寧國(guó)水泥廠純低溫水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)及運(yùn)行業(yè)績(jī)報(bào)告

       自一九九八年三月我廠4000t/d水泥生產(chǎn)線(xiàn)配套應(yīng)用純低溫余熱發(fā)電技術(shù)獲得了運(yùn)轉(zhuǎn)成功。該技術(shù)和主要裝備是由日本川崎重工提供的，發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量為6480kW，年設(shè)計(jì)發(fā)電量為4087×104kWh，噸熟料發(fā)電能力為33.88kW.h/t。

　　一、系統(tǒng)的主要技術(shù)特點(diǎn)：
     水泥廠余熱資源的特點(diǎn)是：流量大，品位較低。以寧國(guó)水泥廠4000t/d生產(chǎn)線(xiàn)為例，PH（預(yù)熱器）和AQC（冷卻機(jī)）出口廢氣流量和溫度分別為258550Nm3/h、350℃和306600Nm3/h、238℃，余熱發(fā)電便是充分利用這兩部分余熱資源進(jìn)行熱能回收。
1）熱力系統(tǒng)
　　整個(gè)熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、高效、安全，系統(tǒng)工藝流程是由兩臺(tái)高效余熱鍋爐AQC、PH鍋爐、兩臺(tái)高低壓閃蒸器和一套汽輪發(fā)電機(jī)組組成，輔之以冷卻水系統(tǒng)、純水制取系統(tǒng)、鍋爐給水系統(tǒng)及鍋爐粉塵輸送系統(tǒng)。余熱鍋爐內(nèi)進(jìn)行熱交換產(chǎn)生壓力為25kg/cm2、溫度為335℃～350℃、額定蒸發(fā)量為31.1t/h的過(guò)熱蒸汽通入汽輪機(jī)，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，拖動(dòng)發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸送電力。
　（1）采用凝汽式兩點(diǎn)混汽式汽輪機(jī)。凝汽式是指做過(guò)功的蒸汽充分冷凝成凝結(jié)水，重新進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)，減少系統(tǒng)補(bǔ)充水量?；炱绞侵钙啓C(jī)除主蒸汽外，另有兩路低壓飽和蒸汽導(dǎo)入汽輪機(jī)做功，從而提高汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率，提高發(fā)電機(jī)輸出功率。
?。?）設(shè)置具有專(zhuān)利技術(shù)、高熱效率的PH鍋爐，采用特殊設(shè)計(jì)的機(jī)械振打裝置進(jìn)行受熱面除灰，保證鍋爐很高的傳熱效率。
　（3）應(yīng)用熱水閃蒸技術(shù)（高壓熱水進(jìn)入低壓空間瞬間汽化現(xiàn)象），設(shè)置一臺(tái)高壓閃蒸器和一臺(tái)低壓閃蒸器，一方面將閃蒸出的飽和蒸汽導(dǎo)入汽輪機(jī)做功，進(jìn)一步提高汽輪機(jī)輸出功率，另一方面通過(guò)鍋爐給水系統(tǒng)循環(huán)，可以有效地控制AQC爐省煤器段出口水溫，保證鍋爐給水工況穩(wěn)定。
?。?）由于PH鍋爐出口廢氣還要用于原料烘干，所以PH鍋爐無(wú)省煤器，只設(shè)蒸發(fā)器和過(guò)熱器，控制出爐煙溫在250℃，以滿(mǎn)足水泥生產(chǎn)線(xiàn)原料烘干的需求。
?。?）采用熱水閃蒸自除氧結(jié)合化學(xué)除氧的辦法進(jìn)行除氧，不另設(shè)除氧器，減少了工藝設(shè)備，簡(jiǎn)化了工藝流程。
?。?）熱力泵均采用一用一備雙系列。在運(yùn)行泵出現(xiàn)故障時(shí)，備用泵自動(dòng)投入使用，保證了發(fā)電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。
　　2）余熱鍋爐
　　AQC鍋爐設(shè)計(jì)為立式自然循環(huán)鍋爐，帶汽包，煙氣自上而下通過(guò)鍋爐，鍋爐自上而下布置過(guò)熱器、蒸發(fā)器和省煤器，由于廢氣粉塵為熟料顆粒，具有較強(qiáng)的磨礪性，需設(shè)置預(yù)除塵器進(jìn)行預(yù)收塵，另外為增大換熱面積，強(qiáng)化換熱效果，AQC鍋爐的傳熱管設(shè)計(jì)為螺旋翅片管形式（鰭片管）。
