熱功聯(lián)產(chǎn)技術(shù)在水泥行業(yè)的應用

王彥普+趙茹男

摘 要 結(jié)合熱功聯(lián)產(chǎn)技術(shù)在水泥生產(chǎn)線上的設計實踐情況，著重介紹了蒸汽拖動系統(tǒng)及流程。通過系統(tǒng)的經(jīng)濟性及安全性分析，闡述熱功聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的經(jīng)濟型、安全可靠性及調(diào)節(jié)性能，及在水泥行業(yè)推廣應用的潛力。

關(guān)鍵詞 蒸汽拖動；余熱發(fā)電；熱功當量；煤耗低；控制曲線平滑

中圖分類號：TK223 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0114-02

隨著國家房地產(chǎn)調(diào)控政策的不斷深入，房地產(chǎn)行業(yè)受到巨大沖擊，進而影響到水泥、鋼鐵、玻璃等與之息息相關(guān)的上游產(chǎn)業(yè)，水泥行業(yè)也面臨重新洗牌。統(tǒng)計資料表明，截止2012年底，我國新型干法水泥實際生產(chǎn)能力為28.9億噸，如果加上尚未退出的落后生產(chǎn)力，我國水泥產(chǎn)能實際已經(jīng)超出當年水泥需求8億噸。水泥行業(yè)的產(chǎn)能過剩不僅使得行業(yè)經(jīng)濟效益下滑，市場惡性競爭加劇，也對行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和企業(yè)轉(zhuǎn)型升級帶來了阻礙。如何應對產(chǎn)能過剩？對于企業(yè)來說，一方面需要進行技術(shù)創(chuàng)新，淘汰落后產(chǎn)能，降低生產(chǎn)成本；另一方面需要走出國門，直面國際化競爭，其核心均是提高競爭力，包含產(chǎn)品質(zhì)量和成本。

在行業(yè)低迷的情況下，我們在東方希望重慶水泥項目上做了有益的嘗試，通過引入熱功聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，使每噸水泥耗電由

90 kW·h下降到75 kW·h，極大提升了企業(yè)的競爭力。

1 項目概況

重慶水泥項目是東方希望集團首次涉足水泥行業(yè)，其規(guī)劃初衷是在重慶構(gòu)建循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，即為涪陵P(guān)TA項目、萬盛煤化工項目、黔江化工項目產(chǎn)生的固體廢料—粉煤灰、電石渣等的綜合回收利用提供重要的經(jīng)濟渠道，并且還可利用豐都地區(qū)豐富的石灰石、砂巖、頁巖等資源。依托長江便利的水運條件，在長江岸邊溝坡地規(guī)劃建設5×4800 t/d水泥生產(chǎn)線。其中一期建設2×4800 t/d水泥生產(chǎn)線，在設計過程中，貫徹降成本、降排放、安全增效的理念，首次把熱功聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)應用于水泥生產(chǎn)線，其核心是將蒸汽拖動汽輪機代替水泥生產(chǎn)線傳統(tǒng)的電機拖動，打破水泥行業(yè)傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)，提高能量利用效率，降低能耗，進而為企業(yè)減低生產(chǎn)成本，創(chuàng)造相對優(yōu)勢。

2 系統(tǒng)設計

熱功聯(lián)產(chǎn)技術(shù)是一種新型節(jié)能環(huán)保技術(shù)，目前主要應用于大型火力發(fā)電廠的給水泵、引風機及化工系統(tǒng)的大型輔機拖動，在水泥系統(tǒng)中尚無應用先例。由于通過蒸汽直接用來做功，省去蒸汽發(fā)電、再利用電能帶動電動機的中間環(huán)節(jié)，能有效降低能耗。[4-5]在水泥生產(chǎn)線中，主要有窯尾高溫風機、生料循環(huán)風機、窯尾排風機、水泥磨等大型用電設備，其中水泥磨運行方式為間歇性運行。因此，熱功系統(tǒng)只考慮窯尾高溫風機、生料循環(huán)風機、窯尾排風機三個用電集中負荷設備。

