國產(chǎn)水泥回轉(zhuǎn)窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)和經(jīng)驗介紹

    水泥生產(chǎn)過程需要消耗大量的能源（煤或油）和天然礦物，而這些資源是不可再生的，所以這就制約了水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，如何降低水泥生產(chǎn)過程中原燃料的消耗是保證水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的最有效措施。水泥熟料煅燒過程需要較高的煅燒溫度，消耗大量的天然礦石能源------煤炭（或油），以目前先進(jìn)的新型干法水泥窯為例，其單位熟料燒成熱耗在2900---3300kj/kg，以年產(chǎn)熟料50萬噸規(guī)模計，每年消耗原煤約6.5萬，但同時約占熟料燒成熱耗30%左右的大量350℃左右的廢氣從窯尾和窯頭收塵器排入大氣，而采用余熱發(fā)電技術(shù)將這部分熱量回收是一種非常有效的辦法，由于廢氣溫度較低，對裝備和技術(shù)的要求較高，采用純低溫余熱發(fā)電國內(nèi)尚未有非常成熟和成功的技術(shù)和工程，寧國水泥廠純低溫余熱發(fā)電是引進(jìn)日本的技術(shù)和裝備。目前國內(nèi)新型干法窯主要采用的是帶補燃爐的余熱發(fā)電技術(shù)，但這種技術(shù)和國家有關(guān)政策有沖突，使這種技術(shù)的利用受到限制。2002年我公司日產(chǎn)1050噸（實際1350噸）φ3.5×88m四級旋風(fēng)預(yù)熱器窯（SP窯）采用純低溫余熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了技術(shù)改造，項目由天津水泥設(shè)計研究院設(shè)計，于2003年5月建成投產(chǎn)，項目裝機容量2.5MW，設(shè)計發(fā)電能力1800kw/h，全部采用國產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)，經(jīng)過半年左右的運行，主要設(shè)備和整個系統(tǒng)都運轉(zhuǎn)正常，各項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求。下面就我公司純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)作一介紹。
1． 熱力系統(tǒng)
　　系統(tǒng)主機為兩臺余熱鍋爐(窯頭AQC鍋爐和窯尾SP鍋爐)和一套補汽凝汽式汽輪發(fā)電機組，裝機容量為2.5MW，設(shè)計發(fā)電能力為1800kw/h。
　　余熱來源SP（窯尾預(yù)熱器）：廢氣流量95000Nm3/h，溫度390℃（實際360℃）；AQC（冷卻機）：廢氣流量40000Nm3/h，溫度350℃。
　　冷卻機中部設(shè)置抽風(fēng)口作為AQC鍋爐的取風(fēng)口，通過與冷卻機原抽風(fēng)口之間的風(fēng)門調(diào)節(jié)，保證中部抽風(fēng)口的廢氣溫度達(dá)到350℃左右，為減輕廢氣對AQC鍋爐的磨損，在鍋爐前設(shè)置了沉降室，AQC省煤器出水分三路：一路進(jìn)入AQC高壓汽包，一路進(jìn)入AQC低壓汽包，另一路進(jìn)SP鍋爐汽包。AQC鍋爐產(chǎn)生的蒸氣分為二路，一路由鍋爐Ⅰ段產(chǎn)生的1.6Mpa-300℃主蒸氣和SP鍋爐產(chǎn)生的主蒸氣混合后進(jìn)汽輪機主進(jìn)汽口,另一路由鍋爐Ⅱ段產(chǎn)生的0.25Mpa-150℃低壓蒸氣進(jìn)入汽輪機補汽口。
　　SP鍋爐汽包進(jìn)水由AQC省煤器供給，當(dāng)AQC鍋爐未投用時也可由鍋爐給水泵直接供給而獨立運行，SP鍋爐產(chǎn)生1.6Mpa-300℃主蒸氣。兩臺鍋爐都設(shè)計有旁路系統(tǒng)，當(dāng)鍋爐停用時水泥生產(chǎn)系統(tǒng)可正常運行。
　　汽輪機為補汽凝汽式汽輪機，設(shè)計能力2.5MW,原機型為3MW的抽汽凝汽式汽輪機，將原抽汽口改為補汽口。通過半年運行，該汽輪機運行可靠，對蒸汽質(zhì)量適應(yīng)范圍大，操作較方便，缺點是補汽較困難。
    鍋爐給水中的溶解氧是造成熱力設(shè)備和管道腐蝕的主要原因，為防止和減輕氧腐蝕，必須對鍋爐給水進(jìn)行除氧處理，目前鍋爐給水的除氧方式有熱力除氧、真空除氧、化學(xué)除氧等，寧國水泥廠采用的是化學(xué)除氧方式，我公司根據(jù)系統(tǒng)蒸氣溫度和壓力較低的情況，采用真空除氧方式，真空除氧是利用抽真空的方法，使水在常溫下呈沸騰狀態(tài)，除去水中溶解氧，其關(guān)鍵是在除氧器內(nèi)形成和保持真空狀態(tài)，所以除了利用真空泵將真空除氧器抽為真空外，系統(tǒng)的密閉性非常重要。目前我公司的真空除氧系統(tǒng)運行真空度為-0.09Mpa，水中殘氧量小于0.05mg/L，運行方式為間歇式，即當(dāng)補充新鮮軟水時以及鍋爐給水中含氧量超標(biāo)時，除氧器才投入使用，所以系統(tǒng)運行成本較低，根據(jù)目前情況真空除氧器的運行費用約1.0元/小時。
2． 鍋爐
