大型干法水泥生產(chǎn)線純低溫余熱發(fā)電技術(shù)

1、大型干法水泥生產(chǎn)線純低溫余熱發(fā)電技術(shù) 中信重型機(jī)械公司 彭 巖 一、概 述 綜合利用大型干法水泥生產(chǎn)線大量的中低溫廢氣進(jìn)行純低溫余熱發(fā)電是貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)的具體實(shí)踐；是水泥工業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)、資源綜合利用和可持續(xù)發(fā)展的必由之路；推廣純低溫余熱發(fā)電技術(shù)適應(yīng)水泥行業(yè)發(fā)展的需求，符合國家產(chǎn)業(yè)政策和發(fā)展趨勢(shì)，具有廣闊的發(fā)展空間。 作為中國大型干法水泥裝備制造基地，充分利用公司在水泥設(shè)備、發(fā)電設(shè)備制造方面的優(yōu)勢(shì)，努力開拓大型干法水泥生產(chǎn)線純低溫余熱發(fā)電市場(chǎng)，將引領(lǐng)水泥企業(yè)技術(shù)進(jìn)步,在全國有巨大的推廣和示范作用,并對(duì)我國水泥行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整具有巨大的促進(jìn)作用。 純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的開發(fā)

2、，必將推動(dòng)我國中小發(fā)電設(shè)備市場(chǎng)開發(fā)，加快純低溫余熱發(fā)電裝備國產(chǎn)化,實(shí)現(xiàn)主機(jī)帶動(dòng)戰(zhàn)略，推動(dòng)成套，純低溫余熱發(fā)電技術(shù)研發(fā)將成為最具市場(chǎng)潛力的研發(fā)項(xiàng)目。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、資源的減少、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的進(jìn)一步加劇以及低溫余熱發(fā)電技術(shù)的日益成熟，高效、節(jié)能、環(huán)保的純低溫余熱發(fā)電技術(shù)項(xiàng)目，將越來越受到人們的高度重視。 二、純低溫余熱發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀 在水泥、鋼鐵、建材、化工、陶瓷等行業(yè)有大量的每天24小時(shí)向外排放的低于400°C的中低溫?zé)煔?、廢蒸汽、廢熱水等余熱資源。它們攜帶的能量屬于中、低溫余熱。如果不加以利用，則大量的余熱資源就要白白的浪費(fèi)掉。目前的利用方式：一種是直接利用其熱能供生產(chǎn)或生活需要，受種

3、種條件限制,其利用率非常低；另一種是利用生產(chǎn)線余熱資源將其轉(zhuǎn)換成使用方便輸送靈活的電能，可供選擇的水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)大約有以下幾種： 1）帶補(bǔ)燃鍋爐的余熱發(fā)電技術(shù)。由于使用了補(bǔ)燃鍋爐，整個(gè)系統(tǒng)比一個(gè)小型的火力發(fā)電廠還要復(fù)雜，運(yùn)行起來還要麻煩,小型的火力發(fā)電廠效率低，污染大，浪費(fèi)資源。國家已經(jīng)明令不得再建小型的火力發(fā)電廠。因此，為了利用低品位的余熱不得不附加上一個(gè)小型的火力發(fā)電廠是不合理的。 2）不帶補(bǔ)燃鍋爐的純低溫余熱發(fā)電技術(shù)。由于沒有補(bǔ)燃鍋爐，不對(duì)環(huán)境產(chǎn)生附加污染,蒸汽參數(shù)較低，其運(yùn)行操作簡(jiǎn)單方便，運(yùn)行的可靠性和安全性高。但所用的汽輪機(jī)必須專門設(shè)計(jì)和制造。設(shè)計(jì)時(shí)要全面權(quán)衡系統(tǒng)各部分的得失，采

