带补燃锅炉的余热发电在水泥厂的综合利用

　　目前在我国水泥行业的带补燃锅炉的余热发电系统是“八五”期间国家重点科技攻关项目，已完成了技术装备的研究开发工作，并在国内水泥生产线上得到成功的应用，取得了很好的成果，如鲁南水泥厂、玻璃河水泥厂余热电站的投运一直很好。“九五”期间该技术又取得了长足的进步，相继在2000t/d、2500t/d窑外分解炉成功设置了余热回收带燃用煤矸石的补燃锅炉（循环流化床锅炉）综合利用。该技术的优势在于发电系统的运行可以不受水泥生产系统得制约，当水泥生产系统偶尔出现短时停窑或废气温度及气量不够时，均可调节流化床锅炉燃料的喂料量及风量保证锅炉的正常运行，避免发电机组的频繁启停，既延长电厂的使用寿命，又保证了电力的连续供应。同时，带流化床锅炉的余热发电技术的成熟，也为开发中低温余热发电，开辟了广阔的前景。如葛洲坝水泥厂、吉林亚泰水泥有限公司、内蒙古蒙西水泥有限公司、广东塔牌水泥集团公司均利用该技术取的很好的效益。以我们总承包的福建龙岩三德水泥厂带补燃锅炉的2×15MW余热发电项目为例，其充分利用该厂1#（2000t/d）、2#(2500t/d)窑尾废气，以及本地区丰富的劣质煤，建成投产后其设计年供电量为14994×104kwh（以年运行时数7000小时计），年平均发电标准煤耗为582.6g/kwh，余热利用量占电站总耗能热量的25%，而该公司全年用电量约为17561×104kwh，用电自给率可达约85%，按外购电价0.5元/度（含税）计算，所发电全部供使你生产线使用，年均收益为6407.69万元，并可通过余热电站调整用电系统功率因数使现有供电系统损耗减少。同时，该电厂每年可向水泥生产线提供炉渣约2.193万吨，粉煤灰5.118万吨，按每吨50元计算，年节约成本费用365.55万元，以上合计每年收益为6773.24万元。

　　结合水泥厂自身特点新建余热发电工程，不仅降低水泥回转窑能耗，使水泥生产线用电大部分自给，而且所产生的炉渣、粉煤灰作为水泥混合材使用，达到能源的综合利用，降低水泥生产成本，改善环境质量，提高企业经济效益和社会效益的目的。

　　二、我国该行业的政策： 
                     
　　近几年随着产业结构的调整，我国国务院办公厅于1999年以国办发[1999]44号文中明确“确属热电联产、综合利用的小火电机组，有关部门和电网企业要按国家对热电联产、综合利用的有关政策，继续给与支持”，其中的“综合利用”，包括有余热利用和燃用煤矸石生产电力、热力。

　　关于煤矸石的综合利用，1998年国家经贸委等八部委以国经贸字[1998]80号文发布了《煤矸石综合利用管理办法》，该《办法》第十四条规定“国家鼓励发展煤矸石电厂，并在有条件的地区发展热电联产，发展煤矸石电厂遵循自发自用，多余电量上网的原则。煤矸石电厂必须以燃用煤矸石为主，其燃料的应用基低位发热量应不大于12550KJ/kg，新建煤矸石电厂应采用循环流化床锅炉”。

