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1、南京凯盛开能公司水泥余热发电总包工程经验浅谈 作者：宋纪元 单位:南京凯盛开能环保能源有限公司 2007-4-10关键字:南京凯盛-余热发电 摘要:南京凯盛开能环保能源有限公司（南京凯盛水泥工程技术公司余热发电设计研究所）是南京凯盛水泥工业设计研究院下属的专门从事水泥窑、玻璃窑及其它行业高中低温烟气余热发电的高新技术企业。公司具有一批从事机电、电力、节能和环保技术的高级技术人才，在节能环保领域积累大量的技术开发和工程设计、项目管理经验，结合南京凯盛的甲级水泥设计资质和中国凯盛的乙级电力设计资质，组成了一支精业敬业的技术团队，以服务和创新为宗旨，在项目进行过程中，对于客户的问题以最快的时间给予解
2、决，在主机选型、设备采购等过程中提供技术指导与咨询，在建设过程中派工程技术人员现场服务，为客户把关。同时，南京凯盛还为客户提供人员培训、编制调试大纲、提供调试服务、生产运行指导等附加服务，使客户相关人员能尽快投入岗位，为客户赢得最大的效益。在项目总承包的过程中，为客户采用国内最好的技术与装备，提供专业的技术和管理团队，先进的服务理念，创建优质的工程。 一、南京凯盛开能环保能源有限公司余热发电指导思想(1) 在不影响水泥生产的前提下最大限度地利用余热；(2) 在技术方案上统一考虑回收利用水泥生产线窑头熟料冷却机及窑尾预热器的废气余热；冷却机采用中部抽风，合理设计中部抽风口，有条件的地方设余风再循
3、环。(3) 在生产可靠的前提下，积极推广先进技术。尽可能采用先进的工艺（热力系统）技术方案，降低投资与运行成本，扩大客户的经济效益；(4)采用成熟、可靠的工艺和装备，坚决克服同类型、同规模项目中暴露出的问题坚持推成出新、创新发展；(5) 余热电站主、辅机的过程控制采用自动化程度高的集散型计算机控制系统；二、南京凯盛开能环保能源有限公司热力系统优化设计原则（1） 过热蒸汽产量最大化。对于中低温余热利用，关键在工艺和设备的允许范围内充分利用余热，并使设备的效率最高，使余热发电量最大化。对于低参数汽轮发电机组而言，影响其发电量的是三个主要参数：过热蒸汽的流量、压力和温度，其中流量对发电量起决定性影响
4、，压力和温度对热能转化为电能的总效率有影响，但其对发电量的影响远小于流量对发电量的影响。（2） 高过热蒸汽温度。过热蒸汽温度高除可以通过提高过总效率来提高发电量外，还可以提高汽轮机运行的安全性。受传热效率和锅炉制造成本的影响，必须保持过热蒸汽同烟气之间有适当的温差。（3） 合适的汽包工作压力。考虑在换热过程中，蒸发受热面内汽水混合物的温度不变，而烟气同汽水混合物之间传热温差窄点一般在 2030，汽水混合物的温度直接受压力的影响，所以选择合理的压力水平可以提高蒸汽产量并合理布置受热面。根据具体的余热资源条件来确定单压或双压（甚至多压）系统。（4） 充分降低废气温度。受窑尾废气要用于烘干生料的工艺
5、限制，一般窑尾废气温度只能降至 210250 左右；窑头余风可以充分降低，但降低过多则造成传热温差小使得换热面积布置过多，使锅炉造价提高，同时吸收过多的低品质热量也无法有效提高发电量，所以窑头余风的降低以满足为窑头和窑尾余热锅炉提供足量的汽包给水即可。根据热量分配和能量平衡计算，窑头余风降至 90100左右即可满足要求。可以根据客户要求，进一步利用窑头余热资源来供热或制冷。三、南京凯盛开能环保能源有限公司的技术优势1、 有专业的设计和咨询资质，可进行项目建议书及可行性研究报告的编制；可承担各种规模的水泥生产线的热工标定； 2、 有国家强制要求的从事电力工程设计所必备的电力工程乙级设计资质；有压
