1、南京凱盛開能環保能源有限公司 水泥余熱資源利用的新趨勢及新途徑水泥余熱資源利用的新趨勢及新途徑2015-9-12報告提綱報告提綱報告提綱報告提綱 江西亞東水泥5#、6#生產線的余熱電站由南京凱盛開能環保能源有限公司總承包，該電站采用機、爐集中控制方式，機組及其輔助設備的正常運行以操作員站為監控中心。 儀控系統主要包括：分散控制系統（DCS）、數字電液控制系統（DEH）、汽輪機安全檢測儀表（TSI）等，電氣控制系統（ECS）、化水控制系統通過通訊方式接入DCS，使得電站具有高度的自動化水平，確保機組安全、穩定的運行。 在項目準備階段，我公司各專業技術人員多次召開討論會、反復論證全廠自動化控制方案

2、的可行性，并結合業主提出的合理化建議，最終制定了一套切實可行的控制方案，在余熱電站項目上成功實現了“一鍵啟停”技術。 該機組于2014年04月26日順利通過72小時整套試運行考核，2014年05月17日通過性能指標考核。江西亞東項目概況 本余熱電站在設計時遵循“技術先進、生產可靠、節約投資”的原則 ，采用了我院最先進的第二代雙壓純低溫余熱發電技術及窯頭鍋爐采用沉降室與余熱鍋爐一體化的我院專利技術（專利號：ZL2008 2 0033019.6），實現了方案的最優設計和資源的最大化利用。裝機概況裝機概況 本工程為2x6000t/d熟料生產線的燒成系統配套余熱發電工程，配置兩臺AQC鍋爐、兩臺SP鍋

3、爐及一套18MW純凝補汽式汽輪發電機組。總圖布置總圖布置 本工程充分利用原廠區空地建設。余熱鍋爐布置在原水泥線窯頭、窯尾旁邊，主廠房及冷卻塔利用原廠區的空地建設。江西亞東設計方案江西亞東全廠總圖江西亞東中控實景該項目最大的特點：實現了“一鍵啟停技術”，可以做到中控室一人值守。 江西亞東系統演示余熱電站的主要工藝包括： 空氣壓縮系統 原水供水系統 循環冷卻水系統 汽輪發電機供油系統 凝結水、給水系統 余熱鍋爐清灰系統 余熱鍋爐煙風系統 主蒸汽大旁路系統（暖管） 汽機抽真空系統 汽機沖轉 電氣并網 江西亞東工藝流程分解江西亞東DCS操作界面鍋爐煙風系統-部分摘錄江西亞東鍋爐煙風系統 氣動閥、空壓機

4、 該項目的調節閥多為氣動調節閥，為此在工程設計階段考慮增加了一套壓縮空氣系統。壓縮空氣系統設有三臺空壓機，其中兩臺為儀用空壓機，通過硬聯鎖實現一用一備，另一臺空壓機為化水系統反洗用。江西亞東技術關鍵點組合閥組合閥手動停機手動停機啟動閥啟動閥停機電磁閥停機電磁閥掛閘電磁閥掛閘電磁閥汽機實現遠程自動掛閘，主汽門采用側掛式。江西亞東技術關鍵點 主蒸汽設計參數1.6MPa,370。當主蒸汽壓力大于1.8MPa或全場失電或啟機暖管等三種情況下打開大旁路，通過旁路減溫減壓器，蒸汽降為0.15MPa，150，排入凝汽器。當全場失電，可通過大旁路調節蒸汽量，匹配生產線生產用電，實現孤島運行；同時，在暖管，啟機

5、和停機時，通過汽機大旁路系統，回收疏水，節約水資源，提高系統運行的經濟性；a.在主蒸汽壓力大于1.8MPa時，可通過大旁路調整系統壓力，提高系統穩定性和可靠性。旁路減溫減壓器大旁路系統江西亞東汽機主汽大旁路系統汽水系統主蒸汽旁路減溫減壓系統江西亞東 設置蒸汽大旁路系統 汽機廠房設三臺變頻高壓給水泵(兩用一備)，三臺變頻低壓給水泵(兩用一備)，分別向兩臺AQC鍋爐高壓省煤器供水，分別向AQC鍋爐低壓省煤器供水。 系統既有足夠的可靠性和靈活性，并可以充分利用鍋爐的富裕容量，還可以進行各爐之間的最有利的負荷分配，提高調節精度。運行經濟、安全、穩定、高效。鍋爐給水系統切換母管江西亞東給水系統采用切換母