4、用最合理的熱力系統(tǒng)和最先進(jìn)的熱能工程技術(shù)，盡可能地降低投資、提高效率和發(fā)電量,對(duì)用戶最有利,運(yùn)行成本最低，日常的運(yùn)行管理最簡(jiǎn)單。因此，對(duì)用戶來說，這是負(fù)擔(dān)最輕，收益最高的電站。 3）使用低沸點(diǎn)工質(zhì)的工業(yè)余熱發(fā)電技術(shù)。這是一個(gè)很熱門的低品位熱能發(fā)電技術(shù)。這種技術(shù)使用低沸點(diǎn)工質(zhì)代替水來發(fā)電?？墒褂玫墓べ|(zhì)有丁烷、異丁烷、氨、氟里昂等。在較低的溫度下，低沸點(diǎn)工質(zhì)仍然有較高的飽和壓力，因而其比容較小。這樣，蒸汽管道和汽輪機(jī)的尺寸就可以大為縮小，從而可以降低投資。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)對(duì)于大功率（比如說3萬千瓦及以上）的機(jī)組來說是特別突出的。此時(shí)使用水作工質(zhì)的機(jī)組的尺寸將過大而無法制造和運(yùn)輸。但是，使用低沸點(diǎn)工質(zhì)的缺點(diǎn)

5、也是顯而易見的。首先，低沸點(diǎn)工質(zhì)多數(shù)是易燃易爆或是有毒的物質(zhì)，危險(xiǎn)性大，安全問題突出。這些工質(zhì)的泄漏對(duì)環(huán)境將造成污染。其次，長(zhǎng)期運(yùn)行后這些低沸點(diǎn)工質(zhì)多數(shù)會(huì)劣化，其再生和提純十分麻煩。因此，非不得已，一般 不應(yīng)考慮采用這種發(fā)電方式。 4）全流循環(huán)低溫余熱發(fā)電技術(shù)。嚴(yán)格的說，這種技術(shù)僅適用于熱水型的余熱，熱水直接進(jìn)入全流膨脹機(jī)膨脹作功。這比先把熱水減壓閃蒸出低壓蒸汽，蒸汽再進(jìn)入汽輪機(jī)作功的方式來，在理論上可以多發(fā)電30%左右。但目前這項(xiàng)技術(shù)還處于早期研究階段，還存在一些難以逾越的技術(shù)困難。實(shí)用化前景比較渺茫。因此，目前暫不考慮這種發(fā)電方式。 目前國內(nèi)純低溫余熱發(fā)電技術(shù)主要有:單壓技術(shù)、雙壓技術(shù)、閃

6、蒸技術(shù) 三、中信重型機(jī)械公司的純低溫余熱發(fā)電技術(shù) 中信重型機(jī)械公司擁有一批優(yōu)秀的經(jīng)營管理人才和技術(shù)人才，具有從事余熱回收利用工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、安裝調(diào)試、總承包能力。公司是國內(nèi)最大的干法水泥窯成套設(shè)備制造廠,擁有一批優(yōu)秀的水泥行業(yè)技術(shù)人才,精通水泥生產(chǎn),同時(shí)與水泥廠有著良好的客戶關(guān)系。公司下屬洛陽發(fā)電設(shè)備廠是國內(nèi)最早生產(chǎn)低溫余熱汽輪機(jī)的中小型汽輪機(jī)的廠家，主要從事中小型汽輪機(jī)的研制和生產(chǎn)。從“八五”開始，公司礦研院前身洛陽礦山機(jī)械研究所就承擔(dān)了國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目<<水泥廠中低溫余熱發(fā)電工藝及裝備的研究開發(fā)>>。并與西安交通大學(xué)合作，進(jìn)行科技攻關(guān)，不斷完善優(yōu)化汽輪機(jī)設(shè)計(jì)

7、制造工作，逐步形成了滿足不同行業(yè)需求的不同參數(shù)的小型氣輪機(jī)系列產(chǎn)品。近年來為適應(yīng)市場(chǎng)需求，開發(fā)研制出多種適合中空窯余熱利用、補(bǔ)燃電站、垃圾焚燒發(fā)電、地下煤氣發(fā)電、煉焦煤汽發(fā)電等行業(yè)使用的中小型最低參數(shù)可達(dá)1.27Mpa、240，補(bǔ)汽、凝汽、抽汽、背壓等各種類型汽輪機(jī)，滿足市場(chǎng)需要。公司礦研院是國家甲級(jí)資質(zhì)設(shè)計(jì)院,熱力、電氣、熱控、給排水、土建等專業(yè)齊全,有余熱電站設(shè)計(jì)業(yè)績(jī)。這將是興建余熱發(fā)電項(xiàng)目的工程設(shè)計(jì)和建設(shè)的堅(jiān)實(shí)條件和基礎(chǔ)。中信重型機(jī)械公司具有純低溫余熱發(fā)電工程總承包能力,隨著資源的逐步減少和人們節(jié)能環(huán)保意識(shí)的提高，以及國家對(duì)高耗能小火電的限制，人們開始利用余熱資源，特別是低品位的低溫余熱

