1、水泥余热资源利用的新趋势及新途径报告提纲一、一键启停技术二、智能控制系统三、水泥窑余热汽轮机拖动技术报告提纲一、一键启停技术一、一键启停技术江西亚东项目江西亚东项目 项目概况 设计方案 一键启停技术实施 主要技术难点及创新 潜在价值 江西亚东水泥5#、6#生产线的余热电站由南京凯盛开能环保能源有限公司总承包，该电站采用机、炉集中控制方式，机组及其辅助设备的正常运行以操作员站为监控中心。仪控系统主要包括：分散控制系统（DCS）、数字电液控制系统（DEH）、汽轮机安全检测仪表（TSI）等，电气控制系统（ECS）、化水控制系统通过通讯方式接入DCS，使得电站具有高度的自动化水平，确保机组安全、稳定的
2、运行。在项目准备阶段，我公司各专业技术人员多次召开讨论会、反复论证全厂自动化控制方案的可行性，并结合业主提出的合理化建议，最终制定了一套切实可行的控制方案，在余热电站项目上成功实现了“一键启停”技术。该机组于2014年04月26日顺利通过72小时整套试运行考核，2014年05月17日通过性能指标考核。江西亚东项目概况 本余热电站在设计时遵循“技术先进、生产可靠、节约投资”的原则，采用了我院最先进的第二代双压纯低温余热发电技术及窑头锅炉采用沉降室与余热锅炉一体化的我院专利技术（专利号：ZL2008 2 0033019.6），实现了方案的最优设计和资源的最大化利用。装机概况 本工程为2x6000t
3、/d熟料生产线的烧成系统配套余热发电工程，配置两台AQC锅炉、两台SP锅炉及一套18MW纯凝补汽式汽轮发电机组。总图布置 本工程充分利用原厂区空地建设。余热锅炉布置在原水泥线窑头、窑尾旁边，主厂房及冷却塔利用原厂区的空地建设。江西亚东设计方案江西亚东全厂总图江西亚东中控实景该项目最大的特点：实现了“一键启停技术”，可以做到中控室一人值守。江西亚东系统演示余热电站的主要工艺包括：空气压缩系统 原水供水系统 循环冷却水系统 汽轮发电机供油系统 凝结水、给水系统 余热锅炉清灰系统 余热锅炉烟风系统 主蒸汽大旁路系统（暖管）汽机抽真空系统 汽机冲转 电气并网 江西亚东工艺流程分解江西亚东DCS操作界面
4、锅炉烟风系统-部分摘录江西亚东锅炉烟风系统 气动阀、空压机 该项目的调节阀多为气动调节阀，为此在工程设计阶段考虑增加了一套压缩空气系统。压缩空气系统设有三台空压机，其中两台为仪用空压机，通过硬联锁实现一用一备，另一台空压机为化水系统反洗用。江西亚东技术关键点组合阀手动停机启动阀停机电磁阀挂闸电磁阀汽机实现远程自动挂闸，主汽门采用侧挂式。江西亚东技术关键点 主蒸汽设计参数1.6MPa,370。当主蒸汽压力大于1.8MPa或全场失电或启机暖管等三种情况下打开大旁路，通过旁路减温减压器，蒸汽降为0.15MPa，150，排入凝汽器。a.当全场失电，可通过大旁路调节蒸汽量，匹配生产线生产用电，实现孤岛运
5、行；b.同时，在暖管，启机和停机时，通过汽机大旁路系统，回收疏水，节约水资源，提高系统运行的经济性；c.在主蒸汽压力大于1.8MPa时，可通过大旁路调整系统压力，提高系统稳定性和可靠性。旁路减温减压器大旁路系统江西亚东汽机主汽大旁路系统汽水系统主蒸汽旁路减温减压系统江西亚东 设置蒸汽大旁路系统 汽机厂房设三台变频高压给水泵(两用一备)，三台变频低压给水泵(两用一备)，分别向两台AQC锅炉高压省煤器供水，分别向AQC锅炉低压省煤器供水。系统既有足够的可靠性和灵活性，并可以充分利用锅炉的富裕容量，还可以进行各炉之间的最有利的负荷分配，提高调节精度。运行经济、安全、稳定、高效。锅炉给水系统切换母管江
6、西亚东给水系统采用切换母管制锅炉给水系统图：切换母管制给水系统采用切换母管制江西亚东给水系统采用切换母管制 设备控制方式改进与I/O测点增设 给水泵、循环水泵、冷塔风机等均采用变频控制技术 除氧器凝结水进口阀采用电动或气动形式 汽机本体疏水阀全部采用电动阀 均压箱调节阀采用气动阀江西亚东技术关键点 在线取样分析 汽水取样分析设有炉水PH和电导率的在线分析仪表，并在手动和自动取样管路上分别设置了一个电磁阀，正常时自动取样电磁阀工作，当取样温度过高时自动取样电磁阀关闭，采用手动取样。江西亚东技术关键点设计值设计值考核验收值考核验收值水泥线规模2x7000 t/d2x6750 t/d余热发电装机容量