6、管制鍋爐給水系統圖：切換母管制給水系統采用切換母管制江西亞東給水系統采用切換母管制 設備控制方式改進與I/O測點增設 給水泵、循環水泵、冷塔風機等均采用變頻控制技術 除氧器凝結水進口閥采用電動或氣動形式 汽機本體疏水閥全部采用電動閥 均壓箱調節閥采用氣動閥江西亞東技術關鍵點 在線取樣分析 汽水取樣分析設有爐水PH和電導率的在線分析儀表，并在手動和自動取樣管路上分別設置了一個電磁閥，正常時自動取樣電磁閥工作，當取樣溫度過高時自動取樣電磁閥關閉，采用手動取樣。江西亞東技術關鍵點設計值設計值考核驗收值考核驗收值水泥線規模2x7000 t/d2x6750 t/d余熱發電裝機容量18000 kW主要生產

7、設備2臺AQC鍋爐+2臺SP鍋爐+1套汽輪發電機組2臺AQC鍋爐+2臺SP鍋爐+1套汽輪發電機組平均發電功率16500 kW16789.33 kW年運行時間7200 h7200 h年發電量11880 x 104 kW.h/a12088.32 x 104 kW.h/a余熱發電自用電率7 %5.24%年供電量11048.4 x 104 kW h/a11454.9 x 104 kW h/a設備運轉率相對于窯95%相對于窯98.5%噸熟料發電指標28.3 kW h/t29.9 kW h/t勞動定員8人7人全投資財務內部收益率30.54%32.05%江西亞東技術性能指標 該余熱電站的自動化程度較高，減少

8、了操作員的工作強度，將生產發電的任務交給現場設備來完成。從繁忙操盤中解放出來的操作員只需跟蹤當前機組的報警信息流提示，便能夠實時了解整個機組的運行情況，同時還可以充分利用節約出來的時間對全廠現場設備進行定期巡檢，大大提高了機組的生產力和員工的工作效率。江西亞東潛在價值報告提綱報告提綱 工信部于2015年4月下發“工業和信息化辦公廳關于開展2015年智能制造試點示范項目推薦的通知”，泰安中聯提交了上報材料。 泰安中聯智能制造方案要求達到節能降耗、管理提升、設備保障和減員增效的目標，整個項目的實施旨在從智能物智能物流流、智能質控智能質控、智能生產智能生產、智能巡檢智能巡檢、智能報表及監控智能報表及

9、監控五個方面對泰安中聯生產線進行優化完善。泰安中聯設計方案 余熱發電余熱發電為實現智能制造，實施余熱發電專家控制系統，除了適當提高重要生產環節的自控元器件配置檔次、實現余熱發電各子系統的現場無人值守功能外，還將提升FCS系統配置水平，并與熟料水泥主生產線的智能平臺兼容，同時通過對真空調節系統和功率系統的優化控制，有效減少中控操作人員數量。 采用了我院最先進的第二代雙壓第二代雙壓純低溫余熱發電技術及窯頭鍋爐采用沉降室與余熱鍋爐一體化的我院專利技術（專利號：（專利號：ZL2008 2 ZL2008 2 0033019.60033019.6），），實現了方案的最優設計和資源的最大化利用。 本工程為單

10、條5000t/d熟料生產線的燒成系統配套余熱發電工程，配置一臺AQC鍋爐、一臺SP鍋爐及一套7MW純凝補汽式汽輪發電機組。泰安中聯設計方案泰安中聯全廠總圖泰安中聯無人值守系統無人值守系統無人值守系統 該項目最大的特點在于余熱電站要求“無人值守”，除了較為可靠的設備質量和性能保證，如采用國內一流品牌、國外優質品牌；還需要在江西亞東 “一鍵啟停系統”技術的基礎上再進一步提高，才可以在理論上實現該項目標。泰安中聯無人值守系統 技術方案特點技術方案特點 1、汽輪機要求主汽門遠程掛閘、遠程開啟啟動閥，補汽門遠程操作；電動盤車自動投入/自動脫開、自立式壓力調節閥改為氣動調節閥； 2、原則上，重要的、經常操

