2×2400td熟料水泥生产线配套纯低温余热发电工程可行性研究报告

XXXX水泥有限公司22400T/D熟料水泥生产线配套纯低温余热发电工程项目申请报告（代项目可行性研究报告）目录1申报单位及项目概况111企业概况112项目概况12发展规划、产业政策和行业准入分析821符合发展规划和产业政策822符合清洁发展机制923符合行业发展需求1124市场预测113资源开发及综合利用分析124技术方案1341水泥工业余热发电的技术发展1342工程设计原则1543废热资源条件1544生产工艺1645电气2846热工控制3347给排水3648建筑、结构4049采暖、通风、空调425节能方案分析4351用能标准和节能规范4352能源供应情况及分析4453能耗状况和能耗指标分析4454节能措施和节能效果分析456建设用地、总图运输4761区域概况4762建设场地4763总平面布置4764交通运输4765竖向、排洪、雨水排除、绿化477环境和生态环境影响分析4871设计中采用的依据和标准4872污染源及环保措施488劳动安全及职业卫生5081概述5082设计依据5083存在的危险有害因素5084职业卫生措施5185劳动安全措施529消防5491采用的规范和标准5492总图设计5493建构筑物要求5494电气设施防火要求5495消防水量5596火灾报警系统5510组织机构、劳动定员及职工培训56101组织机构56102劳动定员56103人员培训5711项目实施进度设想5812投资估算59121工程概述59122投资估算范围59123编制依据59124投资估算表5913经济影响分析61131项目财务评价依据61132项目财务评价61附图原则性热力系统图余热电站平面布置图主厂房布置图锅炉工艺流程图水量平衡图一次主接线图DCS系统配置图1申报单位及项目概况11企业概况XXXX水泥有限公司地处XX省XX市XX县XX镇，是XX市目前最大、产品品种最齐全、产品质量最好的水泥企业。产品销往XX、XX、XX等地，一批国家重点工程也曾使用该公司生产的水泥。XX县位于XX盆地西缘，XX山脉东麓，东靠汾河，与祁县、平遥相望，西依XX山，与离石交界，北与交城、清涂相邻，南与汾阳接壤，境内公路、国道纵横交错，交通运输十分方便。12项目概况121项目提出的背景和必要性随着中国经济的不断发展，能源问题日益突出，特别是2004年开始中国的煤炭、电力价格不断上涨，水泥制造业作为高能耗产业，成本上涨的压力越来越大，为了节能降耗，提高公司产品的竞争能力，公司拟进一步抓住发展良机，建设实施与新型干法水泥生产线配套的低温余热发电工程，一方面可以综合利用水泥生产线排放的废热资源，回收高温烟气的热量变废为宝，降低水泥生产成本和提高企业的经济效益，部分缓解生产用电紧张的形势，提高企业的竞争能力，另一方面可降低排烟温度和排尘浓度，节约能源，减少对环境的空气污染和温室效应。（1）项目的建设是开展资源综合利用、节约能源、环境保护和可持续发展的需求。走进21世纪的中国，随着GDP的快速增长，能源供应紧张的状态日趋明显。水泥制造业是一个高能耗产业，不仅每年要消耗大量的煤炭等一次能源，而且还要消耗大量的二次能源电力，虽然随着水泥煅烧技术的发展，系统热效率得到了较大地提高，2500T/D、4500T/D新型干法水泥生产线的熟料热耗已经分别达到3140KJ/KG（750KCAL/KG）、2970KJ/KG（710KCAL/KG），但仍有大量的中、低温废气余热未能被充分利用，造成大量的能源浪费，并产生大量的废气，其中CO2的排放量占到了我国CO2总排放量的20。树立科学发展观，建立循环经济运行体系是我国的一项长期的重大技术政策，合理地综合利用现有的宝贵资源将是我国确保经济可持续发展的关键。在窑外分解新型干法水泥生产工艺中，窑尾预热器和窑头熟料冷却机的废气除了部分用于烘干原料、煤以外仍然排掉了大量的低温废气余热，其热量约占水泥熟料烧成系统总热耗量的30左右，进一步充分利用这些中、低品位的余热是节约能源、减少温室气体排放的关键。纯低温余热发电项目的实施，一方面可以综合利用水泥生产线排放的废热资源，回收高温烟气的热量变废为宝，降低水泥生产成本和提高企业的经济效益，部分缓解水泥制造厂生产用电的紧张形势；另一方面可降低排烟温度和排尘浓度，减轻热污染和环境污染。以2500T/D规模的新型干法水泥生产线的一般情况为例，可在不影响水泥生产线正常生产的前提下，投资约3500万元人民币，配套建设45MW装机容量的纯低温余热发电系统，平均发电功率按4000KW计算，年发电量达到3024104KWH，扣除自用电后年供电量达到27972104KWH，经济效益方面分析，34年便可回收全部投资；环境效益方面分析，按2006年全国火电机组的平均供电煤耗为350G/KWH标准煤计算，年节约标准煤近10000T，每年减少CO2排放量25000T。（2）项目的建设是企业节能降耗、降本增效、增强企业竞争力的需要。XXXX水泥有限公司的22400T/D水泥熟料生产线，虽然其烧成系统采用了窑外分解系统，与其它方式的水泥烧成系统在热耗电耗方面有较大幅度的降低，但仍有大量的中、低温废气余热未能被充分利用，造成大量的能源浪费，并产生大量的废气，对这部分中、低温废气余热，国内外大多数的水泥企业普遍采用的回收方法就是余热发电，并已取得了相当成功的经验和较好的经济效益。