热功联产技术在水泥行业的应用
摘 要 结合热功联产技术在水泥生产线上的设计实践情况，着重介绍了蒸汽拖动系统及流程。通过系统的经济性及安全性分析，阐述热功联产技术的经济型、安全可靠性及调节性能，及在水泥行业推广应用的潜力。
关键词 蒸汽拖动；余热发电；热功当量；煤耗低；控制曲线平滑
中图分类号：TK223 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）13-0114-02
随着国家房地产调控政策的不断深入，房地产行业受到巨大冲击，进而影响到水泥、钢铁、玻璃等与之息息相关的上游产业，水泥行业也面临重新洗牌。统计资料表明，截止2012年底，我国新型干法水泥实际生产能力为28.9亿吨，如果加上尚未退出的落后生产力，我国水泥产能实际已经超出当年水泥需求8亿吨。水泥行业的产能过剩不仅使得行业经济效益下滑，市场恶性竞争加剧，也对行业结构调整和企业转型升级带来了阻碍。如何应对产能过剩？对于企业来说，一方面需要进行技术创新，淘汰落后产能，降低生产成本；另一方面需要走出国门，直面国际化竞争，其核心均是提高竞争力，包含产品质量和成本。
在行业低迷的情况下，我们在东方希望重庆水泥项目上做了有益的尝试，通过引入热功联产系统，使每吨水泥耗电由
90 kW·h下降到75 kW·h，极大提升了企业的竞争力。
1 项目概况
重庆水泥项目是东方希望集团首次涉足水泥行业，其规划初衷是在重庆构建循环产业链，即为涪陵PTA项目、万盛煤化工项目、黔江化工项目产生的固体废料—粉煤灰、电石渣等的综合回收利用提供重要的经济渠道，并且还可利用丰都地区丰富的石灰石、砂岩、页岩等资源。依托长江便利的水运条件，在长江岸边沟坡地规划建设5×4800 t/d水泥生产线。其中一期建设2×4800 t/d水泥生产线，在设计过程中，贯彻降成本、降排放、安全增效的理念，首次把热功联产系统应用于水泥生产线，其核心是将蒸汽拖动汽轮机代替水泥生产线传统的电机拖动，打破水泥行业传统生产技术，提高能量利用效率，降低能耗，进而为企业减低生产成本，创造相对优势。
2 系统设计
热功联产技术是一种新型节能环保技术，目前主要应用于大型火力发电厂的给水泵、引风机及化工系统的大型辅机拖动，在水泥系统中尚无应用先例。由于通过蒸汽直接用来做功，省去蒸汽发电、再利用电能带动电动机的中间环节，能有效降低能耗。[4-5]在水泥生产线中，主要有窑尾高温风机、生料循环风机、窑尾排风机、水泥磨等大型用电设备，其中水泥磨运行方式为间歇性运行。因此，热功系统只考虑窑尾高温风机、生料循环风机、窑尾排风机三个用电集中负荷设备。
概括起来，整个热功联供系统含两个子系统，即蒸汽拖动系统和余热发电系统。
蒸汽拖动系统核心设备是锅炉、背压式汽轮机（以下简称背压机）、各拖动汽轮机、水泥回转窑窑罩。锅炉是整个系统的动力源，为整个系统提供蒸汽，在设计过程中选用能实现清洁燃烧的循环流化床锅炉，蒸汽参数为高温高压，额定蒸发量150 t/h，设置两台，一运一备；背压机接受来自锅炉的蒸汽，通过膨胀做功，带动发电机运行，然后将做功后的乏汽供给拖动机、余热汽轮机和除氧器，背压机容量选择12 MW，排汽参数1.7 MPa、340℃；拖动机凝结水进入水泥回转窑高温段窑罩接受辐射热加热后回到汽机房经水泵送入高压除氧器。