6、力容器和压力管道设计资质的技术人员；有来自水泥和电力行业的设计、工程管理、运行的专业队伍；3、有丰富的工程设计经验和完善的技术服务体系；：3.1 可快速完成余热利用系统的优化设计方案；可提出完整的余热锅炉、汽轮发电机的订货技术规格书，并配合锅炉厂进行锅炉的方案设计；3.2 可配合当地电力部门完成接入系统的方案设计；3.3 可快速、准确的完成指导工程设计和建设的基本设计，并编制有参考价值的工程概算；3.4 可快速、精确的完成施工图设计工作，并提供现场技术服务工作；3.5 可根据建设方的要求，提供设备成套供货的服务，既有利于加快工程设计进度，同时有利于降低设备的采购费用；3.7 可提供拟建电站的运
7、行、管理及技术人员的培训服务。3.8 可提供经验丰富的电站工程建设和管理技术人员配合安装单位的安装工作；可提供经验丰富的专家团队进行调试和试运行的技术指导工作；四、如何理解“吨熟料发电量”我们已经设计的水泥生产线余热发电关键数据一览表，这些水泥线全部为带五级预热器的新型干法窑。企业名称 生 产 线 规 模 系统配置及装机容量 计算吨熟料发电*中联淮海 5000t/d 单压系统，9000kW 33.4 kWh/t.Cl重庆金江 2500t/d 单压系统，4000kW 32 kWh/t.Cl江苏金墅 2500t/d 单压系统，4000kw 31.52 kWh/t.Cl广东珠江 5000t/d 双压
8、系统，7500kw 33.49 kWh/t.Cl铁岭铁新 22500t/d 单压系统，8000kw 32.47 kWh/t.Cl浙江天马 2500t/d 单压系统，4000kw 32.38 kWh/t.Cl佳木斯鸿基 1300t/d2500t/d 单压系统，7500KW 38 kWh/t.Cl内蒙古乌兰 22500t/d 单压系统，8000KW 32 kWh/t.Cl浙江华业韶洋 1500t/d 单压系统，2000KW 30.4 kWh/t.Cl中联南阳 3000 t/d 单压系统，4500KW 36 kWh/t.Cl*计算吨熟料发电指计算平均发电功率除以实际小时平均产量 从上述数据统计表发现
9、，这些水泥线的计算吨熟料发电量大部分在 3034 kWh/t.Cl 之间，另有三条线如佳木斯鸿基和中联南阳的计算吨熟料发电量达 3638 kWh/t.Cl。上述所有的水泥线余热发电的热量来源都是来自窑尾和窑头，窑尾要考虑从余热锅炉出来的烟气满足生料烘干的需要。窑头采用中部抽风，冷却机冷却效果好的生产线考虑采用余风再循环。佳木斯鸿基和中联南阳的计算吨熟料发电量高的原因是这三条线的窑尾一级筒出口烟气温度和窑头冷却机的中部抽风温度明显高于其他生产线。由于不同的水泥生产线的热耗不同，原料和燃料也各不相同同，运行水平不同，这些因素直接影响了窑尾排烟温度和窑头余风温度不同。所使用的装备如生料磨不同，要求烘
10、干生料的温度不同，一般来讲，立磨要求较低的烘干温度，中卸磨要求较高的烘干温度，当然，气候、环境、原料含水量等因素也影响了烘干生料的温度。上述诸多因素多最终的余热发电量都产生影响，窑尾排烟温度和窑头余风温度越高，余热发电量越多；要求烘干生料的温度越高，余热发电量越少。又有些生产线冷却机热效率很低，余风温度相当于其他正常冷却机从中部抽风的温度，高达 350，其风量就大得多，该余风发电量也就大得多。因为是余热利用，不同条件的生产线“吨熟料发电量”是有差异的。因此我们认为，“吨熟料发电量”并不能准确反映余热发电设计水平和装备水平的高低；相对“ 吨熟料发电量”而言，“吨熟料发电量/吨熟料煤耗量”能更准确
11、地反映余热发电设计水平和装备水平的高低，但是，由于“吨熟料煤耗量”的准确计量比较困难，用“吨熟料发电量/吨熟料煤耗量”来反映余热发电设计水平和装备水平的高低，在实际操作时有一定困难。五、中联淮海水泥有限公司 5000t/d 生产线余热发电总承包工程案例中联巨龙淮海水泥有限公司始建于 1978 年，现有新老两条水泥生产线，老线日产水泥熟料 3700 吨， 新线系国产 5000t/d 新型干法水泥熟料生产线。其配套余热发电工程分两期建设。我公司此次总承包项目为一期 5000t/d 新型干法水泥熟料生产线配套纯低温余热发电项目。为最大限度地节省建设投资，设计中统一规划了二期工程的建设，主厂房、化水系