经基本测算，建设配套的低温余热发电系统，年发电量可达到570816万KWH，可节省电费开支近2900万元，可以为企业创造较大的经济效益，降低产品成本，提高产品的竞争能力。综上所述，XXXX水泥有限公司利用窑头、窑尾废气进行余热发电，将熟料生产线所排出的中、低温废气采用纯低温余热发电技术加以回收利用，不仅可为公司节减大量的电力费用，从而大大降低产品成本，而且还可缓解因供电不足影响生产的矛盾，也为国家节省大量的能源，符合国家关于节能和资源综合利用政策。122项目名称、建设地点项目名称XXXX水泥有限公司22400T/D熟料生产线余热发电工程企业名称XXXX水泥有限公司项目建设地点XX省XX县XX镇。123建设规模本工程为22400T/D熟料干法生产线配套的9MW纯低温余热发电系统，年运转时间按7200H计算，年发电量可达570816104KWH。124编制原则和指导思想尽可能做到余热电站在正常运行时不影响水泥熟料生产线的正常生产，余热电站建设时减少对水泥生产线正常生产的影响，在此前提下余热电站设计遵循“技术先进、生产可靠、节约投资”的原则，具体指导思想如下（1）在不影响水泥生产的前提下最大限度地利用余热；（2）在技术方案上统一考虑回收利用水泥生产线窑头熟料冷却机及窑尾预热器的废气余热，冷却机采用中部抽风，合理设计中部抽风口，最大限度利用余热；（3）在生产可靠的前提下，提倡技术先进。要尽可能采用先进的工艺（热力系统）技术方案，以降低操作成本和改造基建的投入；（4）以生产可靠为前提，采用成熟、可靠的工艺和装备，克服同类型、同规模项目中暴露出的问题；（5）余热电站设备原则上采用国产设备；（6）余热电站主、辅机的过程控制采用集散型计算机控制系统；（7）贯彻执行国家和地方对环保、劳动、安全、计量、消防等方面的有关规定和标准，做到“三同时”。125编制依据和建设范围1编制依据XXXX水泥有限公司的委托和提供的项目申请所需的基础资料及要求。2建设范围本项目建设范围如下电站总平面布置；窑头冷却机废气余热锅炉（AQC炉）；窑尾预热器废气余热锅炉（SP炉）；锅炉给水处理系统；汽轮机及发电机系统；电站循环冷却水系统；站用电系统；电站自动控制系统；电站室外汽水系统；电站室外给、排水管网及相关配套的土建、通讯、给排水、照明、环保、劳动安全与卫生、消防、节能等辅助系统。本项目申请报告涉及专业包括总图、锅炉、汽机、电气、自动化、给排水、暖动、建筑、结构、设备、工程经济、技术经济等。126建设条件1261燃料本项目余热锅炉利用水泥熟料生产线窑头篦冷机和窑尾预热器废气，无需任何燃料。1262建设场地本余热发电项目建设地点位于XXXX水泥有限公司厂区内，利用厂区内空余场地，可满足布置余热锅炉、纯低温余热发电站及辅助设施要求，交通利用水泥厂厂区内道路和厂外交通。1263供电余热发电系统的启动电源由水泥厂降压站通过10KV线路倒送至余热发电系统提供。1264供水工厂采用河水作为水泥生产线水源，水质水量能满足本工程用水需求。余热电站用水主要包括锅炉补充水、循环水补充水、生活用水、消防用水等。1265气象条件工厂所在地区气象资料如下XX县属暖温带大陆性半干旱气候，阳光充足、雨水缺乏、气候寒冷、霜期长，年平均气温10，最冷气温20，最热气温36。区内年降雨量约450MM。常规地面气象参数如下风向历年主导风向N/E温度年平均气温10极端最高气温36极端最低气温20雨量年平均降雨量450MM湿度年平均相对湿度40风速年平均风速39M/S无霜期180天1266地震根据中国地震动参数区划图（GB183062001）、及建筑抗震设计规范（GB500112001），本场址不处于地震高发区带，地震基本烈度值为7度，本工程按7度设防。127资金筹措项目资金由自有资金（资本金）、银行贷款解决，总投资610643万元。（1）自有资金项目总投资中自有资金244257万元，占总投资的40，自有资金不计利息。（2）银行贷款银行贷款355818万元，年贷款利率暂计594，建设期利息10568万元。128主要技术经济指标序号指标名称单位数量备注一熟料生产规模熟料产量T/D22400T/D二生产工艺方式新型干法三余热发电建设规模装机容量KW9000KW四余热发电工艺纯低温余热发电五主要生产设备1AQC炉台22SP炉台239000KW汽轮发电机组套1六发电系统指标按照最大产量22800T/D设计计算1额定功率KW90002计算平均发电功率KW79283年运行时间H72004年发电量104KWH/A5708165余热发电自用电率756年供电量104KWH/A52807熟料产量T/H2333七劳动定员人18八投资总额万元6106431建设投资（静态）万元6000752建设期利息万元105683流动资金万元000九财务评价指标1全投资财务内部收益率25052静态投资回收期A491含1年建设期序号指标名称单位数量备注3投资利润率26694投资利税率33325全部贷款偿还期A384含1年建设期129结论和建议1291结论（1）本低温余热发电工程的建设，充分利用窑外分解新型干法水泥熟料生产工艺中窑尾预热器、窑头熟料冷却机排掉的废气，开发利用中低品位的余热进行发电，发电用于熟料生产需要。在能源供应越来越紧张的现实情况下，节能效果和经济效益好，符合国家关于节能和资源综合利用的政策。