　　综上，利用水泥厂窑头、窑尾余热，同时建设带补燃锅炉以劣质煤及煤矸石为燃料的余热电站国家产业政策是鼓励的。

　　三、余热发电项目流程概况（以龙岩三德水泥厂余热发电工程为例）：

　　龙岩三德余热发电项目由新加坡三德有限公司出资，采用国际通行的EPC总承包模式发包，苏州中材为总承包商，内蒙古科研设计院负责设计。其设计流程为：

　　选用当地红坊煤矿生产的劣质无烟煤为补燃锅炉的燃料，通过输送设备输送至煤仓，并通过下部给煤机将燃料送入补燃锅炉燃烧，燃烧所用热风由设在锅炉零米层的一、二次风机将炉顶热空气吸入，经空气预热器进一步加热后入床下热风箱再经风帽送入炉膛；燃烧所产生的烟气在炉膛与汽水系统进行换热后，由锅炉尾部烟道排出，经电收尘其除尘后由设在室外零米层的锅炉引风机送入80米高水泥烟囱后排入大气。燃烧所产生的废渣由床下排渣管排出后，由冷渣机冷却后通过刮板机送入渣库；尾部细灰经电除尘器收下后通过汽力输送系统送入灰库。

　　经换热后的饱和蒸汽进入锅炉汽包，并通过过热器和进一步汇集达到使用要求后，通过汇汽集箱连接管道输送至汽轮机，带动汽轮发电机叶轮，从而发电。

　　在整套系统中，为满足使用、安全、环保等要求，在锅炉、汽轮发电机的主机设备间，设计了相应的化学水系统、锅炉补给水系统、冷却水系统、除硫系统、输灰系统等等系统，以完善整个工艺。

　　对余热锅炉系统，为充分利用窑尾余热，在C1风管至增湿塔间将废气引至余热锅炉进口，再经过顶部将气流引至增湿塔，从而在不影响水泥工艺流程的条件下通过热交换，将产生的蒸汽通过管道输送至补燃锅炉汽包，从而完成对废气的热能利用。

　　四、带补燃锅炉的余热发电厂施工特点

　　在施工过程中，有以下施工特点：

　　⑴、工艺流程设备衔接难度大，要求高。

　　电厂主要设备的衔接是压力管道，而不是单台的设备连接输送。从锅炉到汽机是中高压的蒸汽管道输送，再以此分流至不同的辅助设备作其他工艺用途。高温蒸汽管道输送又产生很多辅助设备及管道以满足对资源的再回收利用，从而符合节约资源、环保等要求。

　　电厂工艺流程设备衔接难度主要体现在工艺管道上，管道种类繁多，且相对集中，施工过程中必须按电力建设规范要求对其合理布置，否则，各类管道的交叉、干涉势不可免。另外，在施工过程中，管道施工必须保证其对接焊缝质量、法兰连接螺栓紧固力矩要求。而局限的空间，不同标高层面的管道布置无疑使施工难度加大。

　　⑵、主机设备安装过程停止检验点多，直接影响施工进度。

　　由于锅炉属压力容器，其施工周期一般为4—5个月。安装过程中，很多检验工序必须有锅检部门参与确认。所谓停止检验点就是必须由锅检部门参与检验确认合格后才能进行下道工序施工的工序。对于锅炉来讲，从钢架安装、汽包安装、锅炉水冷壁安装前的焊工考试、本体水压试验、锅炉本体砌筑总体验收等都是停止检验点。施工过程中必须严格控制、统筹安排，并随时与锅检部门保持联系，及时要求其进厂对停止检验点进行检验，否则现场无法进行后续施工，对施工进度会造成很大影响。

　　 ⑶、材料种类繁多、焊接要求高、焊接检验工作量大。

　　在锅炉、汽机安装过程中，由于锅炉本体及相关管道内的介质基本上属于中温中压或高温高压，根据其内部介质温度、压力的不同，其本体及相关管道的材质、焊接要求也不同，通常材质多达几十种。所以，在施工过程中必须严格控制采购程序，对使用的管材、管件等必须严格分类储存堆放，严禁用错或代用。对合金钢材料还必须进行100%光谱分析。否则，一旦用错，可能会在以后的生产过程中造成管道爆裂等危险，造成重大损失。同时，在施工过程中，为确保施工质量，对于管道焊接坡口的形状、角度及焊接间隙的预留量都必须严格按照图纸要求经确认后方可施工。针对焊接母材的不同，其选用的焊材种类也很多，焊接工艺也不同。考虑到施工质量，锅炉本体管道、蒸汽管道及主给水管道等都需采取氩弧焊，同时，为了检验焊接质量，必须对焊缝进行无损探伤检验。通常情况下，对锅炉本体管道的焊接焊缝进行25%的X光拍片，主蒸汽管道及主给水管道进行100%X光拍片，检验工作量相当大，以龙岩三德水泥厂两套锅炉及汽机管道为例，进行检验的底片多达2500多张。