8、資源也開始被重視。 中信重型機(jī)械公司作為大型干法水泥成套設(shè)備生產(chǎn)的龍頭企業(yè)，密切關(guān)注著新型干法水泥生產(chǎn)線廢氣余熱情況，公司技術(shù)中心致力于開發(fā)純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，通過對(duì)國內(nèi)引進(jìn)設(shè)備的深入研究，結(jié)合已經(jīng)掌握的余熱發(fā)電的核心技術(shù)和設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)，研制出了適合純低溫余熱發(fā)電項(xiàng)目的補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)，開發(fā)出了針對(duì)大型水泥干法生產(chǎn)線的純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，其設(shè)備全部國產(chǎn)化，單位熟料發(fā)電量達(dá)到國際先進(jìn)水平，廢氣溫度降到經(jīng)濟(jì)合理范圍內(nèi)，系統(tǒng)最優(yōu)化, 熱效率較高，工程造價(jià)低，系統(tǒng)運(yùn)行可靠, 具有較強(qiáng)的行業(yè)示范作用。該技術(shù)通過國內(nèi)行業(yè)專家論證，屬國內(nèi)首創(chuàng)，技術(shù)可靠，適合中國國情。該技術(shù)已經(jīng)申報(bào)國家專利。 由于該技術(shù)全部

9、采用國產(chǎn)設(shè)備，在價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)非常明顯，只相當(dāng)于進(jìn)口設(shè)備造價(jià)的50，市場(chǎng)前景非常廣闊。公司已經(jīng)和浙江三獅集團(tuán)、吉林遼源金剛、三亞華盛天涯簽訂了工程總承包合同，內(nèi)蒙烏蘭、江蘇金峰、浙江紅獅、浙江水泥、鶴壁同力等水泥生產(chǎn)企業(yè)，也已經(jīng)和公司達(dá)成了合作意向。公司技術(shù)中心始終關(guān)注著余熱發(fā)電的最新技術(shù)動(dòng)態(tài)，追蹤著該技術(shù)的發(fā)展方向，并將通過不斷的工程實(shí)踐，努力完善純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，提高該技術(shù)的適用性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，使得該技術(shù)在中低溫余熱發(fā)電方面得到大面積的推廣和應(yīng)用。 1、工藝流程(略) 2、技術(shù)特點(diǎn)： 在“單壓汽水發(fā)生系統(tǒng)”的余熱鍋爐中，我們僅能把T5控制在160-200左右。為了進(jìn)一步降低溫度T5 ，

10、力求充分利用余熱，在設(shè)計(jì)余熱鍋爐時(shí)，則可以采用“雙壓汽水發(fā)生系統(tǒng)”，或“三壓汽水發(fā)生系統(tǒng)”。那時(shí)，在余熱鍋爐中將產(chǎn)生兩種或三種壓力水平的過熱蒸汽供蒸汽透平機(jī)使用。在這種情況下，汽輪機(jī)的排氣溫度和余熱鍋爐中給水和蒸汽的溫度與換熱量Q之間的變化關(guān)系，如下圖所示。這種措施有可能把余熱鍋爐的排氣T5 降低到110-120的水平面。不會(huì)發(fā)生低溫硫腐蝕時(shí)，溫度T5 則可以降低到80-85左右。 圖：在“單壓汽水發(fā)生系統(tǒng)”的余熱鍋爐中， 換熱量Q與廢熱和汽水溫度T的關(guān)系 圖：在“雙壓汽水發(fā)生系統(tǒng)”的余熱鍋爐中，Q=f（T）的變化關(guān)系 3.設(shè)備配套 根據(jù)目前國內(nèi)資源綜合利用技術(shù)及裝備現(xiàn)狀，結(jié)合水泥窯生產(chǎn)線余熱