（2）本项目为水泥纯低温余热利用项目，属于水泥厂节能降耗工程，作为本项目生产的产品电能全部用于水泥厂用电，本项目建成后可降低水泥生产成本，提高企业竞争力。（3）本项目建成后，经济效益好，全投资财务内部收益率达2505，全部贷款偿还期为384年（含1年建设期）。1292建议1根据本报告业主落实好资金、水资源等项目建设的基本条件；2业主和当地供电部门落实好接入系统，做好余热电站并网的准备；3业主在项目申报、建设的同时申报CDM。2发展规划、产业政策和行业准入分析21符合发展规划和产业政策能源、原材料、水、土地等自然资源是人类赖以生存和发展的基础，是经济社会可持续发展的重要的物质保证。而随着经济的发展，资源约束的矛盾日益凸显。国务院总理温家宝在第十届全国人民代表大会第三次会议上所作政府工作报告中对能源资源节约和合理利用就提出了“注重能源资源节约何合理利用。缓解我国能源资源与经济社会发展的矛盾，必须立足国内，显著提高能源资源利用效率。一要坚决实行开发和节约并举、把节约放在首位的方针。鼓励开发和应用节能降耗的新技术，对高能耗、高物耗设备和产品实行强制淘汰制度。二要抓紧制定专项规划，明确各行业节能降耗的标准、目标和政策措施。抓好重点行业的节能节水节材工作。鼓励发展节能环保型汽车、节能省地型住宅和公共建筑。三要大力发展循环经济。从资源开采、生产消耗、废弃物利用和社会消费等环节，加快推进资源综合利用和循环利用。积极开发新能源和可再生能源。四要加强矿产资源开发管理。整顿和规范矿产资源开发秩序。完善资源开发利用补偿机制和生态环境恢复补偿机制。五要大力倡导节约能源资源的生产方式和消费方式，在全社会形成节约意识和风气，加快建设节约型社会。”2005年7月，国家发改委与科技部为贯彻实施节能中长期专项规划，进一步加强节能工作，引导节能技术进步，共同组织起草了中国节能技术政策大纲（2005年修订稿）。该大纲明确支持“大型新型干法水泥窑纯低温余热发电”项目。2006年4月，国家发改委等八部门联合下发关于加快水泥工业结构调整的若干意见的通知，意见提出了水泥工业结构调整的指导思想和调整目标，其中要求新型干法水泥吨熟料热耗由130KG下降到110KG标准煤，采用余热发电生产线达40，水泥单位产品综合能耗下降25。粉尘排放量大幅度减少，工业废渣（含粉煤灰、高炉矿渣等）年利用量25亿吨以上。石灰石资源利用率由60提高到80。采用纯低温余热发电技术，将排放的废气余热回收并转换为电能再用于水泥生产，将废气温度大幅降低后排入大气，这对降低水泥生产的综合能耗、减排CO2、削减热污染将是非常有效途径。综上所述，以水泥生产线窑头、窑尾废气余热建设纯低温余热发电项目，符合当前的国家产业政策。22符合清洁发展机制清洁发展机制是京都议定书第十二条确定的一个基于市场的灵活机制，其核心内容是允许附件一缔约方即发达国家与非附件一国家即发展中国家合作，在发展中国家实施温室气体减排项目。清洁发展机制的设立具有双重目的促进发展中国家的可持续发展和为实现公约的最终目标做出贡献；协助发达国家缔约方实现其在京都议定书第三条之下量化的温室气体减限排承诺。通过参与清洁发展机制项目，发达国家的政府可以获得项目产生的全部或者部分经核证的减排量，并用于履行其在京都议定书下的温室气体减限排义务。对于发达国家的企业而言，获得的CERS可以用于履行其在国内的温室气体减限排义务，也可以在相关的市场上出售获得经济收益。由于获得CERS的成本远低于其采取国内减排行动的成本，发达国家政府和企业通过参加清洁发展机制项目可以大幅度降低其实现减排义务的经济成本。对于发展中国家而言，通过参加清洁发展机制项目合作可以获得额外的资金和（或）先进的环境友好技术，从而可以促进本国的可持续发展。因此，清洁发展机制是一种“双赢”的机制。清洁发展机制合作也可以降低全球实现温室气体减排的总体经济成本。2005年10月12日国家发展改革委、科技部、外交部、财政部联合发布清洁发展机制项目运行管理办法，办法自2005年10月12日起施行。文件中明确，温室气体减排量资源归中国政府所有，而由具体清洁发展机制项目产生的温室气体减排量归开发企业所有，因此，清洁发展机制项目因转让温室气体减排量所获得的收益归中国政府和实施项目的企业所有。水泥行业实施低温余热发电属清洁发展机制项目（CDM），国家已发布有关的管理办法。现实施CDM项目的各方面条件已经成熟。实施CDM项目是利国、利民又利企业的多赢项目。为推动水泥行业CDM项目的有效实施。中国水泥协会于2006年4月27日在北京召开水泥清洁发展机制项目研讨会。规划实施低温余热发电项目的水泥企业，应积极进入“清洁发展机制项目”。我国中央政府对CDM项目意义的认识是比较前瞻的，在国际上一直认真履行气候变化框架公约，并积极促进京都议定书的生效。自2000年以来，我国经济的迅猛发展，使我国成为温室气体减排潜力最大的发展中国家之一。加之具有良好的国际投资环境，开展CDM项目的市场前景广阔，为许多发达国家所看好，买方很感兴趣。我国应该抓住这个CDM的机遇，充分利用好，使其成为我国吸引技术含量高、结构更合理的外商直接投资的新渠道，在实现我国温室气体的大幅度减排过程中，促进我国的可持续发展。为了协调和领导全球气候变化问题的国家立场和政策，1998年我国就成立了国家气候变化对策协调小组，由当时的国家计委牵头，中央政府的15个部委院局共同组成，建制了专门办公室。