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

      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)行過程中,對(duì)于客戶的問題以最快的時(shí)間給予解決,在主機(jī)選型、設(shè)備采購(gòu)等過程中提供技術(shù)指導(dǎo)與咨詢,在建設(shè)過程中派工程技術(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)    高過熱蒸汽溫度。過熱蒸汽溫度高除可以通過提高過總效率來(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。考慮在換熱過程中,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,但降低過多則造成傳熱溫差小使得換熱面積布置過多,使鍋爐造價(jià)提高,同時(shí)吸收過多的低品質(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。可以根據(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。
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*
中聯(lián)淮海
5000t/d
單壓系統(tǒng),9000kW
33.4 kWh/t.Cl
重慶金江
2500t/d
單壓系統(tǒng),4000kW
32 kWh/t.Cl
江蘇金墅
2500t/d
單壓系統(tǒng),4000kw
31.52 kWh/t.Cl
廣東珠江
5000t/d
雙壓系統(tǒng),7500kw
33.49 kWh/t.Cl
鐵嶺鐵新
2×2500t/d
單壓系統(tǒng),8000kw
32.47 kWh/t.Cl
浙江天馬
2500t/d
單壓系統(tǒng),4000kw
32.38 kWh/t.Cl
佳木斯鴻基
1300t/d+2500t/d
單壓系統(tǒng),7500KW
38 kWh/t.Cl
內(nèi)蒙古烏蘭
2×2500t/d
單壓系統(tǒng),8000KW
32 kWh/t.Cl
浙江華業(yè)韶洋
1500t/d
單壓系統(tǒng),2000KW
30.4 kWh/t.Cl
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:
設(shè) 計(jì) 參 數(shù)
熟料產(chǎn)量5500 t/d
 
AQC參數(shù)
SP參數(shù)
煙(風(fēng))流量(Nm3/h)
200000
322000
煙(風(fēng))入爐溫度(℃)
380
320
煙(風(fēng))出爐溫度(℃)
122
206
過熱蒸汽溫度(℃)
355
295
過熱蒸汽流量(t/h)
19.5
 23.0
過熱蒸汽壓力(MPa)
1.18
1.18
汽機(jī)進(jìn)汽流量(t/h)
42.5
汽機(jī)進(jìn)汽溫度(℃)
315
汽機(jī)進(jìn)汽壓力(MPa)
1.05
汽輪發(fā)電機(jī)汽耗(kg/kWh)
≤5.5
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,我們首先謀求過熱蒸汽產(chǎn)量最大化,窯頭和窯尾余熱鍋爐共計(jì)產(chǎn)過熱蒸汽42.5t/h,其中選取窯頭余熱鍋爐過熱蒸汽壓力為1.18MPa,溫度為355℃,選取窯尾余熱鍋爐過熱蒸汽壓力為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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