11、作以及大管徑的閥門均采用電動/氣動方式控制，如冷油器補工業水閥門改為電動閥，與油溫連鎖；射水箱補水閥改為電動閥，與水箱水位連鎖；射水泵出口增加去循環水回水管的管道，加裝電磁閥，與水箱水溫連鎖等等；泰安中聯無人值守系統 技術方案特點技術方案特點 3、給水系統采用高、低壓雙系統方案，即高、低壓管網采用各自獨立的給水泵系統，對應各自的蒸汽管網； 4、水位調節均采用氣動調節閥；如汽包水位、熱井水位等； 5、真空濾油濾油系統要求其真空分離罐進油閥采用電磁閥，并設有超高液位浮球、液位浮球，以對真空罐內液位的高低進行自動控制；在線運行，可實現無人運行。 6、全方位的變頻設計，如給水泵、凝結水泵、射水泵、循環

12、水泵以及冷卻塔風機等，充分利用能源，降低能耗；泰安中聯無人值守系統 技術方案特點技術方案特點 7、智能化水系統：車間設備、儀表信號控制全部進入DCS，可實現化水車間制水全自動控制，做到無人值守； 8、在線系統設計：在線儀表監測、在線取樣分析、在線自動加藥等。 9、DCS與水泥線結合：余熱發電和水泥線DCS采用同一品牌產品，采用同一服務器，方便通訊，方便實現數據統一統計、處理； 10、中控室優化：汽機房和水泥線中控樓相近建設，中控室有通道連通，二者中控室進行合并布置，集中運行管理，提高工作效率，減少人員配置。泰安中聯專家智能控制 智能控制智能控制 （1）真空調節智能控制 循環水泵、冷卻塔，配套電

13、機均采用變頻電機。通過控制進凝汽器的冷卻水進水溫度，控制凝汽器的背壓，使電站處于最佳發電工況，并有效降低余熱電站的自耗電。 射水泵采用變頻，可是實現自啟動；補水采用電動閥，連鎖水箱水位；泵出口母管設置旁路回水至循環水系統，可實現水箱的水溫控制、調節，確保射水抽真空維持在最佳效果。泰安中聯專家智能控制 智能控制智能控制 （2）排污智能控制 循環冷卻水系統設計水質在線儀表，同時增加排污電動閥。可以通過DCS編程，在保持水質穩定的前提下，減少排污量。 （3）有功智能調節 根據主蒸汽壓力或有功量，利用505裝置實現有功功率智能調節。 （4）無功智能調節 利用勵磁裝置實現發電機無功功率智能調節。 （5）

14、智能并網 通過同期裝置判斷同期并網條件，實現智能并網。報告提綱報告提綱余熱回收拖動技術 余熱回收拖動技術有別于傳統的余熱發電技術，它是由余熱鍋爐+汽輪機+轉動設備而組成的系統，利用汽輪機將其轉化為機械能后直接驅動風機等耗能設備；其能量轉換環節為：蒸汽汽輪機轉動設備；與余熱發電系統相比，降低了發電機的機械能轉變為電能和電動機的電能轉變為機械能的兩次能量轉變過程所產生的損失，以及電能傳輸過程中的線路損失。蒸汽一汽輪機發電機電力傳輸網絡電動機轉動設備。 余熱回收拖動機組優點(1) 技術成熟汽輪機-電機聯合拖動形式在化工、冶金行業應用已比較多，國內汽輪機生產企業，如杭州汽輪機廠、南京汽輪機廠、青島汽輪