　　AQC鍋爐工藝參數(shù)設(shè)計(jì)：煙氣入口溫度360℃，出口溫度91℃，煙氣流量165300Nm3/h，過(guò)熱蒸汽溫度350℃，蒸汽壓力26kg/cm2，額定蒸發(fā)量11.8t/h。
　　PH鍋爐設(shè)計(jì)為臥式強(qiáng)制循環(huán)鍋爐，帶汽包，設(shè)蒸發(fā)器和過(guò)熱器，煙氣在管外水平流動(dòng)，受熱面為蛇形光管，上端固定在構(gòu)架上，下端為自由端，并焊有振打裝置的連桿。由于PH爐入爐粉塵為生料粉，具有較強(qiáng)的粘附性，影響傳熱效果，故設(shè)計(jì)機(jī)械振打裝置對(duì)受熱面定期振打，使受熱面保持干凈無(wú)灰，從而保證了很高的傳熱效果。由于工作介質(zhì)在傳熱管內(nèi)是上下流動(dòng)形式，無(wú)法利用其重度差進(jìn)行自然循環(huán)，故需用兩臺(tái)強(qiáng)制循環(huán)泵進(jìn)行給水的強(qiáng)制循環(huán)。
　　PH鍋爐工藝參數(shù)設(shè)計(jì)：煙氣入口溫度350℃，出口溫度250℃，煙氣流量258550Nm3/h，過(guò)熱蒸汽溫度330℃，蒸汽壓力26kg/cm2，額定蒸發(fā)量19.3t/h。
　　兩鍋爐的工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)比如下表：

　  3）汽輪機(jī)
　　汽輪機(jī)的作用是將余熱鍋爐產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的動(dòng)力設(shè)備。寧國(guó)廠汽輪機(jī)為川崎RCM-80型，沖動(dòng)式、多級(jí)、混壓凝汽式帶減速機(jī)型汽輪機(jī)，額定蒸汽流量31.1t/h，入口蒸汽壓力2.45MPa，蒸汽溫度335℃，排汽絕對(duì)壓力0.00585MPa，轉(zhuǎn)速5829rpm，級(jí)數(shù)為9級(jí)。
　（1）汽輪機(jī)為減速式汽輪機(jī)，通過(guò)減速機(jī)后轉(zhuǎn)速為1500rpm，這樣汽輪機(jī)的整體尺寸較小，暖機(jī)和沖轉(zhuǎn)所需的時(shí)間較短，便于汽輪機(jī)停機(jī)后能夠在短時(shí)間內(nèi)迅速再投入，適應(yīng)窯系統(tǒng)工況的波動(dòng)。針對(duì)汽輪機(jī)后幾級(jí)葉片水份較多、易發(fā)生水蝕現(xiàn)象的特點(diǎn)，在低壓部分特別設(shè)計(jì)了集水槽和疏水孔，充分利用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的離心力分離水珠，避免水蝕。另在末兩級(jí)葉片前部覆蓋了一層特殊合金，以減輕水擊產(chǎn)生的損傷。
?。?）汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用電、液（壓）調(diào)節(jié)方式，感應(yīng)機(jī)構(gòu)為電磁式，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為液壓傳動(dòng)式。調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，保證了汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的任何工況下穩(wěn)定運(yùn)行。
　（3）根據(jù)水泥廠余熱性質(zhì)的特點(diǎn)，汽輪機(jī)的運(yùn)行方式分為速度控制和壓力控制兩種方式。在汽輪機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中（提速及升負(fù)荷），以汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速為主要控制參數(shù)，以保證汽輪發(fā)電機(jī)組正常并網(wǎng)；當(dāng)機(jī)組達(dá)到額定負(fù)荷時(shí)，切換到壓力控制方式，這時(shí)以汽輪機(jī)入口蒸汽壓力為主要控制參數(shù)，調(diào)節(jié)機(jī)組輸出功率以保證壓力基本穩(wěn)定，這種控制方式可適應(yīng)廢氣余熱參數(shù)的變化，使整個(gè)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和可靠性，并做到“熱盡其用”。機(jī)組出力超過(guò)限定值（約額定功率的110%），自動(dòng)開(kāi)啟旁路閥，將部分蒸汽直接導(dǎo)入凝汽器，起到保護(hù)發(fā)電機(jī)組的目的。
