水泥余熱發(fā)電技術及工程實踐

張自毅2009-06-18,TelFax容

1、水泥窯的余熱資源及利用2、余熱發(fā)電系統(tǒng)及工藝技術

3、余熱發(fā)電關鍵技術和裝備

4、工程實踐過程的幾點體會,TelFax泥窯余熱資源及其利用

（一）余熱資源

水泥窯可利用的余熱資源來自窯頭和窯尾兩個部分。一般情況下，其窯頭、窯尾的廢氣參數(shù)如下：

參數(shù)窯尾窯頭(混合)廢氣性質(zhì)煙氣熱空氣廢氣溫度330℃～350℃300℃～400℃廢氣流量1450～1650

Nm3/t.CL650～750

Nm3/t.CL廢氣特點溫度較為穩(wěn)定溫度波動較大最低利用溫度>220℃<100℃最大利用溫差130℃～150℃230℃～350℃,TelFax泥窯余熱資源及其利用

（二）余熱利用

按照水泥窯可利用廢氣的特點，一般情況下，窯頭和窯尾的余熱廢氣的利用方案如下。廢氣類型溫度范圍窯頭廢氣(混合)窯頭廢氣大于380℃二級過熱小于380℃，大于200℃水蒸發(fā)小于200℃水加熱窯尾廢氣大于320℃一級過熱小于320℃，大于220℃水蒸發(fā)小于220℃生料烘干,TelFax泥窯余熱資源及其利用

（二）余熱利用

一般地，設置一臺窯頭余熱鍋爐（AQC），使用窯頭余熱廢氣生產(chǎn)相應的飽和蒸汽和一級過熱蒸汽，并對一級過熱蒸氣進行二級過熱，利用方案如下：,TelFax泥窯余熱資源及其利用

（二）余熱利用

一般地，設置一臺窯尾余熱鍋爐（SP），使用窯尾余熱廢氣生產(chǎn)相應的飽和蒸汽和一級過熱蒸汽，利用方案如下：,TelFax熱發(fā)電系統(tǒng)及工藝技術（一）系統(tǒng)構成

1、余熱鍋爐系統(tǒng)。含：余熱鍋爐（過熱器、蒸發(fā)器、省煤器）及本體汽水管路、煙氣除塵器及煙氣管路等；2、汽輪發(fā)電機。含：汽輪機主機、輔機及其本體管路，發(fā)電機主機及輔機等；

3、供配電系統(tǒng)。含：高壓接入、高壓配電、低壓配電和傳動等

4、自動化系統(tǒng)。含：儀表、調(diào)節(jié)閥（氣、水、汽）、DCS等；

5、循環(huán)水系統(tǒng)。含：循環(huán)冷卻塔、循環(huán)冷卻水管路；

6、化學水系統(tǒng)。含：化學水制（儲）水設備；7、工藝管網(wǎng)。蒸汽管路、循環(huán)水管路、給（排）水管路等；8、建構筑物。包括：主廠房、循環(huán)泵房、配電室、鍋爐支架、管網(wǎng)支架、設備基礎等

9、其它。外部給水、通訊、消防系統(tǒng)、照明等；,TelFax熱發(fā)電系統(tǒng)及工藝技術

（二）熱力循環(huán)從已建成水泥余熱發(fā)電項目的情況來看，目前存在著三種主要的熱力循環(huán)系統(tǒng)方案。

--純低壓、單進汽式熱力循環(huán)系統(tǒng);

--單壓+（復合）閃蒸、雙進汽式熱力循環(huán)系統(tǒng);

