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1、大型干法水泥生产线纯低温余热发电技术 中信重型机械公司 彭 岩 一、概 述 综合利用大型干法水泥生产线大量的中低温废气进行纯低温余热发电是贯彻落实科学发展观，推行循环经济的具体实践；是水泥工业实现节能降耗、清洁生产、资源综合利用和可持续发展的必由之路；推广纯低温余热发电技术适应水泥行业发展的需求，符合国家产业政策和发展趋势，具有广阔的发展空间。 作为中国大型干法水泥装备制造基地，充分利用公司在水泥设备、发电设备制造方面的优势，努力开拓大型干法水泥生产线纯低温余热发电市场，将引领水泥企业技术进步,在全国有巨大的推广和示范作用,并对我国水泥行业结构调整具有巨大的促进作用。 纯低温余热发电技术的开发
2、，必将推动我国中小发电设备市场开发，加快纯低温余热发电装备国产化,实现主机带动战略，推动成套，纯低温余热发电技术研发将成为最具市场潜力的研发项目。随着经济的高速发展、资源的减少、市场竞争的进一步加剧以及低温余热发电技术的日益成熟，高效、节能、环保的纯低温余热发电技术项目，将越来越受到人们的高度重视。 二、纯低温余热发电技术现状 在水泥、钢铁、建材、化工、陶瓷等行业有大量的每天24小时向外排放的低于400C的中低温烟气、废蒸汽、废热水等余热资源。它们携带的能量属于中、低温余热。如果不加以利用，则大量的余热资源就要白白的浪费掉。目前的利用方式：一种是直接利用其热能供生产或生活需要，受种种条件限制,
3、其利用率非常低；另一种是利用生产线余热资源将其转换成使用方便输送灵活的电能，可供选择的水泥窑余热发电技术大约有以下几种： 1）带补燃锅炉的余热发电技术。由于使用了补燃锅炉，整个系统比一个小型的火力发电厂还要复杂，运行起来还要麻烦,小型的火力发电厂效率低，污染大，浪费资源。国家已经明令不得再建小型的火力发电厂。因此，为了利用低品位的余热不得不附加上一个小型的火力发电厂是不合理的。 2）不带补燃锅炉的纯低温余热发电技术。由于没有补燃锅炉，不对环境产生附加污染,蒸汽参数较低，其运行操作简单方便，运行的可靠性和安全性高。但所用的汽轮机必须专门设计和制造。设计时要全面权衡系统各部分的得失，采用最合理的热
4、力系统和最先进的热能工程技术，尽可能地降低投资、提高效率和发电量,对用户最有利,运行成本最低，日常的运行管理最简单。因此，对用户来说，这是负担最轻，收益最高的电站。 3）使用低沸点工质的工业余热发电技术。这是一个很热门的低品位热能发电技术。这种技术使用低沸点工质代替水来发电。可使用的工质有丁烷、异丁烷、氨、氟里昂等。在较低的温度下，低沸点工质仍然有较高的饱和压力，因而其比容较小。这样，蒸汽管道和汽轮机的尺寸就可以大为缩小，从而可以降低投资。这个优点对于大功率（比如说3万千瓦及以上）的机组来说是特别突出的。此时使用水作工质的机组的尺寸将过大而无法制造和运输。但是，使用低沸点工质的缺点也是显而易见
5、的。首先，低沸点工质多数是易燃易爆或是有毒的物质，危险性大，安全问题突出。这些工质的泄漏对环境将造成污染。其次，长期运行后这些低沸点工质多数会劣化，其再生和提纯十分麻烦。因此，非不得已，一般 不应考虑采用这种发电方式。 4）全流循环低温余热发电技术。严格的说，这种技术仅适用于热水型的余热，热水直接进入全流膨胀机膨胀作功。这比先把热水减压闪蒸出低压蒸汽，蒸汽再进入汽轮机作功的方式来，在理论上可以多发电30%左右。但目前这项技术还处于早期研究阶段，还存在一些难以逾越的技术困难。实用化前景比较渺茫。因此，目前暂不考虑这种发电方式。 目前国内纯低温余热发电技术主要有:单压技术、双压技术、闪蒸技术 三、
