釞C組的設(shè)計、制造、運行成功，充分證明我公司已具備設(shè)計制造低參數(shù)多級混壓式汽輪機的能力，而近年印尼地?zé)釞C組的研發(fā)成功更足以證明我公司在低參數(shù)汽輪機的設(shè)計、制造、運行經(jīng)驗等方面已具備了各項技術(shù)條件。
迄今為止，我公司已自主研發(fā)了處于國內(nèi)領(lǐng)先水平、與第二代水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)配套的包括純凝汽、補汽凝汽等不同方式的汽輪機。這種汽輪機的基本系列為4.5MW、6MW、7.5MW、9MW、12MW、15MW、18MW、20MW等多個規(guī)格，主蒸汽進汽額定參數(shù)為：壓力1.0～2.45Mpa、溫度300～385℃，補汽進汽額定參數(shù)為：壓力0.1～0.2Mpa、溫度飽和～150℃，允許的運行變化范圍為壓力0.05～0.25MPa、溫度飽和～170℃。該系列產(chǎn)品可以有效利用水泥窯廢氣余熱生產(chǎn)的不同等級的蒸汽、熱水等低品位熱能并能在保證汽輪機使用壽命和熱效率的前提下，對水泥窯生產(chǎn)的波動性有很強的適應(yīng)能力，節(jié)能效果明顯、經(jīng)濟效益顯著。
至目前，我公司已為全國近二十個省份、七十余家水泥生產(chǎn)廠的高溫余熱電站、補燃余熱電站、第一代水泥窯純低溫余熱電站、第二代水泥窯純低溫余熱電站設(shè)計制造了88臺不同型號的汽輪發(fā)電機組，其中包括:第一代水泥窯純低溫余熱發(fā)電機組18臺，第二代水泥窯純低溫余熱發(fā)電機組13臺。
三、第一代及第二代水泥窯余熱發(fā)電汽輪機組及發(fā)電能力的差異
為了配合第一代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，我公司從90年代初以來自主開發(fā)了低參數(shù)補汽或不補汽式汽輪機系列(主蒸汽參數(shù)為：壓力0.69～1.57Mpa、溫度280～340℃，補汽進汽額定參數(shù)為：壓力0.1～0.2Mpa、溫度飽和～150℃)。由于水泥窯生產(chǎn)的波動性，造成進汽、補汽參數(shù)的不穩(wěn)定，直接影響了汽輪機的使用壽命。
國內(nèi)水泥行業(yè)自1998～2004年共應(yīng)用了6臺補汽式汽輪機，至目前，這6臺補汽式汽輪機補汽均不能投入正常運行，其根本原因并非是汽輪機設(shè)備問題，而是余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)及余熱鍋爐配置不當(dāng)所至。如：汽輪機補汽要求補汽壓力及溫度相對穩(wěn)定并要求高于汽輪機本體補汽點的蒸汽壓力，由于未能透徹地研究水泥窯廢氣余熱特性，其低壓補汽均是由水泥窯大幅度波動的廢氣直接生產(chǎn)，更由于余熱鍋爐、熱力系統(tǒng)的配置又不具備調(diào)整蒸汽壓力及穩(wěn)定蒸汽溫度的能力，造成補汽蒸汽壓力及溫度的大幅度波動，使得補汽系統(tǒng)不能正常投入運行。補汽系統(tǒng)不能正常投入運行，不但不能進一步回收180℃以下廢氣余熱，使余熱發(fā)電系統(tǒng)達不到應(yīng)該達到的發(fā)電功率，也同時嚴重影響了大家對補汽式汽輪機優(yōu)越性的認識，阻礙了水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展及進步。
2004年之后，隨著第二代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用，水泥窯余熱按廢氣余熱溫度可實現(xiàn)梯級利用，使水泥窯廢氣余熱按其熱能品質(zhì)最大限度地轉(zhuǎn)換為電能，采用相對高壓高溫的主蒸汽(1.57～2.45MPa-340～385℃)及低壓低溫補汽，不但提高了汽輪機效率，也使余熱發(fā)電能力比采用相對低壓低溫主蒸汽(0.69～1.27MPa-280～340℃)參數(shù)的第一代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)大幅提高。其中根據(jù)已投產(chǎn)的采用補汽式汽輪機的燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站、第二代水泥窯余熱電站運行情況，汽輪機組補汽式比不補汽式時其發(fā)電功率提高8%以上，相應(yīng)余熱鍋爐出口廢氣溫度可得以大幅降低。