11、資源情況，采用雙壓鍋爐+補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)余熱發(fā)電技術(shù)。采用雙壓鍋爐，可以降低鍋爐排氣溫度，從而提高鍋爐效率，如果低壓蒸汽參數(shù)提高，則可以提高汽輪機(jī)功率，但鍋爐排煙溫度則相應(yīng)提高，余熱利用率降低；如果低壓蒸汽參數(shù)低，則吸收熱量多，蒸汽量大，進(jìn)入汽輪機(jī)后，發(fā)電量增加，余熱利用率增加，鍋爐排煙溫度相應(yīng)降低；但進(jìn)入汽輪機(jī)后，對(duì)汽輪機(jī)的體積和末級(jí)葉片的要求會(huì)進(jìn)一步提高，另外凝汽器的循環(huán)水量就要增大，從而增加廠用電量。因此需根據(jù)設(shè)備配置，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)，從而選擇最佳參數(shù)。 采用補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)。根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，合理確定雙壓余熱鍋爐蒸汽參數(shù)、汽輪機(jī)主蒸汽及補(bǔ)汽參數(shù)，從而合理設(shè)計(jì)汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)及補(bǔ)

12、汽點(diǎn)；其調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用電液調(diào)節(jié)，自動(dòng)化程度高；由于在汽輪機(jī)上采用了補(bǔ)汽式結(jié)構(gòu)，從而提高汽輪機(jī)的發(fā)電量。優(yōu)化系統(tǒng)配置，提高了系統(tǒng)的效率，整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電效率在22左右；不設(shè)置補(bǔ)燃鍋爐且利用廢煙氣發(fā)電，降低了熱污染和水泥生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)成本，以5000T/D干法水泥生產(chǎn)線配套建設(shè)純低溫余熱發(fā)電項(xiàng)目文本框: 文本框: 為例，相當(dāng)于每年少燒1.5萬多噸標(biāo)準(zhǔn)煤，少向大氣中排放4萬多噸二氧化碳等 氣體，利于環(huán)境保護(hù)，同時(shí)提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力；設(shè)置煙氣、汽輪機(jī)旁路系統(tǒng),即使在鍋爐或汽輪機(jī)發(fā)生故障時(shí)，也可做到基本上不干擾原來的水泥工藝生產(chǎn)線的穩(wěn)定生產(chǎn)。 余熱發(fā)電系統(tǒng)全部采用國產(chǎn)設(shè)備，設(shè)備投資低，具有很好的推廣價(jià)值，隨

13、著我國實(shí)施產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整戰(zhàn)略，在陸續(xù)淘汰眾多的小水泥廠而新建干法水泥生產(chǎn)線的過程中，水泥余熱發(fā)電設(shè)備具有很好的前景。 4純低溫余熱發(fā)電方案 4.1主要設(shè)計(jì)原則: 1).采用成熟穩(wěn)定、實(shí)用可靠的工藝流程和設(shè)備，技術(shù)裝備水平達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。2).設(shè)備原則上采用國產(chǎn)設(shè)備，降低發(fā)電成本和基建投入。3). 本著節(jié)約投資，確保系統(tǒng)簡(jiǎn)潔可靠、方便檢修維護(hù)的原則，合理配置熱力發(fā)電機(jī)組設(shè)備、系統(tǒng)。4).貫徹執(zhí)行國家能源、環(huán)保等方面的法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，因地制宜、講求實(shí)效。5).充分利用原廠現(xiàn)有設(shè)施，力求簡(jiǎn)化系統(tǒng)與布置,降低工程造價(jià)。 4.2主要設(shè)備方案： 補(bǔ)汽冷凝式汽輪機(jī)及發(fā)電機(jī) 其進(jìn)汽壓力，新蒸汽溫度等參數(shù)都需

14、根據(jù)具體系統(tǒng)參數(shù)而定，目的是避免汽輪機(jī)葉片的水蝕及提高汽輪機(jī)的效率。選用中信重型機(jī)械公司洛陽發(fā)電設(shè)備廠開發(fā)研究制造的補(bǔ)汽式低溫余熱汽輪機(jī),性能可靠。余熱鍋爐選用杭州鍋爐集團(tuán)有限公司的產(chǎn)品，杭鍋是專業(yè)生產(chǎn)余熱鍋爐的著名公司，其產(chǎn)品享譽(yù)全國各地。 4.3投資估算 以5000T/D為例，總投資5800萬元（其工程5100萬元）,設(shè)備費(fèi)約3500萬，占總投資60%，土建約700萬，占12%，安裝（含材料費(fèi)）約900萬，占16%，其他（材料價(jià)差、生產(chǎn)準(zhǔn)備費(fèi)、不可預(yù)見費(fèi)、設(shè)計(jì)費(fèi)、監(jiān)理費(fèi)等）700萬，占12% 4.4實(shí)施計(jì)劃： 業(yè)主提供原始參數(shù)項(xiàng)目建議書-可行性研究報(bào)告總承包合同簽訂初步設(shè)計(jì)方案工程施工圖設(shè)