6、中信重型机械公司的纯低温余热发电技术 中信重型机械公司拥有一批优秀的经营管理人才和技术人才，具有从事余热回收利用工程设计、设备制造、安装调试、总承包能力。公司是国内最大的干法水泥窑成套设备制造厂,拥有一批优秀的水泥行业技术人才,精通水泥生产,同时与水泥厂有着良好的客户关系。公司下属洛阳发电设备厂是国内最早生产低温余热汽轮机的中小型汽轮机的厂家，主要从事中小型汽轮机的研制和生产。从“八五”开始，公司矿研院前身洛阳矿山机械研究所就承担了国家重点科技攻关项目。并与西安交通大学合作，进行科技攻关，不断完善优化汽轮机设计制造工作，逐步形成了满足不同行业需求的不同参数的小型气轮机系列产品。近年来为适应市场
7、需求，开发研制出多种适合中空窑余热利用、补燃电站、垃圾焚烧发电、地下煤气发电、炼焦煤汽发电等行业使用的中小型最低参数可达1.27Mpa、240，补汽、凝汽、抽汽、背压等各种类型汽轮机，满足市场需要。公司矿研院是国家甲级资质设计院,热力、电气、热控、给排水、土建等专业齐全,有余热电站设计业绩。这将是兴建余热发电项目的工程设计和建设的坚实条件和基础。中信重型机械公司具有纯低温余热发电工程总承包能力,随着资源的逐步减少和人们节能环保意识的提高，以及国家对高耗能小火电的限制，人们开始利用余热资源，特别是低品位的低温余热资源也开始被重视。 中信重型机械公司作为大型干法水泥成套设备生产的龙头企业，密切关注
8、着新型干法水泥生产线废气余热情况，公司技术中心致力于开发纯低温余热发电技术，通过对国内引进设备的深入研究，结合已经掌握的余热发电的核心技术和设备设计技术，研制出了适合纯低温余热发电项目的补汽凝汽式汽轮机，开发出了针对大型水泥干法生产线的纯低温余热发电技术，其设备全部国产化，单位熟料发电量达到国际先进水平，废气温度降到经济合理范围内，系统最优化, 热效率较高，工程造价低，系统运行可靠, 具有较强的行业示范作用。该技术通过国内行业专家论证，属国内首创，技术可靠，适合中国国情。该技术已经申报国家专利。 由于该技术全部采用国产设备，在价格上的优势非常明显，只相当于进口设备造价的50，市场前景非常广阔。
9、公司已经和浙江三狮集团、吉林辽源金刚、三亚华盛天涯签订了工程总承包合同，内蒙乌兰、江苏金峰、浙江红狮、浙江水泥、鹤壁同力等水泥生产企业，也已经和公司达成了合作意向。公司技术中心始终关注着余热发电的最新技术动态，追踪着该技术的发展方向，并将通过不断的工程实践，努力完善纯低温余热发电技术，提高该技术的适用性、稳定性和经济性，使得该技术在中低温余热发电方面得到大面积的推广和应用。 1、工艺流程(略) 2、技术特点： 在“单压汽水发生系统”的余热锅炉中，我们仅能把T5控制在160-200左右。为了进一步降低温度T5 ，力求充分利用余热，在设计余热锅炉时，则可以采用“双压汽水发生系统”，或“三压汽水发生
10、系统”。那时，在余热锅炉中将产生两种或三种压力水平的过热蒸汽供蒸汽透平机使用。在这种情况下，汽轮机的排气温度和余热锅炉中给水和蒸汽的温度与换热量Q之间的变化关系，如下图所示。这种措施有可能把余热锅炉的排气T5 降低到110-120的水平面。不会发生低温硫腐蚀时，温度T5 则可以降低到80-85左右。 图：在“单压汽水发生系统”的余热锅炉中， 换热量Q与废热和汽水温度T的关系 图：在“双压汽水发生系统”的余热锅炉中，Q=f（T）的变化关系 3.设备配套 根据目前国内资源综合利用技术及装备现状，结合水泥窑生产线余热资源情况，采用双压锅炉+补汽凝汽式汽轮机余热发电技术。采用双压锅炉，可以降低锅炉排气
