國外水泥窯余熱聯合自備電站的應用

李偉明（合肥水泥研究設計院有限公司，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生產線配套建設一座帶CFB鍋爐的15 MW余熱聯合自備電站的設計與應用效果，該項目采用“三爐一機”配置，即兩臺煙氣余熱鍋爐加一臺循環流化床鍋爐（CFB鍋爐），配置一套中溫中壓汽輪發電機組。

與一般國外項目水泥窯同步建設余熱電站和自備電站不同，通過將余熱鍋爐和CFB鍋爐統一設計在一個熱力系統中，建設一座余熱聯合自備電站，既節約了項目投資，也降低了電站運行成本。該水泥窯余熱聯合自備電站方案，獲得了業主的充分認可，該項目的成功運行，對國外類似工程設計具有一定的參考意義。

1 聯合電站熱力系統方案

水泥窯余熱聯合自備電站中CFB鍋爐與常規水泥窯補燃余熱電站中的補燃鍋爐作用是不同的，常規補燃鍋爐的作用僅是對余熱鍋爐蒸汽進行再熱，穩定蒸汽品質，保證汽輪機的穩定運行，不增加余熱電站的裝機規模。而余熱聯合自備電站中，CFB鍋爐是電站發電的主力設備，余熱鍋爐僅作為CFB鍋爐的輔助熱源。該聯合電站，可通過配置不同規格的CFB鍋爐滿足水泥生產線對電力的需求。

本項目中，阿托克水泥廠所在地區電力資源匱乏，在要增加發電量，投資還要省的背景下，業主認可了水泥窯余熱聯合自備電站方案，該電站裝機規模為15 MW。在常規4 000 t/d水泥窯余熱電站中，電站發電量一般為6 MW，即當聯合電站裝機要到15 MW時，多出發電所需的蒸汽由CFB鍋爐提供。

同時，業主也要求余熱聯合自備電站不僅僅余熱鍋爐和CFB鍋爐聯合運行，還要能獨立運行，以保證電站能連續發電，即電站熱力系統設計需考慮以下三種發電工況：三臺鍋爐聯合運行；CFB鍋爐單獨運行；兩臺余熱鍋爐單獨運行。

結合CFB鍋爐運行的經濟性，兼顧水泥窯余熱鍋爐具備獨立發電的功能，不同于常規余熱電站的低壓蒸汽參數的設計，本次采用了中溫中壓的熱力系統設計，主蒸汽參數為3.82 MPa-450℃。

阿托克水泥窯余熱聯合自備電站熱力系統方案見圖1，特點如下：

圖1 阿托克水泥窯余熱聯合自備電站原則性熱力系統圖

（1）在AQC余熱鍋爐中，設置了一臺兼顧余熱鍋爐和CFB鍋爐總熱水量的熱水器，即汽輪發電機房凝汽器中的凝結水，經凝結水泵送入AQC鍋爐熱水器加熱到104℃后，再送入熱力除氧器進行除氧，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鍋爐設置一套0.35 MPa的低壓蒸汽系統，鍋爐排煙溫度為180℃，低壓蒸汽可為熱力除氧提供補充熱源，剩余的低壓蒸汽送入汽輪機進行補汽發電；

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

（4）考慮CFB鍋爐單獨運行工況，汽輪機設置低溫抽汽口，在余熱鍋爐不運行時，通過抽汽，給熱力除氧器提供熱源。

（5）考慮余熱鍋爐獨立運行工況，設計要求余熱鍋爐及汽輪發電機組降壓至2.35 MPa后，可穩定運行。

2 運行情況

阿托克水泥窯余熱聯合自備電站于2018年4月投入運行，電站投入后運行穩定，聯合電站三臺鍋爐同時運行時，發電量約15 400 kW，CFB鍋爐獨立運行時約11 000 kW，余熱鍋爐獨立運行時的發電量約4 500～5 000 kW。

電站穩定運行的同時，調試中也發現一些缺陷，主要是當余熱鍋爐獨立運行發電時，AQC余熱鍋爐的熱水器管道震動大。經分析，由于CFB鍋爐未投運，AQC鍋爐熱水器的給水量大幅度減小，凝結水泵變頻后，給水壓力也降低，造成熱水器工作壓力偏低，出水溫度高，管道中的凝結水沸騰造成震動。在此情況下，通過關小熱水器出水閥門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大的問題。因此，在水泥窯余熱聯合自備電站的設計中，如需要余熱鍋爐與CFB鍋爐能單獨運行發電，可讓兩套鍋爐系統的給水及除氧分開，互不干涉，避免類似情況出現。

同時也可以看到，余熱鍋爐獨立運行時的發電量較傳統的低壓余熱電站更低，因為受限于水泥窯廢氣溫度，雖然降壓能運行，但鍋爐及汽輪機的效率也相應降低。不過電站自投運以來，CFB鍋爐系統較穩定，單獨余熱鍋爐運行發電的情況較少。

3 結語

在“一帶一路”大環境下，水泥企業走出去，面對的主要是發展中國家的業主，這些發展中國家普遍存在地區供電不穩定或電力短缺等情況，而水泥窯對電量需求較大，如業主希望為水泥窯建設自備電站，在傳統的建設余熱電站和自備電站兩座電站方案之外，采取水泥窯余熱聯合自備電站方案，可大幅度節約電站投資和運行成本，能給業主多一個解決供電問題的方案選擇。