概括起來，整個熱功聯(lián)供系統(tǒng)含兩個子系統(tǒng)，即蒸汽拖動系統(tǒng)和余熱發(fā)電系統(tǒng)。

蒸汽拖動系統(tǒng)核心設備是鍋爐、背壓式汽輪機（以下簡稱背壓機）、各拖動汽輪機、水泥回轉(zhuǎn)窯窯罩。鍋爐是整個系統(tǒng)的動力源，為整個系統(tǒng)提供蒸汽，在設計過程中選用能實現(xiàn)清潔燃燒的循環(huán)流化床鍋爐，蒸汽參數(shù)為高溫高壓，額定蒸發(fā)量150 t/h，設置兩臺，一運一備；背壓機接受來自鍋爐的蒸汽，通過膨脹做功，帶動發(fā)電機運行，然后將做功后的乏汽供給拖動機、余熱汽輪機和除氧器，背壓機容量選擇12 MW，排汽參數(shù)1.7 MPa、340℃；拖動機凝結(jié)水進入水泥回轉(zhuǎn)窯高溫段窯罩接受輻射熱加熱后回到汽機房經(jīng)水泵送入高壓除氧器。

余熱發(fā)電系統(tǒng)核心設備是水泥線雙壓窯頭鍋爐、窯尾鍋爐、余熱補汽凝汽式汽輪機組（以下簡稱補凝機）。窯頭窯尾產(chǎn)生同參數(shù)中壓蒸汽（其中窯頭蒸汽溫度稍高），匯合后進入余熱汽輪機組膨脹做功發(fā)電，余熱鍋爐單線產(chǎn)汽量約39.92 t/h，參數(shù)與背壓機排汽相同，可以實現(xiàn)與拖動系統(tǒng)的相互調(diào)節(jié)聯(lián)系；窯頭同時產(chǎn)生低壓參數(shù)蒸汽，作為汽輪機的補汽，因此汽輪機選用補汽凝汽式汽輪機。綜合拖動系統(tǒng)蒸汽裕量和二期規(guī)劃，余熱汽輪機選用22 MW低壓汽輪機，配25 MW發(fā)電機；汽輪機乏汽凝結(jié)后送入窯頭鍋爐公用省煤器加熱后，一路在窯頭繼續(xù)加熱蒸發(fā)，一路送入窯尾蒸發(fā)器，實現(xiàn)汽水循環(huán)。

背壓機排汽和水泥線余熱鍋爐產(chǎn)生中壓參數(shù)蒸汽采用同壓力參數(shù)，拖動系統(tǒng)和余熱系統(tǒng)既可各自獨立運行又可相互聯(lián)系運行，主要聯(lián)系方式是背壓機排汽直接向補凝機補汽，水泥余熱鍋爐新蒸汽也可通過聯(lián)絡管向各拖動汽輪機供汽，減低輸送管道損失。通過引入熱功系統(tǒng)，與傳統(tǒng)水泥技術(shù)比較，存在以下優(yōu)點。

1）多條水泥線余熱鍋爐對應一臺大容量汽輪機，將主蒸汽汽耗從4.99 kg/kW·h降低到4.75 kg/kW·h，有效實現(xiàn)節(jié)能降耗；汽輪機臺數(shù)少，能降低土建、控制、電氣等系統(tǒng)投資成本。

2）在水泥線生產(chǎn)波動或局部停產(chǎn)的情況下依舊能保持補凝機的平穩(wěn)運行或不停機安全運行。

3）在水泥線附近拖動蒸汽和水泥余熱蒸汽設有聯(lián)絡管，在生產(chǎn)運行穩(wěn)定情況下，可以直接將水泥余熱蒸汽供給拖動汽輪機，從而減少了沿程壓損。

4）拖動汽輪機采用DEH作為調(diào)節(jié)手段，調(diào)節(jié)范圍較電機（變頻調(diào)節(jié)）更靈活、范圍更廣，調(diào)節(jié)曲線更平滑，水泥生產(chǎn)負荷適應性增強。

5）熱力站采用并網(wǎng)不上網(wǎng)方式，少量電負荷從電網(wǎng)供給，用電可靠性增強，特別是在電網(wǎng)覆蓋薄弱或不穩(wěn)定的區(qū)域，效果尤為明顯。