余热发电系统核心设备是水泥线双压窑头锅炉、窑尾锅炉、余热补汽凝汽式汽轮机组（以下简称补凝机）。窑头窑尾产生同参数中压蒸汽（其中窑头蒸汽温度稍高），汇合后进入余热汽轮机组膨胀做功发电，余热锅炉单线产汽量约39.92 t/h，参数与背压机排汽相同，可以实现与拖动系统的相互调节联系；窑头同时产生低压参数蒸汽，作为汽轮机的补汽，因此汽轮机选用补汽凝汽式汽轮机。综合拖动系统蒸汽裕量和二期规划，余热汽轮机选用22 MW低压汽轮机，配25 MW发电机；汽轮机乏汽凝结后送入窑头锅炉公用省煤器加热后，一路在窑头继续加热蒸发，一路送入窑尾蒸发器，实现汽水循环。
背压机排汽和水泥线余热锅炉产生中压参数蒸汽采用同压力参数，拖动系统和余热系统既可各自独立运行又可相互联系运行，主要联系方式是背压机排汽直接向补凝机补汽，水泥余热锅炉新蒸汽也可通过联络管向各拖动汽轮机供汽，减低输送管道损失。通过引入热功系统，与传统水泥技术比较，存在以下优点。
1）多条水泥线余热锅炉对应一台大容量汽轮机，将主蒸汽汽耗从4.99 kg/kW·h降低到4.75 kg/kW·h，有效实现节能降耗；汽轮机台数少，能降低土建、控制、电气等系统投资成本。
2）在水泥线生产波动或局部停产的情况下依旧能保持补凝机的平稳运行或不停机安全运行。
3）在水泥线附近拖动蒸汽和水泥余热蒸汽设有联络管，在生产运行稳定情况下，可以直接将水泥余热蒸汽供给拖动汽轮机，从而减少了沿程压损。
4）拖动汽轮机采用DEH作为调节手段，调节范围较电机（变频调节）更灵活、范围更广，调节曲线更平滑，水泥生产负荷适应性增强。
5）热力站采用并网不上网方式，少量电负荷从电网供给，用电可靠性增强，特别是在电网覆盖薄弱或不稳定的区域，效果尤为明显。
6）循环流化床锅炉炉渣直接通过链斗机输送至水泥均化库，实现产业链循环。
7）设计中综合考虑水泥回转窑辐射热，和拖动机凝结水系统联系起来，有效实现能量回收。
3 效益分析
一期每条水泥线设计有三台拖动设备，分别为窑尾高温风机、原料磨循环风机、窑尾收尘排风风机，对应当量功率分别为2980 kW、3750 kW、1440 kW，共有两条水泥线，总当量功率16340 kW，对应拖动机总进汽量84.8 t/h。
根据系统设计时的能量平衡图，数据统计见表1。
根据上表，不考虑管道汽水损失和锅炉排污情况下，锅炉蒸发量137.66 t/h，达到锅炉额定蒸发量（150 t/h）的91.8%，在设计工况下运行。根据锅炉厂热力计算书数据，锅炉标煤耗14.5 t/h，结合上表，全厂供电煤耗406g/kW·h，远低于同型机组平均485 g/kW·h的标准，实现节能目标。目前市场到厂标煤价格700元/吨（燃料依托长江水运），锅炉每小时燃料成本为10150元；下网电价0.67元/kW·h，如果按电机用电量计算，则购电成本23892元，在不计如炉渣回收水泥线等节能手段的情况下，节能效益非常可观。
4 结束语
当前，随着国内建材企业纷纷走向国外，在广大东南亚、非洲、南美洲等地区建立生产基地，直接面临的问题是这些地区往往电力基础设施落后，没有电网覆盖或电网薄弱，如果直接建电厂则处于孤网运行，事故情况下会对水泥生产设备造成重大事故。通过引入热功联产技术，做到热、电平衡，一方面可以保证设备的安全运行的影响，另一方面通过全盘考虑水泥线余热回收，糅合到热力系统中，能有效降低能耗，帮助企业取得相对优势，直面国际竞争。
参考文献
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