國產水泥回轉窯純低溫余熱發(fā)電技術和經驗介紹

    水泥生產過程需要消耗大量的能源（煤或油）和天然礦物，而這些資源是不可再生的，所以這就制約了水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，如何降低水泥生產過程中原燃料的消耗是保證水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的最有效措施。水泥熟料煅燒過程需要較高的煅燒溫度，消耗大量的天然礦石能源------煤炭（或油），以目前先進的新型干法水泥窯為例，其單位熟料燒成熱耗在2900---3300kj/kg，以年產熟料50萬噸規(guī)模計，每年消耗原煤約6.5萬，但同時約占熟料燒成熱耗30%左右的大量350℃左右的廢氣從窯尾和窯頭收塵器排入大氣，而采用余熱發(fā)電技術將這部分熱量回收是一種非常有效的辦法，由于廢氣溫度較低，對裝備和技術的要求較高，采用純低溫余熱發(fā)電國內尚未有非常成熟和成功的技術和工程，寧國水泥廠純低溫余熱發(fā)電是引進日本的技術和裝備。目前國內新型干法窯主要采用的是帶補燃爐的余熱發(fā)電技術，但這種技術和國家有關政策有沖突，使這種技術的利用受到限制。2002年我公司日產1050噸（實際1350噸）φ3.5×88m四級旋風預熱器窯（SP窯）采用純低溫余熱發(fā)電技術進行了技術改造，項目由天津水泥設計研究院設計，于2003年5月建成投產，項目裝機容量2.5MW，設計發(fā)電能力1800kw/h，全部采用國產設備和技術，經過半年左右的運行，主要設備和整個系統(tǒng)都運轉正常，各項技術經濟指標達到設計要求。下面就我公司純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)作一介紹。
1． 熱力系統(tǒng)
　　系統(tǒng)主機為兩臺余熱鍋爐(窯頭AQC鍋爐和窯尾SP鍋爐)和一套補汽凝汽式汽輪發(fā)電機組，裝機容量為2.5MW，設計發(fā)電能力為1800kw/h。
　　余熱來源SP（窯尾預熱器）：廢氣流量95000Nm3/h，溫度390℃（實際360℃）；AQC（冷卻機）：廢氣流量40000Nm3/h，溫度350℃。
　　冷卻機中部設置抽風口作為AQC鍋爐的取風口，通過與冷卻機原抽風口之間的風門調節(jié)，保證中部抽風口的廢氣溫度達到350℃左右，為減輕廢氣對AQC鍋爐的磨損，在鍋爐前設置了沉降室，AQC省煤器出水分三路：一路進入AQC高壓汽包，一路進入AQC低壓汽包，另一路進SP鍋爐汽包。AQC鍋爐產生的蒸氣分為二路，一路由鍋爐Ⅰ段產生的1.6Mpa-300℃主蒸氣和SP鍋爐產生的主蒸氣混合后進汽輪機主進汽口,另一路由鍋爐Ⅱ段產生的0.25Mpa-150℃低壓蒸氣進入汽輪機補汽口。
　　SP鍋爐汽包進水由AQC省煤器供給，當AQC鍋爐未投用時也可由鍋爐給水泵直接供給而獨立運行，SP鍋爐產生1.6Mpa-300℃主蒸氣。兩臺鍋爐都設計有旁路系統(tǒng)，當鍋爐停用時水泥生產系統(tǒng)可正常運行。
　　汽輪機為補汽凝汽式汽輪機，設計能力2.5MW,原機型為3MW的抽汽凝汽式汽輪機，將原抽汽口改為補汽口。通過半年運行，該汽輪機運行可靠，對蒸汽質量適應范圍大，操作較方便，缺點是補汽較困難。
    鍋爐給水中的溶解氧是造成熱力設備和管道腐蝕的主要原因，為防止和減輕氧腐蝕，必須對鍋爐給水進行除氧處理，目前鍋爐給水的除氧方式有熱力除氧、真空除氧、化學除氧等，寧國水泥廠采用的是化學除氧方式，我公司根據系統(tǒng)蒸氣溫度和壓力較低的情況，采用真空除氧方式，真空除氧是利用抽真空的方法，使水在常溫下呈沸騰狀態(tài)，除去水中溶解氧，其關鍵是在除氧器內形成和保持真空狀態(tài)，所以除了利用真空泵將真空除氧器抽為真空外，系統(tǒng)的密閉性非常重要。目前我公司的真空除氧系統(tǒng)運行真空度為-0.09Mpa，水中殘氧量小于0.05mg/L，運行方式為間歇式，即當補充新鮮軟水時以及鍋爐給水中含氧量超標時，除氧器才投入使用，所以系統(tǒng)運行成本較低，根據目前情況真空除氧器的運行費用約1.0元/小時。
2． 鍋爐