6）循環(huán)流化床鍋爐爐渣直接通過鏈斗機輸送至水泥均化庫，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈循環(huán)。

7）設計中綜合考慮水泥回轉(zhuǎn)窯輻射熱，和拖動機凝結(jié)水系統(tǒng)聯(lián)系起來，有效實現(xiàn)能量回收。

3 效益分析

一期每條水泥線設計有三臺拖動設備，分別為窯尾高溫風機、原料磨循環(huán)風機、窯尾收塵排風風機，對應當量功率分別為2980 kW、3750 kW、1440 kW，共有兩條水泥線，總當量功率16340 kW，對應拖動機總進汽量84.8 t/h。

根據(jù)系統(tǒng)設計時的能量平衡圖，數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表1。

根據(jù)上表，不考慮管道汽水損失和鍋爐排污情況下，鍋爐蒸發(fā)量137.66 t/h，達到鍋爐額定蒸發(fā)量（150 t/h）的91.8%，在設計工況下運行。根據(jù)鍋爐廠熱力計算書數(shù)據(jù)，鍋爐標煤耗14.5 t/h，結(jié)合上表，全廠供電煤耗406g/kW·h，遠低于同型機組平均485 g/kW·h的標準，實現(xiàn)節(jié)能目標。目前市場到廠標煤價格700元/噸（燃料依托長江水運），鍋爐每小時燃料成本為10150元；下網(wǎng)電價0.67元/kW·h，如果按電機用電量計算，則購電成本23892元，在不計如爐渣回收水泥線等節(jié)能手段的情況下，節(jié)能效益非?？捎^。

4 結(jié)束語

當前，隨著國內(nèi)建材企業(yè)紛紛走向國外，在廣大東南亞、非洲、南美洲等地區(qū)建立生產(chǎn)基地，直接面臨的問題是這些地區(qū)往往電力基礎設施落后，沒有電網(wǎng)覆蓋或電網(wǎng)薄弱，如果直接建電廠則處于孤網(wǎng)運行，事故情況下會對水泥生產(chǎn)設備造成重大事故。通過引入熱功聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，做到熱、電平衡，一方面可以保證設備的安全運行的影響，另一方面通過全盤考慮水泥線余熱回收，糅合到熱力系統(tǒng)中，能有效降低能耗，幫助企業(yè)取得相對優(yōu)勢，直面國際競爭。

參考文獻

[1]楊勇正.遏制水泥新增產(chǎn)能探索共贏整合模式提升水泥行業(yè)價值[J].中國建材，2012（07）.

[2]李振宇，肖勝福.水泥行業(yè)環(huán)保新標準帶來的影響及應對策略—以遵化市為例[J].河北金融，2012（06）.

[3]倪付任.我國水泥行業(yè)項目投資風險管理研究[D].中國礦業(yè)大學，2013.

[4]郭洪東.用系統(tǒng)工程的觀點分析熱功聯(lián)產(chǎn)汽輪機的經(jīng)濟性[J].石油和化工節(jié)能，2008（05）.

[5]王金明.熱功聯(lián)產(chǎn)是提高熱電廠經(jīng)濟效益的有效措施[J].中國設備工程，2003（05）.endprint

摘 要 結(jié)合熱功聯(lián)產(chǎn)技術(shù)在水泥生產(chǎn)線上的設計實踐情況，著重介紹了蒸汽拖動系統(tǒng)及流程。通過系統(tǒng)的經(jīng)濟性及安全性分析，闡述熱功聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的經(jīng)濟型、安全可靠性及調(diào)節(jié)性能，及在水泥行業(yè)推廣應用的潛力。

