國(guó)產(chǎn)5000Vd水泥窯純低溫余熱鍋爐的

1、國(guó)產(chǎn)5000Vd水泥窯純低溫余熱鍋爐的設(shè)計(jì)及運(yùn)行杭州鍋爐集團(tuán)有限公司 瞿云富熊昌術(shù)本文討論的余熱鍋爐為發(fā)電用鍋爐，用于回收新型干法水泥窯 窯頭空氣冷卻機(jī)（簡(jiǎn)稱AQC和 窯尾預(yù)熱器（簡(jiǎn)稱SP腓 放的低溫余熱。 首套機(jī)組安裝于上海萬安企業(yè)集團(tuán)，并于2003年 5月成功并網(wǎng)發(fā)電， 經(jīng)考核平均發(fā)電功率為2058. 9kW其 對(duì)應(yīng)的熟料產(chǎn)量約為1350噸/ 日（四級(jí)預(yù)熱器）。在此成功業(yè)績(jī)支持下，我們贏得了浙江山鷹集團(tuán) 和三獅集團(tuán)的信任，于2004年 8月與他們簽署了五級(jí)預(yù)熱器的5000t / d水泥窯純低溫余熱鍋爐的設(shè)計(jì)及制造合同。首套五級(jí)預(yù)熱器的 5000t / d水泥窯余熱鍋爐于2005年 7月投入

2、商業(yè)運(yùn)行，經(jīng)上海發(fā)電設(shè) 備成套研究所測(cè)試證明鍋爐運(yùn)行參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求參數(shù)。在三獅集 團(tuán)余熱發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行中還驗(yàn)證了：?jiǎn)翁孜寮?jí)預(yù)熱器的5000t / d水 泥窯純低溫余熱鍋爐帶汽輪發(fā)電機(jī)組平均發(fā)電功率具有達(dá)到或超過 7500kW勺能力。一、綜述 隨著水泥熟料煅燒技術(shù)的發(fā)展，水泥工業(yè)節(jié)能技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn) 步，高溫余熱已在水泥生產(chǎn)過程中被利用。而新型干法水泥生產(chǎn)線 已使單位水泥熟料的熱耗大幅下降，其窯頭空氣冷卻機(jī)（簡(jiǎn)稱AQc）和 窯尾預(yù)熱器（簡(jiǎn)稱sP）排 放的廢氣溫度均低于400C，如何回收其中的 低溫余熱從而進(jìn)一步降低水泥生產(chǎn)能耗是我國(guó)新型干法水泥生產(chǎn)企 業(yè)面臨的重大技術(shù)課題。在日本，水泥窯低溫余

3、熱回收已應(yīng)用得相當(dāng)廣泛，這種技術(shù)是利 用分別設(shè)置于AQ和SP之后的AQ余 熱鍋爐和SP余熱鍋爐來產(chǎn)生低壓 過熱蒸汽供汽輪機(jī)組發(fā)電。 1998年，由日本政府提供的一套先進(jìn)而 成熟可靠的低溫余熱發(fā)電成套設(shè)備在海螺集團(tuán)寧國(guó)水泥廠投產(chǎn)發(fā) 電。該套設(shè)備適配四級(jí)預(yù)熱器的4000t / d水泥生產(chǎn)線，裝機(jī)容量為 6480kVy設(shè) 計(jì)年發(fā) 電量為4087X104kwh噸 熟料發(fā)電 能力為33. 07kWh 業(yè)經(jīng)八年來運(yùn)行實(shí)績(jī)證明，該系統(tǒng)安全可靠，能為水泥生產(chǎn)企業(yè)帶來 顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。雖然水泥業(yè)界都認(rèn)識(shí)到純低溫余熱發(fā)電項(xiàng)目在技術(shù)上是可行的，效 益是顯著的，但該項(xiàng)目在我國(guó)水泥行業(yè)的普及和推廣受制于進(jìn)口設(shè)

4、備 的昂貴造價(jià)和國(guó)產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)障礙。對(duì)于國(guó)內(nèi)的設(shè)備制造廠而言，我 們不應(yīng)該懷疑純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的可行性，我們所要做的工作是突破技術(shù)障礙，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。上述技術(shù)障礙，對(duì)于余熱鍋爐而言，最大的難點(diǎn)是如何應(yīng)對(duì)煙氣的 低品位和高灰份。因?yàn)榈推肺灰馕吨薮蟮膿Q熱面積，只有降低受熱 面成本才能提供高性價(jià)比的產(chǎn)品；而高灰份帶來的是粉塵附著造成傳 熱性能降低，甚至惡性堵灰事故造成可靠性降低。其實(shí)，較早以前在 其它工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，我們從西方先進(jìn)國(guó)家弓1進(jìn)的技術(shù)就已很好地解決了 煙氣的低品位和高灰份難題。對(duì)于前者，我們的解決之道是采用低成 本的擴(kuò)展受熱面，如在燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)（HRSG項(xiàng) 目中，我們采用鰭 片管來