　   4）發(fā)電機(jī)
　　發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)為全封閉內(nèi)冷式三相交流同步發(fā)電機(jī)，勵(lì)磁方式采用無(wú)刷勵(lì)磁，額定輸出8100KVA，極數(shù)4極，電壓6300V，頻率50HZ，功率因數(shù)80%滯后，電流742A，空氣冷卻器采取水冷卻的方式。
     5）DCS控制系統(tǒng)
　　整個(gè)余熱發(fā)電系統(tǒng)采用先進(jìn)的DCS集散控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)的各種工藝參數(shù)通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)送至中央控制室，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析并在CRT上顯示。中控操作通過(guò)觸摸屏發(fā)出指令，調(diào)整各煙風(fēng)閥門(mén)、汽水閥門(mén)的開(kāi)度及設(shè)備的啟停等，使整個(gè)系統(tǒng)適應(yīng)工況變化。自控系統(tǒng)能夠根據(jù)相關(guān)參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行汽水系統(tǒng)的調(diào)整，系統(tǒng)的操作簡(jiǎn)便可靠，并設(shè)有完善的報(bào)警和保護(hù)程序，使整個(gè)發(fā)電工藝系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
　　二、寧國(guó)水泥廠4000t/d熟料生產(chǎn)線(xiàn)余熱發(fā)電項(xiàng)目運(yùn)轉(zhuǎn)業(yè)績(jī)：
　　1）主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)分析
　　自一九九八年三月開(kāi)始實(shí)質(zhì)性運(yùn)轉(zhuǎn)至二○○四年底，從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，平均噸熟料發(fā)電量已達(dá)36.12kWh/t，相對(duì)窯運(yùn)轉(zhuǎn)率為96.24%，累計(jì)發(fā)電量已達(dá)3.56億千瓦時(shí)。系統(tǒng)運(yùn)行六年來(lái)實(shí)現(xiàn)了安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。請(qǐng)參見(jiàn)下面生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖表：
   表一

   表二

　　2）經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益
    水泥余熱發(fā)電項(xiàng)目充分利用熟料煅燒生產(chǎn)時(shí)排放的大量廢氣進(jìn)行回收發(fā)電，即可降低水泥熟料的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，又能保護(hù)環(huán)境，創(chuàng)造良好的社會(huì)效益。余熱發(fā)電項(xiàng)目將成為海螺集團(tuán)穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)及清潔化生產(chǎn)的亮點(diǎn)。
（1）經(jīng)濟(jì)效益：