關(guān)鍵詞 蒸汽拖動；余熱發(fā)電；熱功當量；煤耗低；控制曲線平滑

中圖分類號：TK223 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0114-02

隨著國家房地產(chǎn)調(diào)控政策的不斷深入，房地產(chǎn)行業(yè)受到巨大沖擊，進而影響到水泥、鋼鐵、玻璃等與之息息相關(guān)的上游產(chǎn)業(yè)，水泥行業(yè)也面臨重新洗牌。統(tǒng)計資料表明，截止2012年底，我國新型干法水泥實際生產(chǎn)能力為28.9億噸，如果加上尚未退出的落后生產(chǎn)力，我國水泥產(chǎn)能實際已經(jīng)超出當年水泥需求8億噸。水泥行業(yè)的產(chǎn)能過剩不僅使得行業(yè)經(jīng)濟效益下滑，市場惡性競爭加劇，也對行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和企業(yè)轉(zhuǎn)型升級帶來了阻礙。如何應對產(chǎn)能過剩？對于企業(yè)來說，一方面需要進行技術(shù)創(chuàng)新，淘汰落后產(chǎn)能，降低生產(chǎn)成本；另一方面需要走出國門，直面國際化競爭，其核心均是提高競爭力，包含產(chǎn)品質(zhì)量和成本。

在行業(yè)低迷的情況下，我們在東方希望重慶水泥項目上做了有益的嘗試，通過引入熱功聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，使每噸水泥耗電由

90 kW·h下降到75 kW·h，極大提升了企業(yè)的競爭力。

1 項目概況

重慶水泥項目是東方希望集團首次涉足水泥行業(yè)，其規(guī)劃初衷是在重慶構(gòu)建循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，即為涪陵P(guān)TA項目、萬盛煤化工項目、黔江化工項目產(chǎn)生的固體廢料—粉煤灰、電石渣等的綜合回收利用提供重要的經(jīng)濟渠道，并且還可利用豐都地區(qū)豐富的石灰石、砂巖、頁巖等資源。依托長江便利的水運條件，在長江岸邊溝坡地規(guī)劃建設5×4800 t/d水泥生產(chǎn)線。其中一期建設2×4800 t/d水泥生產(chǎn)線，在設計過程中，貫徹降成本、降排放、安全增效的理念，首次把熱功聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)應用于水泥生產(chǎn)線，其核心是將蒸汽拖動汽輪機代替水泥生產(chǎn)線傳統(tǒng)的電機拖動，打破水泥行業(yè)傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)，提高能量利用效率，降低能耗，進而為企業(yè)減低生產(chǎn)成本，創(chuàng)造相對優(yōu)勢。

2 系統(tǒng)設計

熱功聯(lián)產(chǎn)技術(shù)是一種新型節(jié)能環(huán)保技術(shù)，目前主要應用于大型火力發(fā)電廠的給水泵、引風機及化工系統(tǒng)的大型輔機拖動，在水泥系統(tǒng)中尚無應用先例。由于通過蒸汽直接用來做功，省去蒸汽發(fā)電、再利用電能帶動電動機的中間環(huán)節(jié)，能有效降低能耗。[4-5]在水泥生產(chǎn)線中，主要有窯尾高溫風機、生料循環(huán)風機、窯尾排風機、水泥磨等大型用電設備，其中水泥磨運行方式為間歇性運行。因此，熱功系統(tǒng)只考慮窯尾高溫風機、生料循環(huán)風機、窯尾排風機三個用電集中負荷設備。

概括起來，整個熱功聯(lián)供系統(tǒng)含兩個子系統(tǒng)，即蒸汽拖動系統(tǒng)和余熱發(fā)電系統(tǒng)。

蒸汽拖動系統(tǒng)核心設備是鍋爐、背壓式汽輪機（以下簡稱背壓機）、各拖動汽輪機、水泥回轉(zhuǎn)窯窯罩。鍋爐是整個系統(tǒng)的動力源，為整個系統(tǒng)提供蒸汽，在設計過程中選用能實現(xiàn)清潔燃燒的循環(huán)流化床鍋爐，蒸汽參數(shù)為高溫高壓，額定蒸發(fā)量150 t/h，設置兩臺，一運一備；背壓機接受來自鍋爐的蒸汽，通過膨脹做功，帶動發(fā)電機運行，然后將做功后的乏汽供給拖動機、余熱汽輪機和除氧器，背壓機容量選擇12 MW，排汽參數(shù)1.7 MPa、340℃；拖動機凝結(jié)水進入水泥回轉(zhuǎn)窯高溫段窯罩接受輻射熱加熱后回到汽機房經(jīng)水泵送入高壓除氧器。