　　SP、AQC兩臺余熱鍋爐是水泥窯純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)中最重要的設(shè)備，鍋爐是否能穩(wěn)定正常運行直接影響到項目的最終效果。我公司窯頭AQC鍋爐、窯尾SP鍋爐由我公司和杭州鍋爐廠一起合作研究，并由杭州鍋爐廠設(shè)計制造具有一定自主知識產(chǎn)權(quán)。為減少占地面積和漏風(fēng)，二臺鍋爐都采用立式布置，廢氣流向自上而下。
　　SP鍋爐的設(shè)計較有特點，為立式、機械振打、自然循環(huán)。換熱管為蛇形光管，上端固定在框架上，下端呈自由狀態(tài)，振打裝置通過連桿對換熱管定期振打，整個鍋爐的振打形式為連續(xù)式，所以清灰較為均勻，同時灰斗設(shè)計合理，避免了因清灰原因而造成廢氣中含塵濃度過大而引起風(fēng)機跳停，影響生產(chǎn)。該鍋爐最具特點的地方是采用自然循環(huán)方式，省掉了二臺強制循環(huán)熱水泵，降低了運行成本，提高了系統(tǒng)可靠性。SP鍋爐目前運行狀態(tài)穩(wěn)定，鍋爐阻力小于800Pa，廢氣進(jìn)口溫度350---360℃，出口溫度230℃左右，基本達(dá)到設(shè)計目標(biāo)。
　　AQC鍋爐為立式、自然循環(huán)。冷卻機廢氣中粉塵粘附性不強，所以不設(shè)置振打裝置，同時換熱管采用螺旋翅管，大大增加了換熱面積，鍋爐體積大幅下降，降低了投資成本。為減少漏風(fēng)，AQC鍋爐沒有設(shè)計出灰裝置，在風(fēng)管底部粉塵形成一定自然堆積后，粉塵隨廢氣一起進(jìn)入電收塵。半年來AQC鍋爐運行狀態(tài)較好，鍋爐阻力小于700Pa，廢氣進(jìn)口溫度在380℃左右，廢氣出口溫度在90℃左右，達(dá)到設(shè)計目標(biāo)。
3． 與原生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)合
　　在原水泥生產(chǎn)系統(tǒng)中接入余熱發(fā)電系統(tǒng)，對水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的影響主要在以下幾個方面：
　?。?）由于余熱鍋爐的接入，氣體流程的系統(tǒng)阻力增加，排風(fēng)機能力是否適用。由于廢氣通過余熱鍋爐后氣體溫度和含塵濃度降低，排風(fēng)機的抽風(fēng)量得以增加，加上水泥廠原設(shè)計一般都有一定富裕能力，所以不用更換排風(fēng)機，這在我公司的改造中及國內(nèi)外工程實例得到證實，如果回轉(zhuǎn)窯及其它設(shè)備許可，由于排風(fēng)機能力增加而提高了回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量（臺灣花蓮水泥廠裝配余熱發(fā)電后，窯產(chǎn)提高10%），我公司余熱發(fā)電投入使用后，窯尾排風(fēng)機電流也有所下降。
　?。?）窯尾SP鍋爐清灰會引起氣體含塵濃度變化而導(dǎo)致窯尾排風(fēng)機工況突變，甚至風(fēng)機因氣體含塵濃度過高而過載跳停。我公司由于在風(fēng)管布置、灰斗設(shè)計較為合理，同時采用連續(xù)機械振打方式，氣體中含塵濃度較為均勻，所以窯尾風(fēng)機電流波動沒有異常。
　?。?）窯尾SP鍋爐廢氣出口溫度應(yīng)根據(jù)生料磨工藝及入磨原料水份來確定，我公司生料磨為風(fēng)掃式烘干磨，磨內(nèi)氣體流量大，所以設(shè)計SP鍋爐出口溫度為225℃，一般烘干生料磨SP鍋爐的出口溫度在250℃以上（具體根據(jù)生料水份）。
4． 經(jīng)濟分析
　　項目總投資1500萬元，設(shè)計發(fā)電能力1800KW/h，目前實際發(fā)電能力大于1800KW/h，以年發(fā)電7000小時計，每年發(fā)電量為1260×104kwh，扣除10%（實際8%）電站自用電，減少外購電1134×104kwh，電站運行成本約0.06元/kwh,外購平均電價0.48元/kwh(不含稅),每年可為企業(yè)節(jié)約電費476萬元,實際運行中通過電站運行調(diào)整用電系統(tǒng)功率因素并使現(xiàn)有供配電系統(tǒng)損耗減少,還可節(jié)約電費,所以根據(jù)此計算三年左右就可收回項目投資。
　　水泥窯純低溫余熱發(fā)電項目由于將廢氣中熱能轉(zhuǎn)化為電能，減少了能源消耗，廢氣通過余熱鍋爐降低了廢氣排放溫度，減輕了對環(huán)境的熱污染，具有顯著的環(huán)保節(jié)能效果，所以水泥窯純低溫余熱發(fā)電項目具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。
5． 結(jié)言
　　我公司水泥窯純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)是國內(nèi)第一條達(dá)到設(shè)計指標(biāo)的生產(chǎn)線，實際每噸熟料發(fā)電量達(dá)到33---35kwh/t，電站自用電比例小于8%，達(dá)到了國際先進(jìn)水平（AQC廢氣沒有二次循環(huán)）。整個系統(tǒng)運行可靠，操作簡易靈活，整個電站定員15人，每班操作人員僅2人，由于全部采用國產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)，投資成本低，具有很好的推擴價值和前景。（中國水泥網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請注明出處）