12、统一次建成，各专业预留了二期工程的接口以及扩展的空间。生产设备原则上采用国产设备，整个余热电站设计遵循“技术先进、生产可靠、节约投资” 的原则。工程有以下几个设计特点：1、余热利用充分经热工标定和系统优化，设计参数如下表所示：设 计 参 数 熟料产量 5500 t/d AQC 参数 SP 参数烟(风)流量(Nm 3/h) 200000 322000烟(风)入炉温度() 380 320烟(风)出炉温度() 122 206过热蒸汽温度() 355 295过热蒸汽流量(t/h) 19.5 23.0过热蒸汽压力(MPa) 1.18 1.18汽机进汽流量(t/h) 42.5汽机进汽温度() 315汽机进
13、汽压力(MPa) 1.05汽轮发电机汽耗(kg/kWh) 5.5发电机输出功率(kW) 7730在热力系统的确定上，尽管双压系统和闪蒸系统在热利用效率上较单压系统提高大约35，但单压系统由于其系统简单，设备运行可靠，投资省而得到广泛采用，其国内使用业绩表明，技术成熟可靠。在技术论证阶段，本项目采用双压或闪蒸系统所产低压蒸汽（23bar）产量不足主蒸汽的 10%，受到目前国产汽轮机产品设计的限制，其最终发电效果并不明显高于单压系统。因此本项目热力系统在与业主充分协商的情况下，我们最终采用单压系统。对于低参数汽轮发电机组而言，影响其发电量的是三个主要参数：过热蒸汽流量、压力和温度，其中流量对发电量
14、起决定性影响。在热力系统的优化设计上，我们首先谋求过热蒸汽产量最大化，窑头和窑尾余热锅炉共计产过热蒸汽 42.5t/h，其中选取窑头余热锅炉过热蒸汽压力为 1.18MPa，温度为 355，选取窑尾余热锅炉过热蒸汽压力为 1.18MPa，温度为 295，采用特殊设计具有混汽均汽功能的分汽缸，使窑头窑尾过热蒸汽在分汽缸混合，汽机进汽压力 1.05MPa，温度 315。窑头窑尾余热得以充分利用。2、余热锅炉窑头窑尾余热锅炉均采用立式布置，自然循环。窑头余热锅炉由二级省煤器、蒸发器和过热器组成，自然通风清灰。窑尾余热锅炉由省煤器、五级蒸发器和过热器组成，振打清灰。窑头余热锅炉低温省煤器同时为窑头余热锅
15、炉和窑尾余热锅炉提供热水。为提高窑头的高温热源，避免为提高热效率而产生大量低温热水，窑头余热锅炉我们采用了中部抽风带余风再循环方式，将锅炉进风温度提高至 380。此外，因熟料冷却机的废气中含有对锅炉换热面磨蚀性较强的熟料微粒，为保证窑头余热锅炉的使用寿命，提高余热利用率，在进窑头余热锅炉之前的管路上设置了预收尘装置。3、低参数汽轮机汽轮机选用汽耗低的高效率低品位热能利用汽轮机，通过专门数值模型的三维计算来指导低参数汽轮机通流部分和末级叶片的设计。主要是用合理的通流系统和特殊末级叶片来提高末级蒸气的含湿量，以此来提高汽轮机内效率，降低汽耗。本项目的一个主要目标是将设计工况下的汽轮机汽耗降低到 5
16、.5kg/kWh 左右，同时汽轮机辅助系统中采取措施确保较低的排汽压力，如增大凝汽器换热面积、增加凝汽器胶球清洗装置、对循环水进行处理等，来保证汽轮机汽耗低、热效率高的性能。汽轮机为纯凝式，采用带机力通风冷却塔的循环供水系统，无回热抽汽，整个系统配置一台真空除氧器。4、水工系统原水采用地下水，水质的碱度和硬度都高，循环水系统加酸加药进行处理，提高极限碳酸盐浓度，提高浓缩倍率，循环水系统设置旁滤装置，减少排污损失。锅炉补给水采用反渗透+混床工艺，便于加强锅炉水质管理，减少再生次数，节约运行成本。锅炉给水为一级除盐水，可以减少锅炉排污量来增加发电量。5、电气及自动化余热发电采用并网但不上网原则，热工控制部分采用分散控制系统，继电保护装置采用微机型。一期工程 5000t/d 水泥熟料干法生产线配套纯低温余热发电系统，年运行时间 7000h，计算吨熟料发电量 33.7 kWh，年发电量 5411104kWh，年供电量 4924104kWh，按大型火电厂