2003年10月经国务院批准，新一届国家气候变化对策协调小组正式成立。国家发改委主任马凯担任组长；国家CDM办公室设在发改委地区经济司，仍由15个中央部委院局共同组成，负责研究、制定、协调和指导全国开展CDM方面的各项工作。关于把握CDM的时机，我们必须意识到，2012年以后我国很可能也要承担一定的温室气体减排义务。那时国家政策或有相应地调整，可供出售的减排额度可能会减少。另外随着其他发展中国家以及我国许多企业逐渐熟悉CDM项目的运行操作，万一出现争相抛售的情况，势必引起国际行情波动。从卖方市场转变成买方市场。各种正负因素的综合作用，届时国际碳价将有诸多不确定性，最终经济效益难以预料。所以说CDM项目或碳交易的收益是有一定时期局限的，对我国则更是这样，一定要尽早抓住这个机遇。“十五”期间我国水泥工业取得长足的发展，2008年全国规模以上水泥企业总产量1399亿吨，其中PC窑水泥占61。预计“十一五”期间，到2010年水泥总产量约为15亿吨，我国水泥工业的结构将趋于可持续发展状态。我国水泥工业结构调整将取得决定性胜利的时期（20062010年）正好与公约附件一所列的39个工业发达国家的第一承诺期（20082012年）相重合，恰是CDM项目国际碳排交易市场上买家需求最多的时期。随着我国大量新建PC窑的陆续投产，新型干法水泥生产线纯低温余热发电CDM项目的范围明确，技术成熟，建设期短，项目概念文件编制较简单，基准线研究和减排量预测交易，监测计量核实准确，项目谈判容易达成协议，因而项目可以较快获得审定批准，正式启动快，实际收益回收也较快；这对交易双方，中介机构以及CDM执行理事会等各方面都非常有利。与其他的发展中国家或其他的重化工行业相比，我国水泥工业独具这种优势，应充分利用之。粗略估算，到2010年我国水泥工业有一半的4000T/D以上的PC窑采用纯低温余热发电的话，则届时可供CDM国际销售的CO2减排额度将达每年1000万吨之多。这的确是一个引进先进技术和资金的良好途径。23符合行业发展需求据统计资料，2008年底中国境内建成并已投入运行的新型干法水泥生产线约920条左右，在建水泥熟料生产线约420条，预计到2010年新型干法水泥生产线的数量将达到1340条左右。根据国家现行产业政策和“八部委”文件要求，截止2010年国内新型干法水泥生产线配套建设纯低温余热电站的比例将达到40，即到2010年底以前还将有约536座纯低温余热电站建成并投入运行。24市场预测本项目为水泥纯低温余热利用项目，属于水泥厂节能降耗工程，作为本项目生产的产品电能全部用于水泥厂用电，本项目建成后可降低水泥生产成本，提高企业竞争力，由于本项目发电全部供水泥厂自用，故本项目不存在销售问题，本项目的生存年限与水泥厂相同。3资源开发及综合利用分析节约能源是我国发展国民经济的长期基本国策，作为单位产品能源消耗较大的水泥制造业，不仅每年要消耗大量的煤炭等一次能源，而且还要消耗大量的二次能源电力，虽然随着水泥煅烧技术的发展，系统热效率得到了较大地提高，2500T/D、4500T/D新型干法水泥生产线的熟料热耗已经分别达到3140KJ/KG（750KCAL/KG）、2970KJ/KG（710KCAL/KG），但仍有大量的中、低温废气余热未能被充分利用，造成大量的能源浪费，并产生大量的废气，其中CO2的排放量占到了我国CO2总排放量的20。进一步充分利用这些中、低品位的余热是节约能源、减少温室气体排放的关键。树立科学发展观，建立循环经济运行体系是我国的一项长期的重大技术政策，合理地综合利用现有的宝贵资源将是我国确保经济可持续发展的关键。在窑外分解新型干法水泥生产工艺中，窑尾预热器和窑头熟料冷却机的废气除了部分用于烘干原料、煤以外仍然排掉了大量的低温废气余热，其热量约占水泥熟料烧成系统总热耗量的30左右，进一步充分利用这些中、低品位的余热是节约能源、减少温室气体排放的关键。纯低温余热发电项目的实施，一方面可以综合利用水泥生产线排放的废热资源，回收高温烟气的热量变废为宝，降低水泥生产成本和提高企业的经济效益，部分缓解水泥制造厂生产用电的紧张形势；另一方面可降低排烟温度和排尘浓度，减轻热污染和环境污染。本工程为利用公司22400T/D熟料生产线窑头、窑尾废气余热建设的一座9000KW纯低温余热发电站，就工程本身而言，不消耗能源，是一个具有利废（充分利用废气余热）、环保（大量减排CO2）、节能（进一步降低水泥生产电耗）三重效果的项目。22400T/D熟料线废气余热条件为1在窑头设置AQC余热锅炉回收窑头冷却机105000NM3/H标况，380废气余热，过热器生产157MPA360过热蒸汽99T/H，同时产生034MPA178低压蒸汽264T/H，经过锅炉后的废气温度降至约97。可以利用的废热资源有40452104KJ/H。2窑尾设置SP余热锅炉回收窑尾预热器175000NM3/H标况，300废气余热，生产157MPA280过热蒸汽956T/H，废气温度由300降至约210。可以利用的废热资源有24575104KJ/H。以上回收热量经发电系统转换的平均电量为7928KW。4技术方案41水泥工业余热发电的技术发展411水泥工业余热发电技术的发展历程我国水泥窑余热发电大致经历了中空窑高温余热发电、预热器及预分解窑带补燃炉中低温余热发电、预热器及预分解窑纯低温余热发电三个发展阶段。