5、提高換熱效率；而對(duì)于后者，我們的解決方法是采用機(jī)械振打 清灰技術(shù)。2002年3月，我們承接了由天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院承擔(dān)技術(shù)開發(fā) 和工程設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)首套1350t / d四級(jí)預(yù)熱器水泥生產(chǎn)線純低溫余熱鍋 爐的研發(fā)和生產(chǎn)制造任務(wù)，業(yè)主為上海萬安企業(yè)集團(tuán)。窯頭AQ鍋爐采 用立式自然循環(huán)型式，受熱面管子為螺旋鰭片管，各受熱面部件組裝 成管箱出廠；窯尾SP鍋爐創(chuàng)造性地提出了自然循環(huán)結(jié)合機(jī)械振打清灰 技術(shù)方案，成功解決了堵灰問題，而且不必裝設(shè)強(qiáng)制循環(huán)泵，其重大 意義在于：節(jié)省了投資，降低了自用電，減少了故障點(diǎn)，提高了系統(tǒng) 的可靠性。2003年 5月初進(jìn)行了鍋爐的調(diào)試，5月中旬整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)試 車成功，順利并

6、網(wǎng)發(fā)電。2004年 8月，我們贏得了由天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院承擔(dān)技術(shù)開發(fā) 和工程設(shè)計(jì)的浙江山鷹集團(tuán)和浙江三獅集團(tuán)5000t / d五級(jí)預(yù)熱器水泥 窯純低溫余熱鍋爐的設(shè)計(jì)及制造合同。在此前，業(yè)主認(rèn)真調(diào)查了我們 的生產(chǎn)制造和成品運(yùn)行的業(yè)績(jī)，我們理解，作為投資者，最重要的是 消除風(fēng)險(xiǎn)因素。而當(dāng)他們了解到窯尾SP鍋爐振打機(jī)構(gòu)經(jīng)一年多的連續(xù) 運(yùn)轉(zhuǎn)而沒有發(fā)生疲勞破壞，窯頭AQ鍋 爐無磨損現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，用戶對(duì)我 們的技術(shù)和產(chǎn)品給與了極大的信任，我們也將結(jié)合既有的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)庫(kù)，應(yīng)用更先進(jìn)的開發(fā)技術(shù)，制造出國(guó)內(nèi)一流、接近或達(dá)到國(guó) 際水平的產(chǎn)品，以此來獲得用戶的放心。二、鍋爐規(guī)范及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述根據(jù)天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院

7、的系統(tǒng)參數(shù)和布置要求而設(shè)計(jì) 的鍋爐規(guī)范如下表：項(xiàng)目名稱單位設(shè)計(jì)參數(shù)SP鍋爐AQC鍋爐廢氣參數(shù)廢氣流里Nm/ h340000240000進(jìn)口溫度350350出口溫度r234113廢氣含塵量Nm/ h6030鍋爐 參數(shù)型號(hào)QC34/350 26 1. 25/320QC24/ 350-20 1.25/330蒸發(fā)量t /h2620蒸汽出口壓力MPa1. 251. 25蒸汽出口溫度r320330煙氣阻力Pa<800<800鍋爐的總體方案是經(jīng)充分調(diào)研，并結(jié)合天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院和業(yè) 主的共同建議而提出的。SP鍋爐采用自然循環(huán)的立式結(jié)構(gòu)，煙氣自上 而下分別沖刷過熱器、蒸發(fā)器、省煤器，氣流方向與

8、粉塵沉降方向一致，每級(jí)受熱面上均設(shè)置機(jī)械振打除灰裝置。AQ鍋 爐采用立式自然循環(huán)結(jié)構(gòu)，整個(gè)鍋爐設(shè)置了五個(gè)受熱面模塊， 分別為過熱器，兩級(jí)蒸發(fā)器和兩級(jí)省煤器。鍋爐每段受熱面采用鰭片 管。SP鍋 爐最大外形尺寸為（長(zhǎng)X寬X高 ） :13500X10200X35000AQ鍋 爐最大外形尺寸為（長(zhǎng)X寬X高）:10500X7950X19200三、運(yùn)行情況鍋爐于2005年 7月 28日投入運(yùn)行，經(jīng)72小時(shí)連續(xù)運(yùn)行考核表明，電站 連續(xù)運(yùn)行正常，無故障，無異常。2005年 12月，我們委托上海發(fā)電設(shè) 備成套研究所對(duì)鍋爐的性能進(jìn)行了考核測(cè)試，經(jīng)三天多工況測(cè)試證明， 鍋爐蒸發(fā)量、蒸汽溫度、蒸汽壓力、熱效率、漏風(fēng)率