　　自發(fā)電機(jī)組正式并網(wǎng)以來(lái)，截止到二OO四年十二月底，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)電量累計(jì)為33066.3萬(wàn)千瓦時(shí)，按本地區(qū)現(xiàn)行綜合電價(jià)0.50元/kWh計(jì)算，創(chuàng)產(chǎn)值1.65億元。
（2）社會(huì)效益：
　　從能源利用率的角度來(lái)講，水泥生產(chǎn)過(guò)程中消耗的能源有效利用率僅為60%，其余40%的能量隨廢氣排放到大氣中，余熱發(fā)電建成后，可將排放掉的38%的廢氣余熱進(jìn)行回收，使工廠的能源利用率提高到95%以上，為工廠的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。
　　從環(huán)境保護(hù)的角度來(lái)講，減少了二氧化碳的排放量。眾所周知火力發(fā)電是燃煤發(fā)電，在電力生產(chǎn)過(guò)程中要產(chǎn)生大量的二氧化碳，而余熱發(fā)電整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程不燒1克煤，按發(fā)電機(jī)組截止到二OO四底累計(jì)發(fā)電量35612.6萬(wàn)千瓦時(shí)來(lái)計(jì)算，共減少二氧化碳的排放量總計(jì)為284900噸，這對(duì)減少溫室效應(yīng)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境起著積極的促進(jìn)作用。
　　三、配套余熱發(fā)電技術(shù)對(duì)水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的影響：
　　1、冷卻機(jī)必要的改造
　　由于冷卻機(jī)出口的廢氣溫度多在200℃左右，這種溫度下的熱量品位很低，很難進(jìn)行動(dòng)力回收，因此需要對(duì)冷卻機(jī)進(jìn)行必要的改造，使進(jìn)入AQC爐的熱源品位提高。改造措施是在冷卻機(jī)中部（四室與五室之間）新開(kāi)一抽氣口，利用這部分溫度在360℃左右的廢氣，引入AQC余熱鍋爐進(jìn)行動(dòng)力回收。原有抽氣口則抽取冷卻機(jī)后部低溫廢氣，壓力的平衡用擋板實(shí)現(xiàn)。鍋爐出口廢氣與原抽氣口的廢氣混合后進(jìn)入窯頭電收塵。
　　2、窯頭電收塵的影響
　　冷卻機(jī)改造和窯頭余熱鍋爐的投入會(huì)對(duì)窯頭電收塵的收塵效果產(chǎn)生一定的影響。因?yàn)楦G頭電收塵原設(shè)計(jì)為高溫電收塵，溫度在250℃以上時(shí)，收塵效果較好。窯頭余熱鍋爐的投入，使電收塵的入口廢氣溫度由220℃左右降至125℃左右，粉塵比電阻會(huì)產(chǎn)生一定的變化，從而影響收塵效果，粉塵比電阻過(guò)高，不利于收塵器運(yùn)行。對(duì)照熟料粉塵比電阻曲線(xiàn)圖，125℃時(shí)粉塵比電阻約3.5×1010Ω.cm，處于較高水平，故余熱鍋爐投入后應(yīng)盡可能地降低入電收塵廢氣溫度（控制在100℃左右或以下效果更佳），從而降低比電阻，必要時(shí)需采取廢氣調(diào)質(zhì)措施來(lái)提高收塵效果。
　　3、窯頭排風(fēng)機(jī)的影響
　　由于在冷卻機(jī)前設(shè)置了余熱鍋爐及冷卻機(jī)改造，廢氣全流程的阻力比原來(lái)增加約1.0kPa，需要排風(fēng)機(jī)提供更大的抽力。水泥廠的窯頭排風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)能力一般都有較大的余量，一般來(lái)說(shuō)可以適應(yīng)改造后的工況，只需調(diào)整其工作點(diǎn)。寧國(guó)一線(xiàn)窯頭風(fēng)機(jī)能力較大，電機(jī)額定電流為84A，投入AQC爐后，電機(jī)電流由59A升至72A左右，能滿(mǎn)足AQC爐在120%負(fù)荷下運(yùn)行。
　　4、窯尾排風(fēng)機(jī)的影響