余熱發(fā)電系統(tǒng)核心設備是水泥線雙壓窯頭鍋爐、窯尾鍋爐、余熱補汽凝汽式汽輪機組（以下簡稱補凝機）。窯頭窯尾產(chǎn)生同參數(shù)中壓蒸汽（其中窯頭蒸汽溫度稍高），匯合后進入余熱汽輪機組膨脹做功發(fā)電，余熱鍋爐單線產(chǎn)汽量約39.92 t/h，參數(shù)與背壓機排汽相同，可以實現(xiàn)與拖動系統(tǒng)的相互調(diào)節(jié)聯(lián)系；窯頭同時產(chǎn)生低壓參數(shù)蒸汽，作為汽輪機的補汽，因此汽輪機選用補汽凝汽式汽輪機。綜合拖動系統(tǒng)蒸汽裕量和二期規(guī)劃，余熱汽輪機選用22 MW低壓汽輪機，配25 MW發(fā)電機；汽輪機乏汽凝結(jié)后送入窯頭鍋爐公用省煤器加熱后，一路在窯頭繼續(xù)加熱蒸發(fā)，一路送入窯尾蒸發(fā)器，實現(xiàn)汽水循環(huán)。

背壓機排汽和水泥線余熱鍋爐產(chǎn)生中壓參數(shù)蒸汽采用同壓力參數(shù)，拖動系統(tǒng)和余熱系統(tǒng)既可各自獨立運行又可相互聯(lián)系運行，主要聯(lián)系方式是背壓機排汽直接向補凝機補汽，水泥余熱鍋爐新蒸汽也可通過聯(lián)絡管向各拖動汽輪機供汽，減低輸送管道損失。通過引入熱功系統(tǒng)，與傳統(tǒng)水泥技術(shù)比較，存在以下優(yōu)點。

1）多條水泥線余熱鍋爐對應一臺大容量汽輪機，將主蒸汽汽耗從4.99 kg/kW·h降低到4.75 kg/kW·h，有效實現(xiàn)節(jié)能降耗；汽輪機臺數(shù)少，能降低土建、控制、電氣等系統(tǒng)投資成本。

2）在水泥線生產(chǎn)波動或局部停產(chǎn)的情況下依舊能保持補凝機的平穩(wěn)運行或不停機安全運行。

3）在水泥線附近拖動蒸汽和水泥余熱蒸汽設有聯(lián)絡管，在生產(chǎn)運行穩(wěn)定情況下，可以直接將水泥余熱蒸汽供給拖動汽輪機，從而減少了沿程壓損。

4）拖動汽輪機采用DEH作為調(diào)節(jié)手段，調(diào)節(jié)范圍較電機（變頻調(diào)節(jié)）更靈活、范圍更廣，調(diào)節(jié)曲線更平滑，水泥生產(chǎn)負荷適應性增強。

5）熱力站采用并網(wǎng)不上網(wǎng)方式，少量電負荷從電網(wǎng)供給，用電可靠性增強，特別是在電網(wǎng)覆蓋薄弱或不穩(wěn)定的區(qū)域，效果尤為明顯。

6）循環(huán)流化床鍋爐爐渣直接通過鏈斗機輸送至水泥均化庫，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈循環(huán)。

7）設計中綜合考慮水泥回轉(zhuǎn)窯輻射熱，和拖動機凝結(jié)水系統(tǒng)聯(lián)系起來，有效實現(xiàn)能量回收。

3 效益分析

一期每條水泥線設計有三臺拖動設備，分別為窯尾高溫風機、原料磨循環(huán)風機、窯尾收塵排風風機，對應當量功率分別為2980 kW、3750 kW、1440 kW，共有兩條水泥線，總當量功率16340 kW，對應拖動機總進汽量84.8 t/h。

根據(jù)系統(tǒng)設計時的能量平衡圖，數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表1。

根據(jù)上表，不考慮管道汽水損失和鍋爐排污情況下，鍋爐蒸發(fā)量137.66 t/h，達到鍋爐額定蒸發(fā)量（150 t/h）的91.8%，在設計工況下運行。根據(jù)鍋爐廠熱力計算書數(shù)據(jù)，鍋爐標煤耗14.5 t/h，結(jié)合上表，全廠供電煤耗406g/kW·h，遠低于同型機組平均485 g/kW·h的標準，實現(xiàn)節(jié)能目標。目前市場到廠標煤價格700元/噸（燃料依托長江水運），鍋爐每小時燃料成本為10150元；下網(wǎng)電價0.67元/kW·h，如果按電機用電量計算，則購電成本23892元，在不計如爐渣回收水泥線等節(jié)能手段的情況下，節(jié)能效益非常可觀。