9、等主要技術(shù)指標(biāo) 全面達(dá)到或超過了設(shè)計(jì)指標(biāo)。在三獅集團(tuán)余熱發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行中還驗(yàn) 證了：?jiǎn)翁孜寮?jí)預(yù)熱器的5000t / d水泥窯純低溫余熱鍋爐帶汽輪發(fā)電 機(jī)組平均發(fā)電功率具有達(dá)到或超過7500kW的 能力。至今首套機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行了九個(gè)月，經(jīng)檢查無堵灰、磨損現(xiàn)象。可以 初步認(rèn)定鍋爐總體設(shè)計(jì)是成功的，性能是可靠的，特別是受熱面經(jīng)過 近百萬次的振打，其疲勞強(qiáng)度得到了檢驗(yàn)。雖然在實(shí)際運(yùn)行中煙氣參 數(shù)是經(jīng)常波動(dòng)的：SP鍋爐進(jìn)口煙氣溫度實(shí)際為330C左右，比設(shè)計(jì)值低 20 r ； AQ鍋 爐進(jìn)口煙氣溫度實(shí)際為380C左右，比設(shè)計(jì)值偏高30 r。 但由于我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中已經(jīng)考慮了預(yù)后措施，使系統(tǒng)仍能正常發(fā)電， 當(dāng)

10、然這也與業(yè)主精心維護(hù)和良好的運(yùn)行管理水平有關(guān)。余熱鍋爐存在 的一些不足之處，我們?cè)谝院蟮拈_發(fā)和生產(chǎn)制造進(jìn)行了全面的改進(jìn)。四、開發(fā)的意義浙江山鷹集團(tuán)和三獅集團(tuán)5000t / d五級(jí)預(yù)熱器水泥窯純低溫余熱 鍋爐是大容量的試驗(yàn)型機(jī)組，機(jī)組成功投入商業(yè)運(yùn)行具有深遠(yuǎn)的意義。在技術(shù)層面上，我們認(rèn)為運(yùn)行實(shí)績(jī)驗(yàn)證了我們的總體設(shè)計(jì)構(gòu)想，對(duì) SP鍋爐和AQ鍋 爐粉塵的外部過程表現(xiàn)有了進(jìn)一步理解（所謂外部過程 是指煙氣對(duì)受熱面的磨損，腐蝕、積灰等現(xiàn)象），更重要的是我們克服 了大型化帶來的煙氣偏流加劇、大尺寸煙道低頻振動(dòng)、點(diǎn)位冗余設(shè)置 等困難，從而解決了電力工業(yè)的第一要?jiǎng)?wù)：可靠性。所有這些為我們 開發(fā)更大型、更先進(jìn)的

11、低溫水泥窯余熱鍋爐奠定了較為扎實(shí)的理論和 應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)。在經(jīng)濟(jì)層面上，由于純低溫余熱電站不燃燒任何燃料，因此，其運(yùn) 行成本非常低廉，投資回報(bào)周期一般在三年左右?；叵肴昵?，國(guó)內(nèi) 正為新型干法水泥線是采用補(bǔ)燃發(fā)電還是純低溫余熱發(fā)電而進(jìn)行爭(zhēng)論 時(shí)，我們就意識(shí)到純低溫余熱發(fā)電技術(shù)將會(huì)得到全面的推廣和普及， 因?yàn)殡S著煤電比價(jià)的變化，后者將會(huì)為用戶創(chuàng)造更高的價(jià)值!這正是我 們的價(jià)值觀：我們的價(jià)值建立在為客戶創(chuàng)造價(jià)值上。這為我們贏得了 寶貴的三年時(shí)間來做工業(yè)試驗(yàn)、擴(kuò)大我們的數(shù)據(jù)庫(kù)。應(yīng)該講，該項(xiàng)目 為我國(guó)新型干法水泥線純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比 較做出了寶貴的探索，具有推廣和示范的意義。五、應(yīng)用前景和展望 水泥窯低溫余熱發(fā)電技術(shù)符合國(guó)家能源政策、環(huán)保政策，也符合可 持續(xù)發(fā)展政策，一定會(huì)在全國(guó)新型干法窯中得到大力的推廣。我國(guó)已經(jīng)建成投運(yùn)和正在建設(shè)中的新型干法水泥線低溫余熱發(fā) 電系統(tǒng)有所不同。他們?yōu)橄到y(tǒng)的最優(yōu)化作了有益的探索，也積累了 寶貴的經(jīng)驗(yàn)或教訓(xùn)，但不能據(jù)此認(rèn)為這些系統(tǒng)已臻完善。我們認(rèn)為 我國(guó)純低溫水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)的最優(yōu)化過程仍在進(jìn)行之中，應(yīng)該 不斷向其他行業(yè)先進(jìn)余熱發(fā)電系統(tǒng)（如燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電站