15、機廠等，在工業拖動汽輪機生產方面均積累了豐富的經驗，用汽輪機拖動風機等，從技術上來說是成熟的。(2) 回收效率高與發電機組相比，拖動機組降低了發電機的機械能轉變為電能和電動機的電能轉變為機械能的兩次能量轉變過程所產生的損失，以及電能傳輸過程中的線路損失。兩者的節能比較主要體現在系統的傳動效率上，余熱回收拖動機組傳動效率高，而余熱回收發電機組的傳動效率則較低，具體見下表。余熱回收拖動機組優點序號方式1：余熱拖動效率損失/%方式2：余熱發電效率損失/%備注1汽輪機與風機之間離合器的機械損失12低轉速汽輪機比高轉速汽輪機效率損失242汽輪機與風機之間減速機的機械損失12發電機效率損失、發電機出口至變

16、頻器的電網線路損失3.53變頻電機效率、變頻器效率損失344合計24合計8.511.5兩種余熱利用方式的裝置傳動效率對比從上表可看出，汽機拖動比余熱發電效率損失少6.57.5，顯然更節能。注：變頻器及變頻電機均按西門子高效變頻器及變頻電機效率考慮。余熱回收拖動機組優點(3) 無需電力部門審批，減少運行費用采用余熱回收發電機組時，需要并網，這就需通過電力部門審批與管理，特別是對于中、小企業，電力部分的監管就越嚴格，往往有可能無法獲得電力部門的批準，發電機組也就不能采用。而對于余熱回收拖動機組就無須電力部門的審批與管理，也可以節省一筆管理費用。(4) 減少操作、管理人員采用余熱回收發電機組時，風機

17、和余熱回收發電機組往往是分屬不同的部門，風機屬水泥廠管理，余熱發電機組屬電站管理，就需配備兩套人員來進行操作與管理；另外，由于有發、配電系統存在，也增加了上級變電站操作人員的工作量，而對于余熱拖動機組就只需一套操作與管理人員。(3) 無需電力部門審批，減少運行費用采用余熱回收發電機組時，需要并網，這就需通過電力部門審批與管理，特別是對于中、小企業，電力部分的監管就越嚴格，往往有可能無法獲得電力部門的批準，發電機組也就不能采用。而對于余熱回收拖動機組就無須電力部門的審批與管理，也可以節省一筆管理費用。(4) 減少操作、管理人員采用余熱回收發電機組時，風機和余熱回收發電機組往往是分屬不同的部門，風

18、機屬水泥廠管理，余熱發電機組屬電站管理，就需配備兩套人員來進行操作與管理；另外，由于有發、配電系統存在，也增加了上級變電站操作人員的工作量，而對于余熱拖動機組就只需一套操作與管理人員。余熱回收拖動機組優點案例分析以國內典型的5000t/d水泥生產線余熱回收汽輪機拖動項目為例進行分析，該生產線采用第四代篦冷機，窯尾預熱器采用六級預熱器，出口煙風溫度約為260。余熱利用思路為：窯頭、窯尾煙氣余熱余熱鍋爐蒸汽汽輪機轉動設備，考慮機組運行的安全性、可靠性以及經濟性，本方案中轉動設備確定為高溫風機、窯尾排風風機以及水泥磨。案例分析-余熱資源水泥窯生產過程中所排余熱主要有兩部分： 窯頭篦冷機所排熱空氣；

19、窯尾預熱器C1筒所排廢氣，具體參數如下表所示：序號序號項項 目目窯尾廢氣指標窯尾廢氣指標窯頭廢氣指標窯頭廢氣指標1廢氣量（濕基）330000Nm3/h200000Nm3/h2廢氣溫度260380（中部抽風）3廢氣含塵量5060 g/Nm31522 g/Nm34廢氣成分（濕基）O2CO2N2H2O45%2030%6567%36%2021%/7679%12%案例分析-設計原則（1）本工程為一條5000t/d熟料生產線配套余熱回收拖動工程，采用工業汽輪機直接驅動高溫風機、窯尾排風風機和水泥磨，設備原則上采用國產設備；（2）高溫風機配置一臺2500kW工業汽輪機；窯尾排風風機配置一臺1200kW工業汽