4 結(jié)束語

當前，隨著國內(nèi)建材企業(yè)紛紛走向國外，在廣大東南亞、非洲、南美洲等地區(qū)建立生產(chǎn)基地，直接面臨的問題是這些地區(qū)往往電力基礎設施落后，沒有電網(wǎng)覆蓋或電網(wǎng)薄弱，如果直接建電廠則處于孤網(wǎng)運行，事故情況下會對水泥生產(chǎn)設備造成重大事故。通過引入熱功聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，做到熱、電平衡，一方面可以保證設備的安全運行的影響，另一方面通過全盤考慮水泥線余熱回收，糅合到熱力系統(tǒng)中，能有效降低能耗，幫助企業(yè)取得相對優(yōu)勢，直面國際競爭。

參考文獻

[1]楊勇正.遏制水泥新增產(chǎn)能探索共贏整合模式提升水泥行業(yè)價值[J].中國建材，2012（07）.

[2]李振宇，肖勝福.水泥行業(yè)環(huán)保新標準帶來的影響及應對策略—以遵化市為例[J].河北金融，2012（06）.

[3]倪付任.我國水泥行業(yè)項目投資風險管理研究[D].中國礦業(yè)大學，2013.

[4]郭洪東.用系統(tǒng)工程的觀點分析熱功聯(lián)產(chǎn)汽輪機的經(jīng)濟性[J].石油和化工節(jié)能，2008（05）.

[5]王金明.熱功聯(lián)產(chǎn)是提高熱電廠經(jīng)濟效益的有效措施[J].中國設備工程，2003（05）.endprint

摘 要 結(jié)合熱功聯(lián)產(chǎn)技術(shù)在水泥生產(chǎn)線上的設計實踐情況，著重介紹了蒸汽拖動系統(tǒng)及流程。通過系統(tǒng)的經(jīng)濟性及安全性分析，闡述熱功聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的經(jīng)濟型、安全可靠性及調(diào)節(jié)性能，及在水泥行業(yè)推廣應用的潛力。

關(guān)鍵詞 蒸汽拖動；余熱發(fā)電；熱功當量；煤耗低；控制曲線平滑

中圖分類號：TK223 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0114-02

隨著國家房地產(chǎn)調(diào)控政策的不斷深入，房地產(chǎn)行業(yè)受到巨大沖擊，進而影響到水泥、鋼鐵、玻璃等與之息息相關(guān)的上游產(chǎn)業(yè)，水泥行業(yè)也面臨重新洗牌。統(tǒng)計資料表明，截止2012年底，我國新型干法水泥實際生產(chǎn)能力為28.9億噸，如果加上尚未退出的落后生產(chǎn)力，我國水泥產(chǎn)能實際已經(jīng)超出當年水泥需求8億噸。水泥行業(yè)的產(chǎn)能過剩不僅使得行業(yè)經(jīng)濟效益下滑，市場惡性競爭加劇，也對行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和企業(yè)轉(zhuǎn)型升級帶來了阻礙。如何應對產(chǎn)能過剩？對于企業(yè)來說，一方面需要進行技術(shù)創(chuàng)新，淘汰落后產(chǎn)能，降低生產(chǎn)成本；另一方面需要走出國門，直面國際化競爭，其核心均是提高競爭力，包含產(chǎn)品質(zhì)量和成本。

在行業(yè)低迷的情況下，我們在東方希望重慶水泥項目上做了有益的嘗試，通過引入熱功聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，使每噸水泥耗電由