　　SP、AQC兩臺余熱鍋爐是水泥窯純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)中最重要的設備，鍋爐是否能穩(wěn)定正常運行直接影響到項目的最終效果。我公司窯頭AQC鍋爐、窯尾SP鍋爐由我公司和杭州鍋爐廠一起合作研究，并由杭州鍋爐廠設計制造具有一定自主知識產權。為減少占地面積和漏風，二臺鍋爐都采用立式布置，廢氣流向自上而下。
　　SP鍋爐的設計較有特點，為立式、機械振打、自然循環(huán)。換熱管為蛇形光管，上端固定在框架上，下端呈自由狀態(tài)，振打裝置通過連桿對換熱管定期振打，整個鍋爐的振打形式為連續(xù)式，所以清灰較為均勻，同時灰斗設計合理，避免了因清灰原因而造成廢氣中含塵濃度過大而引起風機跳停，影響生產。該鍋爐最具特點的地方是采用自然循環(huán)方式，省掉了二臺強制循環(huán)熱水泵，降低了運行成本，提高了系統(tǒng)可靠性。SP鍋爐目前運行狀態(tài)穩(wěn)定，鍋爐阻力小于800Pa，廢氣進口溫度350---360℃，出口溫度230℃左右，基本達到設計目標。
　　AQC鍋爐為立式、自然循環(huán)。冷卻機廢氣中粉塵粘附性不強，所以不設置振打裝置，同時換熱管采用螺旋翅管，大大增加了換熱面積，鍋爐體積大幅下降，降低了投資成本。為減少漏風，AQC鍋爐沒有設計出灰裝置，在風管底部粉塵形成一定自然堆積后，粉塵隨廢氣一起進入電收塵。半年來AQC鍋爐運行狀態(tài)較好，鍋爐阻力小于700Pa，廢氣進口溫度在380℃左右，廢氣出口溫度在90℃左右，達到設計目標。
3． 與原生產系統(tǒng)的結合
　　在原水泥生產系統(tǒng)中接入余熱發(fā)電系統(tǒng)，對水泥生產系統(tǒng)的影響主要在以下幾個方面：
　?。?）由于余熱鍋爐的接入，氣體流程的系統(tǒng)阻力增加，排風機能力是否適用。由于廢氣通過余熱鍋爐后氣體溫度和含塵濃度降低，排風機的抽風量得以增加，加上水泥廠原設計一般都有一定富裕能力，所以不用更換排風機，這在我公司的改造中及國內外工程實例得到證實，如果回轉窯及其它設備許可，由于排風機能力增加而提高了回轉窯產量（臺灣花蓮水泥廠裝配余熱發(fā)電后，窯產提高10%），我公司余熱發(fā)電投入使用后，窯尾排風機電流也有所下降。
　?。?）窯尾SP鍋爐清灰會引起氣體含塵濃度變化而導致窯尾排風機工況突變，甚至風機因氣體含塵濃度過高而過載跳停。我公司由于在風管布置、灰斗設計較為合理，同時采用連續(xù)機械振打方式，氣體中含塵濃度較為均勻，所以窯尾風機電流波動沒有異常。
　　（3）窯尾SP鍋爐廢氣出口溫度應根據生料磨工藝及入磨原料水份來確定，我公司生料磨為風掃式烘干磨，磨內氣體流量大，所以設計SP鍋爐出口溫度為225℃，一般烘干生料磨SP鍋爐的出口溫度在250℃以上（具體根據生料水份）。
4． 經濟分析
　　項目總投資1500萬元，設計發(fā)電能力1800KW/h，目前實際發(fā)電能力大于1800KW/h，以年發(fā)電7000小時計，每年發(fā)電量為1260×104kwh，扣除10%（實際8%）電站自用電，減少外購電1134×104kwh，電站運行成本約0.06元/kwh,外購平均電價0.48元/kwh(不含稅),每年可為企業(yè)節(jié)約電費476萬元,實際運行中通過電站運行調整用電系統(tǒng)功率因素并使現(xiàn)有供配電系統(tǒng)損耗減少,還可節(jié)約電費,所以根據此計算三年左右就可收回項目投資。
　　水泥窯純低溫余熱發(fā)電項目由于將廢氣中熱能轉化為電能，減少了能源消耗，廢氣通過余熱鍋爐降低了廢氣排放溫度，減輕了對環(huán)境的熱污染，具有顯著的環(huán)保節(jié)能效果，所以水泥窯純低溫余熱發(fā)電項目具有較好的經濟效益和社會效益。
5． 結言
　　我公司水泥窯純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)是國內第一條達到設計指標的生產線，實際每噸熟料發(fā)電量達到33---35kwh/t，電站自用電比例小于8%，達到了國際先進水平（AQC廢氣沒有二次循環(huán)）。整個系統(tǒng)運行可靠，操作簡易靈活，整個電站定員15人，每班操作人員僅2人，由于全部采用國產設備和技術，投資成本低，具有很好的推擴價值和前景。（中國水泥網 轉載請注明出處）