第一阶段在20世纪2030年代由于电力紧张，我国建设了一批干法中空窑余热发电水泥厂，其中水泥窑废气温度为800900、熟料热耗为6700KJ8400KJ/KG，所配套的高温余热发电系统的发电能力为每吨熟料100KWH130KWH，尽管该技术落后，但满足了当时水泥生产用电的需要。20世纪5070年代由于我国国民经济对水泥需求量的增加和电力供应紧张，为我国水泥窑余热发电的发展创造了条件，使我国水泥窑余热发电技术经历了第一个发展时期，70年代末80年代初完成了对日伪时期建设的余热发电窑的技术改造，并新建了若干条余热发电窑。在解决了余热锅炉所存在的许多重大技术问题和难题后，吨熟料余热发电量大于170KWH，标志着我国中空窑余热发电技术达到了一个新的水平。第二阶段20世纪90年代，我国水泥工业以发展新型干法工艺为主，随着新型干法水泥熟料煅烧技术的发展，水泥生产过程中的废气余热温度已降至450以下，同时由于电力供应紧张局面一时难于缓解，余热发电窑仍然有生存及发展的条件，使我国水泥窑余热发电技术经历了第二个发展时期。该阶段余热发电的主要技术特征是利用150至450的废气余热建设带补燃锅炉的中低温余热发电技术，同时将以煤粉为燃料的补燃锅炉升级为以煤矸石等劣质燃料为燃料的流化床补燃锅炉，燃用发热量小于3000KCAL/KG以下的劣质煤（煤矸石）进行发电或热电联供，流化床补燃锅炉所产生灰渣全部回用于水泥生产，使我国水泥窑余热利用上了一个新水平。第三阶段随着人们节能和环保意识的提高，在新型干法水泥生产过程中的废气余热温度已降至350以下、熟料热耗为2900KJ3300KJ/KG的条件下，不需要增加补燃锅炉从而不增加粉尘、废渣、烟气及二氧化硫的排放的单纯以余热利用为目的的纯低温余热发电技术有了较大发展。该技术从上世纪60年代末开始研制，70年代中期进入实用阶段，80年代初期达到高潮，尤其是日本应用最为广泛。1995年8月17日国家计委、原国家建材局与日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）签订了基本协议书，由中国安徽海螺集团宁国水泥厂与日本川崎重工株式会社建设实施了一套6480KW的纯中、低温余热发电系统，该项目1996年10月18日动工，1998年2月8日并网发电一次成功，是我国水泥行业纯低温余热发电实际应用的开始。412我国水泥工业纯低温余热发电技术的现状纯低温余热发电技术的特点主要包括（1）完全利用余热发电；（2）废气余热的品位比较低，废气温度一般在200350；（3）废气余热源在一个以上；（4）余热发电配置的热力系统较为复杂；（5）蒸汽参数较低，对发电设备要求较高；（6）单位发电设备体积和重量相对较大。纯低温余热发电技术的关键问题，一是面对中、低品位的热源如何提高发电效率；二是余热锅炉如何适应低温的、含尘浓度高的废气，因为废气温度低就要增加换热面积，废气的含尘浓度高会带来传热性能降低，并加快设备磨损，尤其是窑头余热锅炉的磨损，甚至恶性堵灰事故造成的系统可靠性降低。近年来，原来受行业分割的中国国内水泥行业科研设计公司、发电设备制造公司、电力行业科研设计公司等通过联合研究攻关，成功开发、设计、制造、应用了国内低参数、单压或补汽式汽轮机，解决了中、低品位的混压进汽问题，填补了国内汽轮机制造业的空白，技术上与进口的混压进汽式汽轮机相当；同时适合低温、含尘特点的余热锅炉也成功开发、制造和应用，为纯低温余热发电在我国水泥工业的推广应用奠定了基础。近几年，国内已有百余条水泥熟料生产线配套余热发电项目相继投入运行，标志着中国国产化的纯低温余热发电技术已进入成熟应用阶段。42工程设计原则（1）本工程为22400T/D熟料生产线配套余热发电工程，装机容量为9000KW，设备原则上采用国产设备；（2）锅炉岛按照2条熟料生产线考虑，布置2台AQC炉和2台SP炉，汽轮发电机岛按照一台机考虑；（3）蓖冷机中部设置一个抽风口，窑头余热锅炉底部设沉降装置；（4）配置一台真空除氧器，除氧工艺采用真空除氧器除氧；（5）锅炉补给水根据原水水质采用除盐水，反渗透混床工艺；（7）设备冷却水采用循环水，循环水采用机力通风冷却塔进行冷却；（8）转动设备冷却水、循环水补水采用工业水，与厂区内原有工业水系统连接；（9）余热电站发电机并网运行，以并网不上网为原则，所发电量全部回用于熟料生产线的生产，厂用电部分仅考虑本余热发电新增负荷；（10）热工控制部分采用DCS分散控制系统；（11）继电保护装置采用微机型，本工程设立独立的直流电源，容量只考虑本工程直流容量。