90 kW·h下降到75 kW·h，極大提升了企業(yè)的競爭力。

1 項目概況

重慶水泥項目是東方希望集團首次涉足水泥行業(yè)，其規(guī)劃初衷是在重慶構(gòu)建循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，即為涪陵P(guān)TA項目、萬盛煤化工項目、黔江化工項目產(chǎn)生的固體廢料—粉煤灰、電石渣等的綜合回收利用提供重要的經(jīng)濟渠道，并且還可利用豐都地區(qū)豐富的石灰石、砂巖、頁巖等資源。依托長江便利的水運條件，在長江岸邊溝坡地規(guī)劃建設5×4800 t/d水泥生產(chǎn)線。其中一期建設2×4800 t/d水泥生產(chǎn)線，在設計過程中，貫徹降成本、降排放、安全增效的理念，首次把熱功聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)應用于水泥生產(chǎn)線，其核心是將蒸汽拖動汽輪機代替水泥生產(chǎn)線傳統(tǒng)的電機拖動，打破水泥行業(yè)傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)，提高能量利用效率，降低能耗，進而為企業(yè)減低生產(chǎn)成本，創(chuàng)造相對優(yōu)勢。

2 系統(tǒng)設計

熱功聯(lián)產(chǎn)技術(shù)是一種新型節(jié)能環(huán)保技術(shù)，目前主要應用于大型火力發(fā)電廠的給水泵、引風機及化工系統(tǒng)的大型輔機拖動，在水泥系統(tǒng)中尚無應用先例。由于通過蒸汽直接用來做功，省去蒸汽發(fā)電、再利用電能帶動電動機的中間環(huán)節(jié)，能有效降低能耗。[4-5]在水泥生產(chǎn)線中，主要有窯尾高溫風機、生料循環(huán)風機、窯尾排風機、水泥磨等大型用電設備，其中水泥磨運行方式為間歇性運行。因此，熱功系統(tǒng)只考慮窯尾高溫風機、生料循環(huán)風機、窯尾排風機三個用電集中負荷設備。

概括起來，整個熱功聯(lián)供系統(tǒng)含兩個子系統(tǒng)，即蒸汽拖動系統(tǒng)和余熱發(fā)電系統(tǒng)。

蒸汽拖動系統(tǒng)核心設備是鍋爐、背壓式汽輪機（以下簡稱背壓機）、各拖動汽輪機、水泥回轉(zhuǎn)窯窯罩。鍋爐是整個系統(tǒng)的動力源，為整個系統(tǒng)提供蒸汽，在設計過程中選用能實現(xiàn)清潔燃燒的循環(huán)流化床鍋爐，蒸汽參數(shù)為高溫高壓，額定蒸發(fā)量150 t/h，設置兩臺，一運一備；背壓機接受來自鍋爐的蒸汽，通過膨脹做功，帶動發(fā)電機運行，然后將做功后的乏汽供給拖動機、余熱汽輪機和除氧器，背壓機容量選擇12 MW，排汽參數(shù)1.7 MPa、340℃；拖動機凝結(jié)水進入水泥回轉(zhuǎn)窯高溫段窯罩接受輻射熱加熱后回到汽機房經(jīng)水泵送入高壓除氧器。

余熱發(fā)電系統(tǒng)核心設備是水泥線雙壓窯頭鍋爐、窯尾鍋爐、余熱補汽凝汽式汽輪機組（以下簡稱補凝機）。窯頭窯尾產(chǎn)生同參數(shù)中壓蒸汽（其中窯頭蒸汽溫度稍高），匯合后進入余熱汽輪機組膨脹做功發(fā)電，余熱鍋爐單線產(chǎn)汽量約39.92 t/h，參數(shù)與背壓機排汽相同，可以實現(xiàn)與拖動系統(tǒng)的相互調(diào)節(jié)聯(lián)系；窯頭同時產(chǎn)生低壓參數(shù)蒸汽，作為汽輪機的補汽，因此汽輪機選用補汽凝汽式汽輪機。綜合拖動系統(tǒng)蒸汽裕量和二期規(guī)劃，余熱汽輪機選用22 MW低壓汽輪機，配25 MW發(fā)電機；汽輪機乏汽凝結(jié)后送入窯頭鍋爐公用省煤器加熱后，一路在窯頭繼續(xù)加熱蒸發(fā)，一路送入窯尾蒸發(fā)器，實現(xiàn)汽水循環(huán)。