同時，因采用較高的主蒸汽壓力和溫度，為汽機滑參數(shù)運行創(chuàng)造了條件（當(dāng)設(shè)計采用主蒸汽壓力和溫度為2.29MPa-370℃時，實際運行變化范圍可以達到1.27～2.47Mpa、325℃～400℃）；而第一代純余熱發(fā)電技術(shù)的汽輪機主蒸汽壓力和溫度允許變化范圍則要小得多（當(dāng)設(shè)計采用主蒸汽壓力和溫度為0.98MPa-310℃時，實際運行變化范圍只能達到0.69～1.27Mpa、290℃～330℃）。因此，第二代純余熱發(fā)電技術(shù)在提高余熱發(fā)電能力的同時，由于主蒸汽參數(shù)允許運行變化范圍比第一代純余熱發(fā)電技術(shù)大得多，汽輪機運行的可靠性、對水泥窯生產(chǎn)波動的適應(yīng)性也將比第一代技術(shù)好的多，更為重要的是延長了汽輪機設(shè)備的使用壽命。
四、技術(shù)優(yōu)勢及創(chuàng)新點
隨著水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)日臻完善，我們與設(shè)計院、水泥生產(chǎn)廠家深度結(jié)合，在深刻了解余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)的構(gòu)成及水泥生產(chǎn)線生產(chǎn)特點的基礎(chǔ)上，在水泥窯余熱發(fā)電用汽輪機的設(shè)計參數(shù)選擇上充分考慮了水泥窯生產(chǎn)的大范圍波動性，積極研發(fā)與第二代水泥窯發(fā)電技術(shù)配套的補汽式汽輪機。
該類型補汽式汽輪機我公司已設(shè)計生產(chǎn)13臺。其中為山水集團濰坊水泥公司生產(chǎn)的BN4.5-2.29/0.15(4.5MW)型補汽凝汽式機組已投入正常生產(chǎn)運行，BN9-2.29/0.15(9MW)、BN18-2.29/0.15(18MW) 型補汽凝汽式機組也即將投運。其主蒸汽進汽額定參數(shù)規(guī)定為壓力2.29MPa、溫度370℃，允許的運行變化范圍為壓力1.27～2.45MPa、溫度280～390℃；補汽進汽的額定參數(shù)為壓力0.15 MPa、溫度150℃，允許的壓力變化范圍為0.05～0.25MPa、允許的溫度變化范圍是飽和溫度至170℃。經(jīng)實際運行證明，該機組進汽參數(shù)適應(yīng)范圍廣，完全滿足水泥生產(chǎn)波動的需要，余熱生產(chǎn)的蒸汽按其不同的能級全部通過汽輪機轉(zhuǎn)換為電能，發(fā)電能力大大提高，使其發(fā)電量比采用第一代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的同規(guī)模水泥窯余熱電站提高25%以上。
無論提供給山東的山水水泥集團補汽凝汽式汽輪機還是提供給廣西華潤水泥集團低品位純凝汽式汽輪機（S8.8-1.0*310℃（8.8MW）、S16-1.25*305℃（16MW）等）均采用如下先進技術(shù)和創(chuàng)新點。
在汽輪機組的設(shè)計制造過程中，我公司積極采用CAD/CAM/CAPP、PDM等先進的設(shè)計、制造、管理手段，產(chǎn)品零部件三化（模塊化、標準化、系列化）水平高，生產(chǎn)制造周期短，為水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)提供了主要裝備。主要技術(shù)創(chuàng)新點，有以下幾方面：
