國(guó)外水泥窯余熱聯(lián)合自備電站的應(yīng)用

李偉明（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230051）

0 前言

本文介紹了巴基斯坦阿托克水泥有限公司4 000 t/d生產(chǎn)線配套建設(shè)一座帶CFB鍋爐的15 MW余熱聯(lián)合自備電站的設(shè)計(jì)與應(yīng)用效果，該項(xiàng)目采用“三爐一機(jī)”配置，即兩臺(tái)煙氣余熱鍋爐加一臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐（CFB鍋爐），配置一套中溫中壓汽輪發(fā)電機(jī)組。

與一般國(guó)外項(xiàng)目水泥窯同步建設(shè)余熱電站和自備電站不同，通過(guò)將余熱鍋爐和CFB鍋爐統(tǒng)一設(shè)計(jì)在一個(gè)熱力系統(tǒng)中，建設(shè)一座余熱聯(lián)合自備電站，既節(jié)約了項(xiàng)目投資，也降低了電站運(yùn)行成本。該水泥窯余熱聯(lián)合自備電站方案，獲得了業(yè)主的充分認(rèn)可，該項(xiàng)目的成功運(yùn)行，對(duì)國(guó)外類(lèi)似工程設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。

1 聯(lián)合電站熱力系統(tǒng)方案

水泥窯余熱聯(lián)合自備電站中CFB鍋爐與常規(guī)水泥窯補(bǔ)燃余熱電站中的補(bǔ)燃鍋爐作用是不同的，常規(guī)補(bǔ)燃鍋爐的作用僅是對(duì)余熱鍋爐蒸汽進(jìn)行再熱，穩(wěn)定蒸汽品質(zhì)，保證汽輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，不增加余熱電站的裝機(jī)規(guī)模。而余熱聯(lián)合自備電站中，CFB鍋爐是電站發(fā)電的主力設(shè)備，余熱鍋爐僅作為CFB鍋爐的輔助熱源。該聯(lián)合電站，可通過(guò)配置不同規(guī)格的CFB鍋爐滿足水泥生產(chǎn)線對(duì)電力的需求。

本項(xiàng)目中，阿托克水泥廠所在地區(qū)電力資源匱乏，在要增加發(fā)電量，投資還要省的背景下，業(yè)主認(rèn)可了水泥窯余熱聯(lián)合自備電站方案，該電站裝機(jī)規(guī)模為15 MW。在常規(guī)4 000 t/d水泥窯余熱電站中，電站發(fā)電量一般為6 MW，即當(dāng)聯(lián)合電站裝機(jī)要到15 MW時(shí)，多出發(fā)電所需的蒸汽由CFB鍋爐提供。

同時(shí)，業(yè)主也要求余熱聯(lián)合自備電站不僅僅余熱鍋爐和CFB鍋爐聯(lián)合運(yùn)行，還要能獨(dú)立運(yùn)行，以保證電站能連續(xù)發(fā)電，即電站熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)需考慮以下三種發(fā)電工況：三臺(tái)鍋爐聯(lián)合運(yùn)行；CFB鍋爐單獨(dú)運(yùn)行；兩臺(tái)余熱鍋爐單獨(dú)運(yùn)行。

結(jié)合CFB鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，兼顧水泥窯余熱鍋爐具備獨(dú)立發(fā)電的功能，不同于常規(guī)余熱電站的低壓蒸汽參數(shù)的設(shè)計(jì)，本次采用了中溫中壓的熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主蒸汽參數(shù)為3.82 MPa-450℃。

阿托克水泥窯余熱聯(lián)合自備電站熱力系統(tǒng)方案見(jiàn)圖1，特點(diǎn)如下：

圖1 阿托克水泥窯余熱聯(lián)合自備電站原則性熱力系統(tǒng)圖

（1）在AQC余熱鍋爐中，設(shè)置了一臺(tái)兼顧余熱鍋爐和CFB鍋爐總熱水量的熱水器，即汽輪發(fā)電機(jī)房凝汽器中的凝結(jié)水，經(jīng)凝結(jié)水泵送入AQC鍋爐熱水器加熱到104℃后，再送入熱力除氧器進(jìn)行除氧，既充分利用了窯頭余熱資源，也減少了熱力除氧器對(duì)低壓蒸汽的需求；