背壓機排汽和水泥線余熱鍋爐產(chǎn)生中壓參數(shù)蒸汽采用同壓力參數(shù)，拖動系統(tǒng)和余熱系統(tǒng)既可各自獨立運行又可相互聯(lián)系運行，主要聯(lián)系方式是背壓機排汽直接向補凝機補汽，水泥余熱鍋爐新蒸汽也可通過聯(lián)絡管向各拖動汽輪機供汽，減低輸送管道損失。通過引入熱功系統(tǒng)，與傳統(tǒng)水泥技術(shù)比較，存在以下優(yōu)點。

1）多條水泥線余熱鍋爐對應一臺大容量汽輪機，將主蒸汽汽耗從4.99 kg/kW·h降低到4.75 kg/kW·h，有效實現(xiàn)節(jié)能降耗；汽輪機臺數(shù)少，能降低土建、控制、電氣等系統(tǒng)投資成本。

2）在水泥線生產(chǎn)波動或局部停產(chǎn)的情況下依舊能保持補凝機的平穩(wěn)運行或不停機安全運行。

3）在水泥線附近拖動蒸汽和水泥余熱蒸汽設有聯(lián)絡管，在生產(chǎn)運行穩(wěn)定情況下，可以直接將水泥余熱蒸汽供給拖動汽輪機，從而減少了沿程壓損。

4）拖動汽輪機采用DEH作為調(diào)節(jié)手段，調(diào)節(jié)范圍較電機（變頻調(diào)節(jié)）更靈活、范圍更廣，調(diào)節(jié)曲線更平滑，水泥生產(chǎn)負荷適應性增強。

5）熱力站采用并網(wǎng)不上網(wǎng)方式，少量電負荷從電網(wǎng)供給，用電可靠性增強，特別是在電網(wǎng)覆蓋薄弱或不穩(wěn)定的區(qū)域，效果尤為明顯。

6）循環(huán)流化床鍋爐爐渣直接通過鏈斗機輸送至水泥均化庫，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈循環(huán)。

7）設計中綜合考慮水泥回轉(zhuǎn)窯輻射熱，和拖動機凝結(jié)水系統(tǒng)聯(lián)系起來，有效實現(xiàn)能量回收。

3 效益分析

一期每條水泥線設計有三臺拖動設備，分別為窯尾高溫風機、原料磨循環(huán)風機、窯尾收塵排風風機，對應當量功率分別為2980 kW、3750 kW、1440 kW，共有兩條水泥線，總當量功率16340 kW，對應拖動機總進汽量84.8 t/h。

根據(jù)系統(tǒng)設計時的能量平衡圖，數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表1。

根據(jù)上表，不考慮管道汽水損失和鍋爐排污情況下，鍋爐蒸發(fā)量137.66 t/h，達到鍋爐額定蒸發(fā)量（150 t/h）的91.8%，在設計工況下運行。根據(jù)鍋爐廠熱力計算書數(shù)據(jù)，鍋爐標煤耗14.5 t/h，結(jié)合上表，全廠供電煤耗406g/kW·h，遠低于同型機組平均485 g/kW·h的標準，實現(xiàn)節(jié)能目標。目前市場到廠標煤價格700元/噸（燃料依托長江水運），鍋爐每小時燃料成本為10150元；下網(wǎng)電價0.67元/kW·h，如果按電機用電量計算，則購電成本23892元，在不計如爐渣回收水泥線等節(jié)能手段的情況下，節(jié)能效益非?？捎^。

4 結(jié)束語

當前，隨著國內(nèi)建材企業(yè)紛紛走向國外，在廣大東南亞、非洲、南美洲等地區(qū)建立生產(chǎn)基地，直接面臨的問題是這些地區(qū)往往電力基礎設施落后，沒有電網(wǎng)覆蓋或電網(wǎng)薄弱，如果直接建電廠則處于孤網(wǎng)運行，事故情況下會對水泥生產(chǎn)設備造成重大事故。通過引入熱功聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，做到熱、電平衡，一方面可以保證設備的安全運行的影響，另一方面通過全盤考慮水泥線余熱回收，糅合到熱力系統(tǒng)中，能有效降低能耗，幫助企業(yè)取得相對優(yōu)勢，直面國際競爭。

參考文獻

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