15、計(jì)招標(biāo)采購、施工系統(tǒng)調(diào)試、達(dá)標(biāo)驗(yàn)收工程建設(shè)期大約需13個(gè)月。 四、環(huán)境影響評(píng)價(jià) 用煤發(fā)電，每發(fā)一度電就要向環(huán)境排放出1公斤多的二氧化碳等溫室氣體, 5000t/d水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)降低了熱污染，相當(dāng)于每年少燒1.5萬多噸煤,每年少向大氣排放二氧化碳4萬多噸。同時(shí)降低了進(jìn)除塵器的廢氣溫度，使除塵效果更好，降低和減少余熱直接排向空中所引起的對(duì)環(huán)境的污染,可以更利于環(huán)境保護(hù)。 五、項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)分析和控制 1.風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別： 按工程項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)分析法，該項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)因素應(yīng)包括：政策風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)營管理風(fēng)險(xiǎn)、財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)、生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)、其他風(fēng)險(xiǎn) 2.風(fēng)險(xiǎn)分析和控制： 政策風(fēng)險(xiǎn)：余熱發(fā)電是符合國家關(guān)于節(jié)約資

16、源、保護(hù)環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展的方針政策的。國家并且規(guī)定，對(duì)于容量大于1000千瓦的余熱電站，應(yīng)該無條件上網(wǎng)并給予優(yōu)惠上網(wǎng)電價(jià)。 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)：由于低溫余熱發(fā)電采用的是中、低參數(shù)的小型冷凝式發(fā)電電站，這種類型的電站技術(shù)對(duì)我們來說是完全成熟的，不存在任何特殊的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。唯一可能的風(fēng)險(xiǎn)來之于水泥窯的煙氣含塵量高，余熱鍋爐產(chǎn)生磨損和積灰故障的可能性增大。因此，在余熱鍋爐的設(shè)計(jì)和選型時(shí)，對(duì)這兩個(gè)問題必須給予足夠的重視。我們擬采取的技術(shù)措施包括：合理選擇煙氣流速、迎風(fēng)的換熱面采用防磨結(jié)構(gòu)、采用垂直布置的光潔換面、加裝振打除灰和聲波等裝置。 經(jīng)營管理風(fēng)險(xiǎn)： 余熱電站本身沒有經(jīng)營管理的風(fēng)險(xiǎn)。不存在沒有原料或是產(chǎn)品賣不

17、出去等問題。但是，余熱電站是依附于企業(yè)工廠的。其經(jīng)營管理的風(fēng)險(xiǎn)來之于企業(yè)的生產(chǎn)狀況。窯外分解干法水泥廠是當(dāng)前最現(xiàn)代的水泥廠，其產(chǎn)品質(zhì)量高，成本低。其他水泥廠根本不是其對(duì)手。未來五至十年是這種現(xiàn)代化水泥廠逐步取代老式水泥廠的時(shí)期，只要其經(jīng)營管理不出現(xiàn)重大失誤，是沒有什么風(fēng)險(xiǎn)的。 財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)：本項(xiàng)目投資的數(shù)額不大，建設(shè)周期壹年多，從第二年開始就有回報(bào)，分五年償還投資方的全部本息。其風(fēng)險(xiǎn)在于償還期間如果水電費(fèi)價(jià)格有較大的下降，就可能出現(xiàn)還不了貸的情況?？紤]到今后電費(fèi)會(huì)趨漲，因而其風(fēng)險(xiǎn)比較小。 生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)：本項(xiàng)目不存在明顯的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)?？赡艿娘L(fēng)險(xiǎn)來之于設(shè)備的偶然的故障。我國目前中、低參數(shù)的發(fā)電設(shè)備的制造水平已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，其可靠性非常高。因此，本項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)十分低。 其他風(fēng)險(xiǎn)：除了戰(zhàn)爭(zhēng)和天災(zāi)等不可抗力以外，本項(xiàng)目不存在其他風(fēng)險(xiǎn)。 六、結(jié)論與建議 1、