劉忠樓：對國內水泥余熱發(fā)電的認識與建議

上海盛合新能源科技有限公司副總工劉忠樓

　　3月25日，由中國水泥網主辦，中材節(jié)能股份有限公司、上海盛合新能源科技有限公司、上海川吉投資管理有限公司協(xié)辦，成都四通科技投資有限公司、湖南湘電長泵長一制泵有限公司、連云港市萬達電站輔機廠贊助的第七屆余熱發(fā)電峰會在杭州正式召開。上海盛合新能源科技有限公司副總工劉忠樓出席了本次會議并作了題為《對國內水泥余熱發(fā)電的認識與建議》的報告，從我國水泥余熱發(fā)電現(xiàn)狀、在運水泥余熱發(fā)電存在問題、業(yè)外建議三個方面分析，以下是報告的主要內容——

　　建設規(guī)模

　　截止到2010年底，全國新型干法水年生產線1289 條，其中大約有200條生產線不適合配備余熱發(fā)電裝置，已建有700條余熱發(fā)電生產線，剩300余條生產線的有限空間。

　　目前新干線余熱發(fā)電裝機規(guī)模

　　2500t/d級：4.5~6MW

　　5000t/d級：9MW

　　6000t/d級：10MW~12MW

　　10000t/d級：18~20MW

　　實際發(fā)電功率均低于裝機功率，噸熟料發(fā)電水平：25~30/38~42kWh

　　余熱發(fā)電技術歷程

　　余熱發(fā)電技術歷程經歷了補燃技術、閃蒸技術、雙壓技術、三次風的應用、預熱器高溫煙氣的應用、窯頭高溫段熱風的應用

　　借鑒其它行業(yè)經驗

　　燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)技術中的余熱鍋爐

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　　技術與裝備狀況

　　非專業(yè)標準的設計與建造；市場競爭致設備性能指標不規(guī)范；非專業(yè)電站管理的運營模式；裝機發(fā)展速度過快，技術總結不足；關鍵設備的性能、壽命、安全可靠性面臨考驗，余熱發(fā)電機組面臨改造。

　　在役機組存在的問題

　　非專業(yè)設計導致機組達不到設計性能保證要求；投運一個階段后余熱發(fā)電出力明顯降低；缺乏過程能量優(yōu)化與能級重組利用理念透切理解；主設備的選型與系統(tǒng)整體設計缺乏優(yōu)化；可利用的余熱未獲充分利用；性能提高空間大。

　　余熱鍋爐發(fā)現(xiàn)的主要問題

　　蒸汽參數(shù)達不到設計要求；窯頭鍋爐蒸汽參數(shù)波動大；窯頭高溫段抽風與低溫段的相互搶風；清灰效果差、漏風量大、保溫效果差；缺少有效的過熱蒸汽調溫手段；窯尾鍋爐受窯頭參數(shù)與工況變化的影響；窯尾鍋爐廢氣溫度對生料干燥能力的適應性差；煙風道擋板磨損、關閉密封、動作靈活性等問題；省煤器汽化問題；變負荷工況的設計與運行特性。

　　汽輪發(fā)電機組方面發(fā)現(xiàn)的問題

　　汽輪機的內效率低；低壓補汽困難；低壓缸葉片存在潛在的沖蝕與損壞；難以適應鍋爐蒸汽參數(shù)的波動；汽輪機與發(fā)電機系統(tǒng)振動；汽輪機轉速波動、超速等故障；汽輪機組與余熱鍋爐主、被動關系。

　　余熱發(fā)電利用原則

　　生產線現(xiàn)行，進行熱工標定；

　　運行數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、長期性的分析；

　　不影響水泥窯的熱工操作：發(fā)電效率高、運行靈活、安全可靠、維護量少、服役期長；

　　不增加水泥熟料燒成熱耗及電耗；

　　最大限度獲取、利用余熱資源；

　　能級重組、梯級利用；

　　先進的熱力系統(tǒng)循環(huán)方式；

　　生產線與余熱發(fā)電系統(tǒng)布置合理。

　　注重余熱鍋爐、汽機變工況協(xié)調運行的設計。

　　朗肯循環(huán)(RC)

　　1859年、William Rankine，工作介質- 水，該系統(tǒng)循環(huán)簡單、適應大容量機組、發(fā)電效率低、熱量回收程度差，特點是適于常規(guī)的火力發(fā)電，低溫余熱利用效率差。

　　有機朗肯循環(huán)(ORC)

　　1961年、Harry Tabor & Lucien Bronicki，工作介質：有機碳水化合物，該系統(tǒng)適于低溫熱源、可靠性好、運行適應范圍窄、應用范圍差，特點是適應于較窄的熱源溫度范圍、需慎重考慮有機工質的安全性。

　　卡琳娜循環(huán)(KC)

　　1983, Alexander Kalina，工作介質：氨水，該系統(tǒng)相對高發(fā)電效率、運行適應性范圍寬、不能使用含銅材料、精細的循環(huán)設計、對低溫熱源具有效率高、適用范圍寬、可靠性好、環(huán)境生態(tài)友好，其特點是適應于較窄的熱源溫度范圍、需慎重考慮有機工質的安全性。

　　朗肯-卡琳娜聯(lián)合循環(huán)(RC+KC)

　　朗肯循環(huán)適合高溫熱源、卡琳娜循環(huán)在低溫熱源上具有優(yōu)勢，這種常規(guī)聯(lián)合循環(huán)理念的拓展，存在水泥窯廢氣余熱資源的特點，適合中低溫(450℃)水平，能夠滿足現(xiàn)有技術200℃以下的熱量沒有得到有效利用，廢氣參數(shù)波動性高。所以水泥余熱發(fā)電適合采用RC+KC。

　　RC+KC聯(lián)合循環(huán)的具體方案

　　利用AQC鍋爐與部分SP鍋爐省煤器出口的廢氣余熱作為KC循環(huán)的熱源(~200℃)；可用廢氣直接加熱卡琳娜循環(huán)的氨水介質；可在AQC和SP配置熱水鍋爐，用熱水作為KC的熱源；可利用AQC和SP高壓省煤器出來的熱水作為KC的熱源；RC循環(huán)采用相對高的參數(shù)。

　　RC+KC流程方案示例

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　　余熱發(fā)電出力比較--5000t/d水泥窯為例

　　循環(huán)發(fā)電出力

　　噸熟料發(fā)電水平

　　幾點意見

　　新水泥生產線預留余熱發(fā)電機組接口，投運標定后設計開工建設；

　　能級重組-水泥生產工藝流程與余熱發(fā)電的有機結合；

　　建議水泥行業(yè)組織實施；

　　新建機組，RC+KC聯(lián)合循環(huán)示范機組；

　　改造機組，進行RC+KC聯(lián)合循環(huán)示范；

　　改造機組，進行余熱熱源的深度利用；

　　搭建技術創(chuàng)新實踐應用的平臺。