43废热资源条件根据XXXX水泥有限公司22400T/D熟料生产线设计参数，可利用的废热资源如下2400T/D生产线烟气参数条件序号项目窑尾废气指标窑头废气指标1实际熟料产量（最大）2800T/D2800T/D废气量（湿基）175000NM3/H105000NM3/H锅炉进口废气温度平均值300（C1筒采取保温）380（中部抽风）变化值30、2050、6023最大值320440序号项目窑尾废气指标窑头废气指标最小值2703304锅炉出口废气温度平均值210不限定5废气含尘量5060G/NM31522G/NM36锅炉和风管的设计压力7500PA1600PA7允许锅炉的通风压损800PA800PA根据废气参数，经过优化设计，热力参数汇总如下热力参数汇总设计参数熟料最大产量22800T/DAQC参数SP参数烟风流量NM3/H105000175000进口烟风温度380300出口烟风温度97210过热蒸汽温度360280过热蒸汽流量T/H99956过热蒸汽压力MPA157157低压蒸汽温度178低压蒸汽流量T/H264低压蒸汽压力MPA034汽机主汽流量T/H3892汽机主汽温度300汽机主汽压力MPA147汽机补汽流量T/H528汽机补汽温度168汽机补汽压力MPA025汽轮机排汽压力（MPA）00074计算发电机输出功率KW7928考虑到熟料生产线熟料产量、废气量的波动情况，装机容量选择9000KW。44生产工艺441余热发电系统方案本余热发电方案是在窑尾一级旋风筒出口同高温风机之间装一旁路余热锅炉（SP炉），窑尾废气经余热锅炉吸热降温至210左右，由高温风机送至原系统的生料磨烘干生料和窑尾除尘器。若发电系统停用，则废气经原系统废气风管进入高温风机，如此可确保水泥生产线稳定运行。AQC锅炉布置在窑头篦冷机和余风风机之间，为立式结构，取风方式如下图所示中部抽风在AQC锅炉底部设置飞灰分离器，要求将余风中的固体颗粒含量降低70左右，以减轻对AQC锅炉的磨损。采用此抽风方式，将原余风抽风口改为两个抽风口，一只靠前，一只在后。靠前的高温抽风口热风送AQC锅炉，后面的低温抽风与AQC锅炉出风混合后经除尘器和余风风机排入大气，实际运行时通过各抽风口进出口调节风门来调节。根据国内外经验，改造后余热发电量可以提高30以上，而且由于进入AQC锅炉余风温度提高，AQC锅炉参数提高、受热面减少。442单压和双压、闪蒸方案的选择对于废气余热发电，为了提高热力循环系统效率，一般应尽量提高主蒸汽参数；为了更有效地利用烟气热量，一般应尽量采用双压或闪蒸系统。单压和双压系统、闪蒸系统的选择比较如下（1）在锅炉热平衡计算及锅炉结构计算过程当中，当设计选择的锅炉能完全吸收烟气放出的热量，同时能达到能量的梯级利用，采用单压设计更为合理，且投资费用较少；当部分热量不能完全利用，只有利用低压系统再次吸收部分热量回送到汽轮机补汽部分，此时才采用双压、闪蒸设计布置。双压系统相对于闪蒸系统来说，系统运行稳定可靠。（2）对于单一热源而言，双压系统较单压系统可以提高系统热效率35左右。对于水泥余热的两个甚至多个热源而言，采用双压、闪蒸还是单压系统要进行热力系统优化设计、具体分析。（3）双压系统配置双压余热锅炉及补汽凝汽式汽轮机。（4）闪蒸系统采用补汽式汽轮机，AQC锅炉产生主蒸汽的同时产生高温热水，高温热水再降压蒸发出二次蒸气，二次蒸汽补入汽轮机，但是由于闪蒸器出来的热水未能转换为电能，进入窑头锅炉省煤器的水温较高，降低了系统的发电能力，发电能力介与单压和双压之间。利用热水闪蒸技术，设置一台闪蒸器，闪蒸器出的饱和蒸汽混入汽轮机做功。且闪蒸出来的饱和蒸汽湿度较大，缩短汽轮机的使用寿命。双压系统与闪蒸系统相对于单压系统而言，系统略微复杂，相对于单压系统而言，两者的烟气热利用效率较高，发电效率也随之提升，该项目是产量为22400T/D的熟料生产线，本身的烟气热量较大，采用双压可以更好的利用余热资源，窑头温度可以降到97综合上述比较和热力系统优化设计比较，结合国内外现有已建成水泥余热发电工程的经验，对于本项目9000KW装机系统，我们采用双压系统。443立式与卧式布置优缺点大型余热锅炉的布置主要有立式和卧式两种方式。卧式与立式锅炉的比较比较内容卧式锅炉立式锅炉传热特性废气气流水平流动，热气流向上，在同一个断面上废气温度上高下低，温度场实际分布与设计相差很大，换热不好，受热面利用效果不好。当废气条件变化时，锅炉产汽量下降严重相应的锅炉出口废气温度大幅升高。或者正常废气条件下，蒸汽产量达不到应达到的产量。废气气流自上而下垂直于受热面流动，在同一个断面上废气温度分布均匀，温度场实际分布与设计相符，换热好，受热面利用效率高。当废气条件变化时，锅炉蒸汽参数的变化与废气条件的变化相一致。废气阻力为解决上述问题，只有提高废气流速（一般为1113M/S），提高废气流速的结果是增大了锅炉废气阻力（锅炉设计一般为8001000PA，实际运行一般要达到10001100PA），也即增加窑尾系统阻力。由于温度分布均匀，废气流速可大大降低（一般为67M/S），废气流速的降低，使锅炉废气阻力减小（锅炉设计一般为800900PA，实际运行一般为600800PA），即减小窑尾系统阻力。漏风锅炉灰斗一般为下部通长灰斗，与炉墙结合面太长，同时排灰点太多或太长，这样，在设计尤其是在安装过程中密封困难且随着锅炉运行时间的延长及启停炉次数的增加，由于炉墙、灰斗、炉墙与灰斗结合面、排灰口与灰斗结合面的变形，锅炉漏风会随锅炉运行时间的延长而增加。由于锅炉断面面积很小，灰斗相应的也很小，与炉墙结合面很短，同时只有一个排灰点且很小，这样，在设计尤其是在安装过程中密封容易。因为灰斗处于锅炉废气出口废气温度较低且结合面较小，虽然锅炉运行时间不断延长及启停炉次数的增加，但炉墙、灰斗、炉墙与灰斗结合面、排灰口与灰斗结合面几乎不会变形，锅炉漏风不会随锅炉运行时间的延长而增加。汽水循环由于锅炉高度不满足汽水自然循环要求，因此必须采用强制循环，这样一、由于增加强制循环泵，使锅炉本体增加耗电量；二、由于强制循环泵是在相对高压高温状态下运行，强制循环泵易损件较多，维护比较困难；三、如果强制循环泵不能及时维修，对锅炉的安全将产生影响。