　　 ⑷、热控仪表安装工作量大、难度高。 
                     
　　热控仪表在电厂工艺设备及管道运行中发挥了极其重要的作用，它承担着各中高温或中高压系统的内部运行参数直接反馈给集中控制操作中枢或现场的重要任务，从而实现机炉集中控制，完成手动操作、自动调节、联锁程控、顺序控制、数据采集、运行监视、信息记录。其按功能可分为MCS、SCS、DAS、MFT、ETS、通讯六个分系统，另外还包括现场监视仪表如：锅炉汽包现场压力、汽包水位电解点显示仪等。

　　为了使各被监控设备在平稳、安全的状态下运行，在施工过程中，必须对各热控仪表安装位置及安装精度严格要求，而以三德厂15MW电厂为例，各热控仪表测点多达2050个左右，且其分布位置、安装精度、安装载体各不相同，其中大部分安装在中高压管路上，既有焊接质量要求，又有法兰螺栓紧固力矩要求，以保证在运行中的可靠质量。但电厂工艺管道种类繁多，且密集布置，造成了安装空间的局限性，安装工作量及难度不言而喻。

　　⑸、调试工作量大

　　电厂的调试与其他行业的运行调试有很大区别，它不仅仅是工艺流程中的设备运行及工艺性能控制，还要针对电厂设备、系统的中高温或中高压特点，请电力行业的专业调试公司对各相关环节作出细致安排，以确保整个调试工作能顺利、平稳地进行。其主要在以下几个方面：

　　在设备、系统运行上，必须编制分部、分系统和整套调试运行方案及针对各设备运行性能、工作参数，分析其可能出现的问题制定应急预防措施，从而保证每台设备、每个系统都能符合整体调试运行要求，以龙岩三德余热电厂为例，调试运行方案编制量多达30个；在工作安排上，必须合理安排各专业调试人员分工，落实各调试设备、系统有专职人员现场、集中监控。以防止设备出现意外事故。如锅炉高温煮炉阶段，要根据炉膛循环流化床床温及压力，合理控制好进煤量及风量，保证煤能在沸腾情况下完全燃烧，防止炉膛结焦，从而导致停炉；在调试问题处理上，必须制定出合理的问题解决程序，明确相关人员责任，从而提高各参与人员积极性，避免问题发生却无人处理的情况，延误调试进程，如，现场人员发现问题后，立即向调试总指挥汇报，调试总指挥根据问题严重性发放消缺通知单，合理安排消缺人员处理；在安全上，必须确保设备、系统调试运行前及运行中的检查质量，以防在运行中出现重大人身伤害、设备损伤事故或造成严重的环境污染，如，在汽轮机冲转前，必须进行主蒸汽管道冲管，冲管过程中就必须要有专人负责安全警戒及临时管道检查，以防止无关人员或不知情人员受到噪音伤害及被蒸汽烫伤等危险。在调试记录及资料上，必须有专人负责记录调试设备、系统的相关运行数据，并按要求做好存档资料，以便在运行中及时发现、处理问题，在调试运行结束后为电厂的后继运行作好参考，如，汽机冲转时，并不是一次性到达额定转速，而是先静态调试汽机油动机行程，记录相关数据，再分阶段对汽机转速进行控制，做好动态低速及超速试验并记录相关数据，为汽机的正常运行做好保障。

　　另外，在整体调试过程中，各专业调试人员必须严格按照调试方案及《电力行业规范》要求进行调试操作，确保锅炉、汽机及辅助设备在规定的运行参数下运行平稳，从而为发电机顺利发电做好铺垫。