--次中壓+低壓、雙進汽式熱力循環(huán)系統(tǒng);工質(zhì)壓力工質(zhì)溫度純低壓單進汽式0.8Mpa～1.6Mpa320℃～360℃單壓+（復合）閃蒸雙進汽式主汽：2.0Mpa～2.5Mpa閃汽：0.1Mpa～0.5Mpa主汽：320℃～360℃閃汽：120℃～158℃次中壓+低壓雙進汽式主汽：2.0Mpa～2.5Mpa輔汽：0.1Mpa～0.5Mpa主汽：320℃～360℃輔汽：120℃～158℃（二）熱力循環(huán)純低壓、單進汽式熱力循環(huán)系統(tǒng)圖,TelFax熱發(fā)電系統(tǒng)及工藝技術,TelFax熱發(fā)電系統(tǒng)及工藝技術（二）熱力循環(huán)低壓+（復合）閃蒸、雙進汽式熱力循環(huán)系統(tǒng)圖,TelFax熱發(fā)電系統(tǒng)及工藝技術（二）熱力循環(huán)次中壓+低壓、雙進汽式熱力循環(huán)系統(tǒng)圖,TelFax熱發(fā)電相關技術和裝備（一）關鍵技術

1、廢氣參數(shù)評估余熱發(fā)電的特點是“以熱定電”，“熱”即實際可利用余熱資源量，即廢氣流量、廢氣溫度，“電”即發(fā)電量、裝機量。余熱廢棄參數(shù)的準確評估十分關鍵。目前，常見的方法是：經(jīng)驗評估和熱工標定。但兩種方法均存在著一定的不足，經(jīng)驗評估法容易脫離實際情況；熱工標定法又存在著抽樣風險。陽光所使用并不斷發(fā)展的方法是：在水泥窯物料和熱量平衡計算基礎上，實施余熱發(fā)電取熱參數(shù)計算，再使用熱工標定參數(shù)進行驗證的綜合評估方法。

目前,此方法正在“清華-陽光”完善、提高和模型化之中。,TelFax熱發(fā)電相關技術和裝備（一）關鍵技術

2、熱力系統(tǒng)優(yōu)化根據(jù)工程設計點上窯頭、窯尾余熱廢氣參數(shù)（溫度、流量）的具體情況，合理選擇熱力循環(huán)系統(tǒng)的形式（單壓、雙壓、閃蒸）、構成、工質(zhì)參數(shù)（蒸汽溫度、蒸汽壓力）等，并校核最大工況和最小工況，合理利用余熱資源，并謀求熱力循環(huán)系統(tǒng)的安全、可靠和穩(wěn)定。

陽光的典型的方案是：選擇主汽壓力：1.0Mpa～1.3Mpa，主汽壓力：320℃～350℃的單壓鍋爐和單壓汽輪機的熱力循環(huán)系統(tǒng)。在SP上布置蒸發(fā)器和一級過熱器，在AQC上布置水加熱器、蒸發(fā)器和二級過熱器。

,TelFax熱發(fā)電系統(tǒng)及工藝技術（三）典型技術方案典型技術方案（低壓單進汽式熱力循環(huán)工藝）,TelFax熱發(fā)電相關技術和裝備（二）陽光新技術

1、熱風循環(huán)技術

一般情況下，即便實施余熱發(fā)電后，通過窯頭煙囪排出的廢氣溫度仍有120℃左右。熱風循環(huán)即是將此部分排煙重新引回至篦冷機的二段（四、五風室），代替或部分代替原來環(huán)境溫度的冷空氣對熟料進行冷卻，在保證熟料得到有效冷卻的前提下，通過提高冷卻介質(zhì)的初溫，提高和穩(wěn)定蓖上熱風溫度，達到提高和穩(wěn)定發(fā)電量的目的。實踐證明：

1）、其它條件不變，熟料仍可以得到有效冷卻；

2）、蓖上熱風溫度可以提高30℃～40℃；

3）、在工況變化較大時，提供了有效穩(wěn)定風溫的手段；,TelFax熱發(fā)電相關技術和裝備（二）新技術

熱風循環(huán)工藝流程圖,TelFax熱發(fā)電相關技術和裝備（二）陽光新技術

2、冷卻機取風優(yōu)化控制

設置冷卻機料層測厚儀、出口料溫測溫儀、鼓風機風量（風溫）調(diào)節(jié)裝置等，通過自動控制實現(xiàn)冷卻機取風的優(yōu)化控制。實踐證明：

1）、可以穩(wěn)定料層厚度，以穩(wěn)定熟料冷卻換熱工況，穩(wěn)定冷卻機出口熟料溫度；

2）、穩(wěn)定蓖上熱風溫度，避免水泥窯熱工工況小幅變化而引起的風溫大幅波動；

,TelFax熱發(fā)電相關技術和裝備（二）陽光新技術

冷卻機料層厚度優(yōu)化控制邏輯圖熱風循環(huán)工藝流程圖,TelFax熱發(fā)電相關技術和裝備（二）新技術

3、SP爐排煙溫度可調(diào)