由于锅炉高度可以满足汽水自然循环要求，因此立式锅炉采用自然循环，使锅炉故障点减少，同时可以减少耗电量，也因此可以减少维修量并保证锅炉可以与窑达到同步运转率。钢耗在与立式锅炉同等废气流速的条件下，由于换热不好，相同废气及蒸汽参数条件时的钢耗将大于立式锅炉。提高废气流速后，其钢耗将小于立式锅炉。在与卧式锅炉同等废气流速的条件下，由于换热好，相同废气及蒸汽参数条件时的钢耗将小于卧式锅炉。清灰锅炉受热面管道是单根垂直布置，管壁附着的粉尘下落方向与受热面管道不产生交叉，这样表面上看容易保证清灰效果，但实际上由于锅炉废气流因为废气的流向与锅炉受热面管道自上而下垂直，使上一层管道沉积的灰被清除下来后会沉积在下一层，从表面上看是不利于清灰的。但实际上是与卧式锅速高，锅炉前部清下来的灰容易被废气带入后部，锅炉结构不合理时，后部容易堵灰。采用连续清灰方式时,可以解决这个问题。炉一样的,采用连续清灰方式也可以很好地解决这个问题。水泥窑立式余热锅炉自1991年从高温余热锅炉开始研究由卧式改为立式，其主要目的是为了解决传热问题（即解决蒸汽产量、锅炉出口废气温度偏高、废气参数变化影响蒸汽参数、降低废气流速也即降低锅炉废气阻力）。占地占地面积大，对于已投产的水泥厂往往不容易布置锅炉或者锅炉进出口废气管道很长而进一步增加窑尾系统阻力。占地面积小，对于已投产的水泥厂往往不容易布置锅炉，立式锅炉通过占用空间而少占用面积的方式非常有效解决了这一问题，同时也可以大大的缩短废气管道长度使阻力减少即进一步减少窑尾系统阻力。故在本项目中使用的余热锅炉全部采用立式布置444自然循环与强制循环优缺点依靠工质的重度差而产生的循环流动称为自然循环。借助水泵压头使工质产生的循环流动称为强制循环。自然循环形成汽包、下降管、下联箱和受热面组成一个循环回路。由于上升管中的水在炉内受热产生了蒸汽，汽水混合物的比重/密度小，而下降管在炉外不受热，管中是水，其比重/密度大，两者比重/密度差就产生压力差，压力差形成水流推动力，水沿下降管向下流动，而汽水混合物则沿上升管向上流动，这样就形成水的自然循环流动。强制循环锅炉的结构与自然循环基本相同，所不同的在下降管中增加了循环泵，作为增强汽水循环的推动力。强制循环锅炉的优点工质在受热面中是强制流动，因而受热面的布置方式灵活；汽水流速高，换热效率高；起、停炉快；循环倍率820（自然循环的循环倍率一般为510）或更高，蒸发受热面可使用小管径，相对汽包容积减小，节省钢材。缺点加装热水循环泵，操作、检修相对复杂，系统可靠性降低；循环泵系统投资增加；运行费用高。自然循环的优点系统可靠性高；系统水容积增大，（在波动热源情况下）稳定性好；运行费用低。缺点锅炉钢材消耗较强制循环系统而言有所增加（由于锅炉设计水平的提高，受热面布置难度提高的问题已经解决）；锅炉启、停慢。在中低温余热发电领域，燃气轮机余热发电的锅炉及其热力系统的技术相当成熟，许多设计思想可以应用到水泥余热发电领域。自从20世纪90年代CMI发明的自然引致循环的专利技术后，首台立式余热锅炉脱离循环泵成功运行，由此中低温余热锅炉以立式自然循环为潮流。比喻日本三菱就有61台中低温立式自然循环余热锅炉在投入运行。综合所述，在本项目中推荐使用的余热锅炉全部采用自然循环锅炉。为了提高传热效率，合理布局锅炉受热面，本方案22400T/D生产线窑头窑尾余热锅炉共用一个省煤器低温省煤器，并放在窑头以将窑头风温降至尽可能低。窑头、窑尾余热锅炉均由省煤器、蒸发器和过热器组成。给水经窑头余热锅炉低温省煤器加热后分为三路，分别进入窑头余热锅炉低压汽包、高温省煤器和窑尾余热锅炉省煤器。工质在汽包和蒸发器中进行自然循环加热。产生的饱和蒸汽进入各自的过热器。窑尾主蒸汽集箱出口的过热蒸汽与窑头主蒸汽集箱出口的过热蒸汽通过蒸汽母管汇合到主厂房进入汽轮机作功发电。窑头余热锅炉产生的低压过热蒸汽补入汽轮机低压通流部分。设计主要特点余热锅炉采用双压技术，汽轮机双压补汽机组，系统可靠，节省投资，运行操作简单，稳定性好。窑头、窑尾锅炉均采用立式自然循环，占地面积小，安全可靠；熟料生产线所配两台余热锅炉公用一段省煤器，AQC锅炉采用中部抽风，保证最经济热利用。SP锅炉采用机械振打清灰，烟气上进下出，烟气侧面流出出口烟箱，出口烟箱设置灰斗和输灰装置。AQC锅炉采用自然通风清灰，烟气下进上出，锅炉底部自带沉降装置，一体化设计。445主机设备主要技术参数（1）SP余热锅炉2台锅炉型号QC175/300956157/280过热蒸汽压力157MPA过热蒸汽温度300过热蒸汽量956T/H锅炉给水温度124烟气流量175，000NM3/H入口烟气温度300（锅炉入口）出口烟气温度210（锅炉出口）锅炉压损80MMH2O（2）AQC余热锅炉2台锅炉型号QC105/38099157/360264034/178主蒸汽压力157MPA主蒸汽温度360主蒸汽流量99T/H省煤器热水量221T/H省煤器出口温度134省煤器入口温度46补汽压力034MPA补汽温度178补汽流量264T/H烟气流量105，000NM3/H入口烟气温度380（锅炉入口）出口烟气温度97（锅炉出口）锅炉压损80MMH2O（3）纯凝式汽轮机1台型号N9147/025型式冲动、纯凝