7、18000 kW主要生产设备2台AQC锅炉+2台SP锅炉+1套汽轮发电机组2台AQC锅炉+2台SP锅炉+1套汽轮发电机组平均发电功率16500 kW16789.33 kW年运行时间7200 h7200 h年发电量11880 x 104 kW.h/a12088.32 x 104 kW.h/a余热发电自用电率7%5.24%年供电量11048.4 x 104 kW h/a11454.9 x 104 kW h/a设备运转率相对于窑95%相对于窑98.5%吨熟料发电指标28.3 kW h/t29.9 kW h/t劳动定员8人7人全投资财务内部收益率30.54%32.05%江西亚东技术性能指标 该余热电站
8、的自动化程度较高，减少了操作员的工作强度，将生产发电的任务交给现场设备来完成。从繁忙操盘中解放出来的操作员只需跟踪当前机组的报警信息流提示，便能够实时了解整个机组的运行情况，同时还可以充分利用节约出来的时间对全厂现场设备进行定期巡检，大大提高了机组的生产力和员工的工作效率。江西亚东潜在价值报告提纲二、智能控制系统二、智能控制系统泰安中联水泥项目泰安中联水泥项目 设计方案 全厂总图 无人值守系统 专家智能控制 工信部于2015年4月下发“工业和信息化办公厅关于开展2015年智能制造试点示范项目推荐的通知”，泰安中联提交了上报材料。泰安中联智能制造方案要求达到节能降耗、管理提升、设备保障和减员增效
9、的目标，整个项目的实施旨在从智能物流、智能质控、智能生产、智能巡检、智能报表及监控五个方面对泰安中联生产线进行优化完善。泰安中联设计方案 余热发电为实现智能制造，实施余热发电专家控制系统，除了适当提高重要生产环节的自控元器件配置档次、实现余热发电各子系统的现场无人值守功能外，还将提升FCS系统配置水平，并与熟料水泥主生产线的智能平台兼容，同时通过对真空调节系统和功率系统的优化控制，有效减少中控操作人员数量。采用了我院最先进的第二代双压纯低温余热发电技术及窑头锅炉采用沉降室与余热锅炉一体化的我院专利技术（专利号：ZL2008 2 0033019.6），实现了方案的最优设计和资源的最大化利用。本工
10、程为单条5000t/d熟料生产线的烧成系统配套余热发电工程，配置一台AQC锅炉、一台SP锅炉及一套7MW纯凝补汽式汽轮发电机组。泰安中联设计方案泰安中联全厂总图泰安中联无人值守系统无人值守系统 该项目最大的特点在于余热电站要求“无人值守”，除了较为可靠的设备质量和性能保证，如采用国内一流品牌、国外优质品牌；还需要在江西亚东“一键启停系统”技术的基础上再进一步提高，才可以在理论上实现该项目标。泰安中联无人值守系统 技术方案特点 1、汽轮机要求主汽门远程挂闸、远程开启启动阀，补汽门远程操作；电动盘车自动投入/自动脱开、自立式压力调节阀改为气动调节阀；2、原则上，重要的、经常操作以及大管径的阀门均采
11、用电动/气动方式控制，如冷油器补工业水阀门改为电动阀，与油温连锁；射水箱补水阀改为电动阀，与水箱水位连锁；射水泵出口增加去循环水回水管的管道，加装电磁阀，与水箱水温连锁等等；泰安中联无人值守系统 技术方案特点 3、给水系统采用高、低压双系统方案，即高、低压管网采用各自独立的给水泵系统，对应各自的蒸汽管网；4、水位调节均采用气动调节阀；如汽包水位、热井水位等；5、真空滤油滤油系统要求其真空分离罐进油阀采用电磁阀，并设有超高液位浮球、液位浮球，以对真空罐内液位的高低进行自动控制；在线运行，可实现无人运行。6、全方位的变频设计，如给水泵、凝结水泵、射水泵、循环水泵以及冷却塔风机等，充分利用能源，降低