1. 采用國際上先進的模塊化設(shè)計，全面應(yīng)用全三維技術(shù)設(shè)計機組的通流部分（采用高效率后加載葉型、全三維彎扭葉片），大大提高汽輪機的效率，整機效率提高8%以上。
2. 在設(shè)計汽輪機調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)時，我們考慮了各種工況下的安全的運行方式，調(diào)節(jié)系統(tǒng)摒棄早先的全液壓調(diào)節(jié)方式，而改用數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）?？蓪崿F(xiàn)數(shù)據(jù)自動記錄、自動控制，其技術(shù)水平國內(nèi)領(lǐng)先，具有國際同類產(chǎn)品水平；汽輪機安全監(jiān)測保護系統(tǒng)（TSI），監(jiān)視項目齊全、性能可靠，操作調(diào)整方便，自動化程度高，可隨時監(jiān)測機組的各種運行參數(shù)，分散了危險性，便于故障分析和判斷，限制事故范圍；增加汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)（ETS），提高機組運行安全性。
3.在主機本體結(jié)構(gòu)設(shè)計時，充分考慮了主蒸汽參數(shù)（壓力、溫度）大范圍變化，如： 2.45Mpa 390℃變化至1.27Mpa 280℃。以適應(yīng)水泥窯變化的需要。
4.熱力系統(tǒng)的設(shè)計可根據(jù)用戶提供汽源及要求，考慮余熱蒸汽的特點設(shè)置汽水分離器。該汽水分離器采用我公司獲得國家專利的高效的帶鉤波形板結(jié)構(gòu)，分離效率高達99.9%以上，可有效地降低蒸汽濕度，在保證機組安全運行、延長機組使用壽命的條件下，使機組適應(yīng)蒸汽參數(shù)的大范圍變化。
5.關(guān)于補汽。
我公司生產(chǎn)的補汽式汽輪機有兩種補汽控制方式。
一種是無控制的簡單補汽方式：當(dāng)補汽條件滿足后，手動打開補汽門，補汽調(diào)門按設(shè)定的開度打開到設(shè)定值；
另一種是有控制補汽方式：由數(shù)字式電調(diào)節(jié)器根據(jù)機組負荷變化自動調(diào)節(jié)補汽門開度，在可調(diào)范圍內(nèi)保證補汽壓力。
這兩種補汽控制方式，我公司都已有設(shè)計，用戶可根據(jù)自己公司的實際，選擇適合自己的補汽控制方式。
6. 為減少電站投資和方便用戶安裝，我公司正在研發(fā)專為水泥窯純低溫余熱發(fā)電用的全新布置理念汽輪機---單層布置、公共底盤、配集中油站，汽、水、油管路全部廠內(nèi)組裝完畢，只留有部分接口。
7. 我公司也可以設(shè)計制造水泥窯純低溫余熱發(fā)電用空冷汽輪機及與焚燒垃圾配套的汽輪機。
總之，我們可以根據(jù)用戶提供的不同進汽參數(shù)和補汽參數(shù)，開發(fā)設(shè)計和制造各種方式低品位余熱汽輪機，按中國或國際標準組織生產(chǎn)，最大限度地滿足客戶需求。
五、結(jié)束語
作為發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)廠家，我公司將攜手設(shè)計院及各水泥制造廠家，進一步就水泥窯余熱回收發(fā)電領(lǐng)域進行積極的探索、研究，繼續(xù)研發(fā)與純低溫余熱發(fā)電技術(shù)相配套的汽輪機，在水泥窯余熱發(fā)電機組的設(shè)計中應(yīng)用更多國外國內(nèi)新技術(shù)，從用戶角度考慮，全力打造全新產(chǎn)品，設(shè)計更便于安裝、自動化程度更高、安全性更好、效率最高的產(chǎn)品。
面對新的機遇，新的挑戰(zhàn)，捷能公司始終奉行“開拓創(chuàng)新，追求卓越”的企業(yè)精神，牢固堅持“精良產(chǎn)品、精誠服務(wù)、精打細算、精兵強將、精益求精”的“五精”理念要求，努力為每一個用戶提供滿意的精品。編輯：
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