、补汽式汽轮机组额定输出功率9000KW设计计算输出功率7928KW汽轮机转速3000R/MIN，主汽压力147MPA主汽温度300设计工况主汽流量3892T/H补汽流量528T/H冷凝器排汽压力00074MPA（4）发电机1台型号QF92额定功率9000KW额定电压10KV功率因素08发电机转速3000R/MIN励磁方式静止可控硅励磁446主要设备配制1主机设备配置见下表名称型号数量候选厂家AQC锅炉QC105/38099157/360264034/1782杭州、南通万达、川润SP锅炉QC175/300956157/2802杭州、南通万达、川润汽轮机N9147/0251青岛捷能、杭州中能发电机QF921济南、杭州、东风（2）主要辅机设备配置见下表序号设备名称型号数量主要技术参数1除氧器ZCY50H1出力50T/H进水压力02MPA出水含氧量005MG/L水箱容积30M32锅炉给水泵DG255063流量30M3/H扬程300MH2O电机功率45KW3凝结水泵4N62流量60T/H扬程57MH2O转速2950R/MIN电动机功率22KW4循环水泵500S223流量162020202340M3/H扬程242219MH2O电机功率185KW5冷却塔GNZF18002流量1000M3/H电机功率90KW6桥式起重机QD20/51447余热锅炉（1）窑头余热锅炉（AQC炉、1台）本锅炉采用立式结构，自然循环，双压设计，烟气下进上出，底部设置飞灰分离装置（结构形式如下图所示）。锅炉本体由省煤器、蒸发器、过热器和汽包组成。过热器部分采用光管形式，其他采用螺旋鳍片管作为受热面，传热效果好。受热面均采用逆流错列的布置结构形式。管束采用梳形板支撑定位结构，管束与工质荷重通过梳形板条，由设置在烟箱内的横梁承受。本余热锅炉有以下特点1余热锅炉与飞灰分离装置一体化，取消外置式沉降室，简化了烟气管道，减少了占地面积，节省了投资；2减少了设备、烟风管道的散热，提高了余热利用效率，约提高12左右；3目前投产的余热发电，由于布置了外置式沉降室，系统阻力比以前增加了1200PA左右，部分窑头引风机和电机进行了改造或更换。锅炉取消外置式沉降室，减少了烟气管道，减少了系统阻力，系统阻力只有800PA左右，基本上不需要改造风机、电机。4由于窑头阻力减少，对于窑头风机的运行、厂用电耗有益；5烟气从下往上走，对余热锅炉的防磨有极大好处；从烟气熟料磨损机理来说，锅炉受热面磨损程度远远低于烟气从上往下行走。6锅炉进口温度波动较大，根据熟料在中温下的化学特性，容易产生结块附在受热面上，为了减少高温段的积灰，AQC过热器受热面部分采用光管形式；7为了防止前几排受热面冲刷、磨损，窑头锅炉布置了24排假管。AQC炉烟气侧阻力损失80MMH2O，漏风系数1，AQC炉排烟温度约97。（2）窑尾余热锅炉（SP炉、1台）本锅炉采用立式结构，自然循环，单压设计，烟气上进下出。锅炉本体由省煤器、蒸发器和过热器组成。受热面受到自上而下的烟气横向冲刷。受热面管束均采用锅炉钢管，由水平前后方向弯制成的上下蛇形管束组成，采用逆流顺列布置形式。为了防止烟气颗粒磨损，烟气入口截面上管束与弯头等受气流冲刷严重的位置均设置防磨罩。SP炉烟气侧阻力损失80MMH2O，漏风系数2，SP炉排烟温度210。（3）锅炉清灰方式锅炉清灰方式包括振打清灰、声波清灰、蒸汽吹灰和激波吹灰。振打清灰虽对锅炉设备本身有一定影响，但效果比较明显，国内国外厂家均广泛使用。本设计SP锅炉采用机械振打清灰方式，AQC锅炉采用自然通风清灰。448汽轮发电机组4481系统概述余热锅炉过热器产生的过热蒸汽，经隔离阀、主汽阀、调节阀进入汽轮机膨胀做功后，排至凝汽器。乏汽在凝汽器中凝结成水后，汇入热水井，然后由凝结水泵送往真空除氧器，再经给水泵泵入余热锅炉循环使用。循环冷却水泵将水池中冷却水打入凝汽器后，再排往冷却塔进行冷却，经过冷却的水最后回到水池循环利用。发电机冷却介质为空气，冷却方式为闭式循环通风冷却。4482汽轮机热力系统本汽轮机热力系统主要由主蒸汽系统、轴封系统、疏水系统、凝结水系统、真空系统和循环水系统等组成。（1）主蒸汽系统来自余热锅炉的新蒸汽经隔离阀至主汽门，再经调节阀进入汽轮机作功，做完工后的乏汽进入凝汽器凝结为水，经凝结水泵、除氧器、给水泵送回锅炉。均压箱所需新蒸汽的管道，连接在主蒸汽电动阀前。（2）轴封系统为了减少汽轮机汽缸两端轴封处的漏气损失，在轴伸出气缸的部位均装有轴封，分别由前汽封、后汽封和隔板汽封，汽封均采用高低齿型迷宫式。（3）疏水系统在汽轮机启动、停机或低负荷运行时，要把主蒸汽管道及其分支管道、阀门等部件中集聚的凝结水迅速地排走，否则进入汽轮机通流部分，将会引起水击，另外会引起其它用汽设备和管道发生故障。汽轮机本体疏水设计有自动主汽阀前疏水（接疏水扩容器）；前后汽封疏水（直接排地沟）；自动主汽阀杆疏水（直接排地沟）；自动主汽阀后疏水、汽轮机前后汽缸、轴封供汽管疏水，引至疏水膨胀箱。（4）凝结水系统凝汽器热井中的凝结水，由凝结水泵经汽封加热器送至除氧器。汽轮机启动和低负荷运行时，为了保证有足够的凝结水量通过汽封加热器中的冷却器，并维持热井水位，在汽封加热器后的主凝结水管道上装设了一根再循环管，使一部分凝结水可以在凝汽器及轴封冷却器之间循环，再循环水量的多少由再循环管道上的阀门来控制。汽轮机启动时，