在SP爐給水加熱器的進、出口之間設置煙氣或給水旁路管，通過調(diào)節(jié)流經(jīng)給水加熱器的煙氣量或給水量調(diào)節(jié)SP爐的排煙溫度。實踐證明：

1）、可根據(jù)生料烘干工段對熱風溫度的要求，在190℃～220℃范圍內(nèi)實現(xiàn)SP爐排煙溫度可調(diào)；

2）、既滿足了生料烘干對熱風溫度的要求，又在生料烘干不需要太高熱風溫度時，來提高發(fā)電量；

,TelFax熱發(fā)電相關技術和裝備（二）核心裝備

1、余熱鍋爐

余熱鍋爐是水泥余熱發(fā)電最重要的核心設備之一，目前已有4-5家鍋爐廠完全掌握了相應的設計和制造技術，這為水泥余熱發(fā)電的成功奠定了良好的基礎。實際工程中，除選擇優(yōu)秀的鍋爐廠家和余熱鍋爐進行配套外，還需注意：

1）在設計點上，合理選擇鍋爐的各項設計參數(shù)，并進行最大、最小工況的校核，保證余熱發(fā)電的可靠和穩(wěn)定運行，并保證鍋爐排煙溫度符合水泥工藝的要求；2）針對具體項目的情況，慎重考慮余熱鍋爐的煙氣流速、灰污系數(shù)、防磨、清灰等技術問題和技術措施；

去年八月，陽光已經(jīng)委托“清華-陽光”研發(fā)中心開發(fā)新一代高效余熱鍋爐。

,TelFax熱發(fā)電相關技術和裝備（二）核心裝備

2、汽輪機發(fā)電機組

汽輪發(fā)電機組也是余熱發(fā)電最重要的核心設備之一，目前，在已建成水泥余熱發(fā)電項目中，使用最多的仍是單壓單段式過熱蒸汽汽輪機，至于飽和蒸汽式、補汽式等形式的汽輪機，都因某些具體的原因和問題而使用較少，建議繼續(xù)關注。

3、熱工自動化系統(tǒng)

隨著自動化技術的進步和普及，自動化技術在傳統(tǒng)工業(yè)過程的作用越來越來明顯。在水泥余熱發(fā)電工程中，熱工自動化系統(tǒng)（DCS）能使水泥窯和余熱發(fā)電“貫通一體，無縫連接”，其作用更為重要，自動控制的效果更為明顯。,TelFax程實踐過程的幾點體會（一）余熱發(fā)電對水泥窯是否有影響的問題

從工藝流程上來講，正常余熱發(fā)電系統(tǒng)是水泥生產(chǎn)線的一個“旁路”系統(tǒng)，余熱發(fā)電系統(tǒng)啟動或停止時，只需對水泥窯進行簡單的操作就可完成，嚴格意義上，余熱發(fā)電的運行對水泥窯沒有影響。從物料和熱量平衡的角度來講，正常余熱發(fā)電系統(tǒng)所使用的煙氣和熱量都是水泥窯不再使用的廢氣和廢熱，不影響水泥生產(chǎn)線物料和熱量平衡，更不應該增加水泥窯的能耗，因此也不影響水泥窯的正常生產(chǎn)；

實際工程中，“不影響水泥窯的正常，不增加水泥窯的單位能耗”應該是余熱發(fā)電的根本原則。

,TelFax程實踐過程的幾點體會（二）技術領先還是投資效益最大化的問題

“技術先進性”和“經(jīng)濟適用性”是一對永恒的矛盾。也是買、賣雙方都需要認真考慮的主要問題，但無論作何選擇都與對或錯無關，只有是否