20、輪機；水泥磨配置一臺3500kW工業汽輪機驅動和一臺電動/發電；（3）鍋爐島按照一條熟料生產線考慮，布置一臺AQC爐和一臺SP爐；（4）蓖冷機設置一個抽風口，窯頭余熱鍋爐底部設沉降裝置；（5）配置一臺真空除氧器，除氧工藝采用真空除氧器除氧；（6）鍋爐補給水暫擬采用除鹽水，反滲透+混床工藝；（7）設備冷卻水采用循環水，循環水采用機力通風冷卻塔進行冷卻；（8）轉動設備冷卻水、循環水補水采用工業水，與廠區內原有工業水系統連接；（9）熱工控制部分采用分散控制系統(DCS) ；案例分析-原則性熱力系統圖0.2 t/h0.1 t/h39330000Nm /h2600.85MPa194.6916514.36

21、t/h26035.67/h 42380200000Nm /h1113.0MPa14.36t/hSPAQC0.85MPa36021.31t/h0.9MPa175.35170.3514.36t/h 1700.9MPa175.350.2 t/h0.85MPa31135.67t/h3939案例分析-布置形式(1) 高溫風機、窯尾排風風機布置方式上述風機布置如下圖，汽輪機和電機布置在風機左側，汽輪機和電機之間依次是離合器和變速器；變速器、電機以及風機之間采用膜片聯軸器聯接。案例分析-布置形式(2) 水泥磨布置方式水泥磨布置如下圖，汽輪機、電動/發電機同側布置；汽輪機與變速箱之間采用離合器連接，電機與變速

22、器、變速器與水泥磨之間采用膜片聯軸器聯接，其中變速器含有手動離合裝置。案例分析-設備配置根據煙風參數，主蒸汽壓力定為0.85MPa，其中窯頭鍋爐采用立式結構，自然循環，煙氣下進上出，受熱面管束采用鰭片管，傳熱效果好；窯尾鍋爐也采用立式結構，自然循環，煙氣上進下出，受熱面管束采用光管，窯頭、窯尾鍋爐的具體參數如下表所示：序號序號項項 目目單位單位窯尾余熱鍋爐窯尾余熱鍋爐窯頭余熱鍋爐窯頭余熱鍋爐1煙氣流量Nm3/h330000Nm3/h200000Nm3/h2進口煙溫2603803出口煙溫1941104蒸汽流量t/h14.3621.315蒸汽壓力MPa0.850.856蒸汽溫度2403607公共省

23、煤器熱水量t/h/35.678公共省煤器入口水溫/429鍋爐壓損Pa80mmH2O80mmH2O窯頭、窯尾余熱鍋爐參數設備名稱參 數數量備 注一. 高溫風機軸中心線標高： m1臺軸功率：2400kW汽輪機 輸出功率：2500kW1臺原配變頻電機汽輪機減速器 輸入軸轉速：6200r/min1臺隨汽輪機配套輸出轉速范圍：980r/min備注：減速機由汽輪機廠家配套；風機運行曲線由風機廠家提供；1. 所有輔機按照常規一機配置及加上水環真空泵。案例分析-設備配置案例分析-設備配置設備名稱參 數數量備 注二. 尾排風機軸中心線標高： m1臺軸功率：1120kW汽輪機 輸出功率：1200kW1臺原配變頻電

24、機汽輪機減速器輸入軸轉速：4500r/min1臺隨汽輪機配套輸出轉速范圍：740r/min備注：減速機由汽輪機廠家配套；風機運行曲線由風機廠家提供；1.所有輔機按照常規一機配置及加上水環真空泵。案例分析-設備配置設備名稱參 數數量備 注三. 水泥磨軸中心線標高： m1套軸功率：3000kW汽輪機 所需功率：3500kW1套汽輪機減速器輸入軸轉速：3000r/min1套隨汽輪機配套輸出軸轉速：740r/min其他輔機凝汽器按照常規一機配置；水環真空泵由汽輪機配套。自帶的減速機輸入軸轉速：740r/min1套輸出軸轉速：15.8r/min備注：1.水泥磨重載啟動考慮減緩汽輪機啟動升速率，汽輪機自身