（2）由于生料中綜合水分較低，因此SP鍋爐設(shè)置一套0.35 MPa的低壓蒸汽系統(tǒng)，鍋爐排煙溫度為180℃，低壓蒸汽可為熱力除氧提供補(bǔ)充熱源，剩余的低壓蒸汽送入汽輪機(jī)進(jìn)行補(bǔ)汽發(fā)電；

（3）SP余熱鍋爐生產(chǎn)的飽和蒸汽與AQC余熱鍋爐生產(chǎn)的飽和蒸汽，匯總后送入AQC余熱鍋爐公共過(guò)熱器過(guò)熱到350℃，然后與CFB鍋爐過(guò)熱蒸汽一起進(jìn)入CFB鍋爐公共過(guò)熱器進(jìn)行再熱，最終CFB鍋爐出口蒸汽溫度為450℃。

（4）考慮CFB鍋爐單獨(dú)運(yùn)行工況，汽輪機(jī)設(shè)置低溫抽汽口，在余熱鍋爐不運(yùn)行時(shí)，通過(guò)抽汽，給熱力除氧器提供熱源。

（5）考慮余熱鍋爐獨(dú)立運(yùn)行工況，設(shè)計(jì)要求余熱鍋爐及汽輪發(fā)電機(jī)組降壓至2.35 MPa后，可穩(wěn)定運(yùn)行。

2 運(yùn)行情況

阿托克水泥窯余熱聯(lián)合自備電站于2018年4月投入運(yùn)行，電站投入后運(yùn)行穩(wěn)定，聯(lián)合電站三臺(tái)鍋爐同時(shí)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電量約15 400 kW，CFB鍋爐獨(dú)立運(yùn)行時(shí)約11 000 kW，余熱鍋爐獨(dú)立運(yùn)行時(shí)的發(fā)電量約4 500～5 000 kW。

電站穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，調(diào)試中也發(fā)現(xiàn)一些缺陷，主要是當(dāng)余熱鍋爐獨(dú)立運(yùn)行發(fā)電時(shí)，AQC余熱鍋爐的熱水器管道震動(dòng)大。經(jīng)分析，由于CFB鍋爐未投運(yùn)，AQC鍋爐熱水器的給水量大幅度減小，凝結(jié)水泵變頻后，給水壓力也降低，造成熱水器工作壓力偏低，出水溫度高，管道中的凝結(jié)水沸騰造成震動(dòng)。在此情況下，通過(guò)關(guān)小熱水器出水閥門(mén)增大熱水器中給水的壓力，一定程度上減輕了熱水器管道震動(dòng)大的問(wèn)題。因此，在水泥窯余熱聯(lián)合自備電站的設(shè)計(jì)中，如需要余熱鍋爐與CFB鍋爐能單獨(dú)運(yùn)行發(fā)電，可讓兩套鍋爐系統(tǒng)的給水及除氧分開(kāi)，互不干涉，避免類(lèi)似情況出現(xiàn)。

同時(shí)也可以看到，余熱鍋爐獨(dú)立運(yùn)行時(shí)的發(fā)電量較傳統(tǒng)的低壓余熱電站更低，因?yàn)槭芟抻谒喔G廢氣溫度，雖然降壓能運(yùn)行，但鍋爐及汽輪機(jī)的效率也相應(yīng)降低。不過(guò)電站自投運(yùn)以來(lái)，CFB鍋爐系統(tǒng)較穩(wěn)定，單獨(dú)余熱鍋爐運(yùn)行發(fā)電的情況較少。

3 結(jié)語(yǔ)

在“一帶一路”大環(huán)境下，水泥企業(yè)走出去，面對(duì)的主要是發(fā)展中國(guó)家的業(yè)主，這些發(fā)展中國(guó)家普遍存在地區(qū)供電不穩(wěn)定或電力短缺等情況，而水泥窯對(duì)電量需求較大，如業(yè)主希望為水泥窯建設(shè)自備電站，在傳統(tǒng)的建設(shè)余熱電站和自備電站兩座電站方案之外，采取水泥窯余熱聯(lián)合自備電站方案，可大幅度節(jié)約電站投資和運(yùn)行成本，能給業(yè)主多一個(gè)解決供電問(wèn)題的方案選擇。