　　由于在風(fēng)機(jī)前加入一臺(tái)PH余熱鍋爐，壓力損失約增加1.0kPa，但由于進(jìn)入風(fēng)機(jī)廢氣密度的增大，提高了風(fēng)機(jī)的輸出壓力，而且進(jìn)入風(fēng)機(jī)的廢氣含塵量大大降低，故對(duì)窯尾風(fēng)機(jī)影響不大，一般只需調(diào)整其工作點(diǎn)，不需更換風(fēng)機(jī)。
　　5、原料磨的影響
　　寧國(guó)一線(xiàn)原料磨為球磨機(jī)，對(duì)入磨熱風(fēng)溫度有較高要求，增設(shè)PH鍋爐后，窯尾排風(fēng)機(jī)入口溫度將由350℃左右降至250℃，入磨風(fēng)溫的下降，使原料磨的烘干能力受到一定的不利影響，從而影響到原料磨的生產(chǎn)能力，雨季時(shí)入磨水份較高，則需考慮PH爐的旁路放風(fēng)，提高入磨風(fēng)溫，保證水泥生產(chǎn)。如果原料磨采用立磨，則對(duì)入磨風(fēng)溫的要求就寬松得多，可以降至200℃，從而PH爐的設(shè)計(jì)參數(shù)會(huì)相應(yīng)改變，鍋爐的出力會(huì)相應(yīng)增加，噸熟料發(fā)電量會(huì)有所提高。
　　6、增濕塔的影響
　　寧國(guó)一線(xiàn)在PH爐投入前增濕塔噴水量約24t/h，PH爐投入后，煙溫降至250℃，且煙氣含塵量降低，故增濕塔噴水量大為減少，已能保證窯尾電收塵的工作效率。目前水泥生產(chǎn)線(xiàn)增濕塔的工藝布置均在窯尾高溫風(fēng)機(jī)前的廢氣管道上，PH爐的工藝布置與增濕塔是“并聯(lián)”關(guān)系，PH爐投入運(yùn)行，增濕塔則退出，可能會(huì)影響到窯尾電收塵的收塵效果，必要時(shí)需考慮采用廢氣調(diào)質(zhì)措施。
　　綜上所述，余熱鍋爐的投入，會(huì)產(chǎn)生廢氣溫度的變化及壓損的增加，對(duì)原料磨、增濕塔、窯頭電收塵及排風(fēng)機(jī)等設(shè)備運(yùn)行工況產(chǎn)生一定的影響，但一般影響較小，通過(guò)工藝參數(shù)、設(shè)備工況調(diào)整即可解決，除對(duì)冷卻機(jī)做較大的改造外，增設(shè)余熱鍋爐在技術(shù)上是沒(méi)有問(wèn)題的。
　　四、余熱發(fā)電技術(shù)在海螺集團(tuán)推廣應(yīng)用的前景：
　　通過(guò)水泥余熱發(fā)電項(xiàng)目在寧國(guó)水泥廠的成功應(yīng)用，充分說(shuō)明新型干法水泥窯配套余熱發(fā)電裝置在技術(shù)上是完全可行的，它充分利用了水泥生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量廢氣余熱進(jìn)行動(dòng)力回收，每噸熟料可回收35～40kWh的電能，并且該系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，相對(duì)窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率可達(dá)97%以上，發(fā)電成本非常低，相對(duì)外購(gòu)電價(jià)可節(jié)約大量的購(gòu)電費(fèi)用。所以該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，既可降低水泥的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，又可以為國(guó)家節(jié)約大量的電能，減少環(huán)境污染，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
　　海螺集團(tuán)擁有已建和在建的二十多條5000t/d以上的水泥生產(chǎn)線(xiàn)，對(duì)水泥配套應(yīng)用余熱發(fā)電技術(shù)取得了一定的經(jīng)驗(yàn)。集團(tuán)公司已計(jì)劃從2005年起將水泥余熱發(fā)電項(xiàng)目作為水泥產(chǎn)業(yè)新技術(shù)在集團(tuán)多個(gè)熟料基地、2500t/d以上的水泥生產(chǎn)線(xiàn)上擬配套建設(shè)應(yīng)用。我們堅(jiān)信純低溫余熱發(fā)電技術(shù)在海螺集團(tuán)一定能得到成功應(yīng)用，為保護(hù)環(huán)境，為水泥產(chǎn)業(yè)的節(jié)能技術(shù)的推廣做出我們應(yīng)有的貢獻(xiàn)。