25、調節系統、通流部分做適應設計。案例分析-工作流程（1）起動時：起動時：當水泥窯剛起動時，余熱回收系統還沒有過熱蒸汽產生，拖動汽輪機通過離合器與系統脫開；此時電機投入使用，電機單獨拖動高溫風機、窯尾排風機工作，使水泥窯系統起動、直至正常工作，有熱煙氣產生；然后將熱煙氣送入余熱鍋爐產生過熱蒸汽，將過熱蒸汽送至汽輪機入口，使其膨脹做功；（2）正常工作時：正常工作時：隨著過熱蒸汽量逐漸增大，汽輪機輸出功率和轉速也逐漸增大，當汽輪機轉速達到一定程度時，離合器自動嚙合，汽機與電機、風機連接投入使用；當汽輪機輸出功率足夠時，切斷電機電源，汽輪機單獨拖動高溫風機、窯尾排風機、水泥磨工作。（3）蒸汽量不足時：蒸

26、汽量不足時：當水泥線生產線波動，過熱蒸汽量不足時，連接電機電源，電機投入使用，此時汽輪機、電機雙驅動高溫風機、窯尾排風機以及水泥磨；（4）蒸汽量富裕時蒸汽量富裕時：汽輪機除拖動高溫風機、窯尾排風機以及水泥磨正常運行外，富裕的蒸汽拖動電動/發電機，使其機械能全部轉變為電能，所發電能供其他設備使用。（5）水泥磨停運、故障時：水泥磨停運、故障時：當水泥磨故障或停運時，通過手動離合裝置使水泥磨脫開檢修，此時汽輪機正常工作拖動電動/發電機工作，使其機械能全部轉變為電能，所發電能供其他設備使用。案例分析-節能效果比較余熱回收拖動與發電機組相比，少了發電機的機械能轉變為電能、電動機的電能轉變為機械能的兩次能

27、量轉變過程所產生的損失，以及電能傳輸過程中的線路損失。兩者的節能比較主要體現在系統的傳動效率上，余熱回收拖動機組傳動效率高，而余熱回收發電機組的傳動效率則較低，具體見下表。序號序號余熱回收汽機拖動余熱回收汽機拖動序號序號余熱回收發電余熱回收發電1汽輪機內效率(%)82%1汽輪機內效率(%)79%2汽輪機輸出功率(kW)6435.012汽輪機輸出功率(kW)6157.0433發電機效率(%)97%44計算發電功率(kW)5972.335汽輪機與風機之間離合器的機械損失(%)2.00%5發電機出口至變頻器的電網線路損失(%)0.50%6汽輪機與風機之間減速機的機械損失(%)2.00%6變頻器、變頻

28、電機效率損失(%)4.00%7得到的有用功率(kW)6180.187得到的有用功率(kW)5704.778年運行時間(h)72008年運行時間(h)72009年節省發電量(kWh/a)44497297.999年節省發電量(kWh/a)41074311.0210自用電率(%)8%10自用電率(%)8%11年節省電量(kWh/a)40937514.1511年節省電量(kWh/a)37788366.1312電費0.5512電費0.5513年節省電費22515632.7813年節省電費20783601.37從上表可看出，汽機拖動比余熱發電效率損失少6.57.5；同時汽機拖動獲得的有用功率比余熱發電多7

29、.6%左右，顯然更節能。案例分析-投資比較兩種余熱利用方式的投資對比見下表。從中可以看出，余熱拖動比余熱發電約高800萬元。序號序號項目項目余熱拖動余熱拖動余熱發電余熱發電備注備注1余熱鍋爐及輔機108010802汽輪機及輔機18399003發電機01504水處理系統85855冷卻塔及循環水泵站1101106電氣602407儀表2001308材料費5104209建筑工程費54173510安裝工程費81261011其他費用58958912基本預備費（3%）17415113工程靜態投資60005200案例分析-運行成本比較運行成本主要考慮化水消耗的藥劑費、水費、人工及維護成本等，兩種余熱利用方式的運行成本對比下表序號項目余熱拖動余熱發電備注供電總成本單位供電成本供電總成本單位供電成本年不含稅總金額(元)金額(元)年不含稅總金額(元)金額(元)1消耗材料4979830.012164979830.013182水6634510.016216634510.017563工資福