11、温度，从而提高锅炉效率，如果低压蒸汽参数提高，则可以提高汽轮机功率，但锅炉排烟温度则相应提高，余热利用率降低；如果低压蒸汽参数低，则吸收热量多，蒸汽量大，进入汽轮机后，发电量增加，余热利用率增加，锅炉排烟温度相应降低；但进入汽轮机后，对汽轮机的体积和末级叶片的要求会进一步提高，另外凝汽器的循环水量就要增大，从而增加厂用电量。因此需根据设备配置，优化系统参数设计，从而选择最佳参数。 采用补汽凝汽式汽轮机。根据系统特点，进行参数优化，合理确定双压余热锅炉蒸汽参数、汽轮机主蒸汽及补汽参数，从而合理设计汽轮机的结构及补汽点；其调节系统采用电液调节，自动化程度高；由于在汽轮机上采用了补汽式结构，从而提高
12、汽轮机的发电量。优化系统配置，提高了系统的效率，整个系统的发电效率在22左右；不设置补燃锅炉且利用废烟气发电，降低了热污染和水泥生产企业的生产成本，以5000T/D干法水泥生产线配套建设纯低温余热发电项目文本框: 文本框: 为例，相当于每年少烧1.5万多吨标准煤，少向大气中排放4万多吨二氧化碳等 气体，利于环境保护，同时提高了企业的竞争力；设置烟气、汽轮机旁路系统,即使在锅炉或汽轮机发生故障时，也可做到基本上不干扰原来的水泥工艺生产线的稳定生产。 余热发电系统全部采用国产设备，设备投资低，具有很好的推广价值，随着我国实施产业结构调整战略，在陆续淘汰众多的小水泥厂而新建干法水泥生产线的过程中，水
13、泥余热发电设备具有很好的前景。 4纯低温余热发电方案 4.1主要设计原则: 1).采用成熟稳定、实用可靠的工艺流程和设备，技术装备水平达到国内先进水平。2).设备原则上采用国产设备，降低发电成本和基建投入。3). 本着节约投资，确保系统简洁可靠、方便检修维护的原则，合理配置热力发电机组设备、系统。4).贯彻执行国家能源、环保等方面的法律、法规和标准，因地制宜、讲求实效。5).充分利用原厂现有设施，力求简化系统与布置,降低工程造价。 4.2主要设备方案： 补汽冷凝式汽轮机及发电机 其进汽压力，新蒸汽温度等参数都需根据具体系统参数而定，目的是避免汽轮机叶片的水蚀及提高汽轮机的效率。选用中信重型机械
14、公司洛阳发电设备厂开发研究制造的补汽式低温余热汽轮机,性能可靠。余热锅炉选用杭州锅炉集团有限公司的产品，杭锅是专业生产余热锅炉的著名公司，其产品享誉全国各地。 4.3投资估算 以5000T/D为例，总投资5800万元（其工程5100万元）,设备费约3500万，占总投资60%，土建约700万，占12%，安装（含材料费）约900万，占16%，其他（材料价差、生产准备费、不可预见费、设计费、监理费等）700万，占12% 4.4实施计划： 业主提供原始参数项目建议书-可行性研究报告总承包合同签订初步设计方案工程施工图设计招标采购、施工系统调试、达标验收工程建设期大约需13个月。 四、环境影响评价 用煤发电，每发一度电就要向环境排放出1公斤多的二氧化碳等温室气体, 5000t/d水泥窑纯低温余热发电技术降低了热污染，相当于每年少烧1.5万多吨煤,每年少向大气排放二氧化碳4万多吨。同时降低了进除尘器的废气温度，使除尘效果更好，降低和减少余热直接排向空中所引起的对环境的污染,可以更利于环境保护。 五、项目风险分析和控制 1.风险因素识别： 按工程项目标准风险分析法，该项目风险因素应包括：政策风险识别、技术风险、经营管理风险、财务风险、生产风险、其他风险 2.风险分析和控制： 政策风险：余热发电是符合国家关于节约资源、保护环境及可持续发展的方针政策的。国家并