12、能耗；泰安中联无人值守系统 技术方案特点 7、智能化水系统：车间设备、仪表信号控制全部进入DCS，可实现化水车间制水全自动控制，做到无人值守；8、在线系统设计：在线仪表监测、在线取样分析、在线自动加药等。9、DCS与水泥线结合：余热发电和水泥线DCS采用同一品牌产品，采用同一服务器，方便通讯，方便实现数据统一统计、处理；10、中控室优化：汽机房和水泥线中控楼相近建设，中控室有通道连通，二者中控室进行合并布置，集中运行管理，提高工作效率，减少人员配置。泰安中联专家智能控制 智能控制 （1）真空调节智能控制 循环水泵、冷却塔，配套电机均采用变频电机。通过控制进凝汽器的冷却水进水温度，控制凝汽器的背
13、压，使电站处于最佳发电工况，并有效降低余热电站的自耗电。射水泵采用变频，可是实现自启动；补水采用电动阀，连锁水箱水位；泵出口母管设置旁路回水至循环水系统，可实现水箱的水温控制、调节，确保射水抽真空维持在最佳效果。泰安中联专家智能控制 智能控制 （2）排污智能控制 循环冷却水系统设计水质在线仪表，同时增加排污电动阀。可以通过DCS编程，在保持水质稳定的前提下，减少排污量。（3）有功智能调节 根据主蒸汽压力或有功量，利用505装置实现有功功率智能调节。（4）无功智能调节 利用励磁装置实现发电机无功功率智能调节。（5）智能并网 通过同期装置判断同期并网条件，实现智能并网。报告提纲三、水泥窑余热回收汽
14、轮机拖动技术三、水泥窑余热回收汽轮机拖动技术 余热回收拖动技术 余热回收拖动机组优点 案例分析余热回收拖动技术 余热回收拖动技术有别于传统的余热发电技术，它是由余热锅炉+汽轮机+转动设备而组成的系统，利用汽轮机将其转化为机械能后直接驱动风机等耗能设备；其能量转换环节为：蒸汽汽轮机转动设备；与余热发电系统相比，降低了发电机的机械能转变为电能和电动机的电能转变为机械能的两次能量转变过程所产生的损失，以及电能传输过程中的线路损失。蒸汽一汽轮机发电机电力传输网络电动机转动设备。余热回收拖动机组优点(1)技术成熟汽轮机-电机联合拖动形式在化工、冶金行业应用已比较多，国内汽轮机生产企业，如杭州汽轮机厂、南
15、京汽轮机厂、青岛汽轮机厂等，在工业拖动汽轮机生产方面均积累了丰富的经验，用汽轮机拖动风机等，从技术上来说是成熟的。(2)回收效率高与发电机组相比，拖动机组降低了发电机的机械能转变为电能和电动机的电能转变为机械能的两次能量转变过程所产生的损失，以及电能传输过程中的线路损失。两者的节能比较主要体现在系统的传动效率上，余热回收拖动机组传动效率高，而余热回收发电机组的传动效率则较低，具体见下表。余热回收拖动机组优点序号方式1：余热拖动效率损失/%方式2：余热发电效率损失/%备注1汽轮机与风机之间离合器的机械损失12低转速汽轮机比高转速汽轮机效率损失242汽轮机与风机之间减速机的机械损失12发电机效率损
16、失、发电机出口至变频器的电网线路损失3.53变频电机效率、变频器效率损失344合计24合计8.511.5两种余热利用方式的装置传动效率对比从上表可看出，汽机拖动比余热发电效率损失少6.57.5，显然更节能。注：变频器及变频电机均按西门子高效变频器及变频电机效率考虑。余热回收拖动机组优点(3)无需电力部门审批，减少运行费用采用余热回收发电机组时，需要并网，这就需通过电力部门审批与管理，特别是对于中、小企业，电力部分的监管就越严格，往往有可能无法获得电力部门的批准，发电机组也就不能采用。而对于余热回收拖动机组就无须电力部门的审批与管理，也可以节省一笔管理费用。(4)减少操作、管理人员采用余热回收发
17、电机组时，风机和余热回收发电机组往往是分属不同的部门，风机属水泥厂管理，余热发电机组属电站管理，就需配备两套人员来进行操作与管理；另外，由于有发、配电系统存在，也增加了上级变电站操作人员的工作量，而对于余热拖动机组就只需一套操作与管理人员。(3)无需电力部门审批，减少运行费用采用余热回收发电机组时，需要并网，这就需通过电力部门审批与管理，特别是对于中、小企业，电力部分的监管就越严格，往往有可能无法获得电力部门的批准，发电机组也就不能采用。而对于余热回收拖动机组就无须电力部门的审批与管理，也可以节省一笔管理费用。(4)减少操作、管理人员采用余热回收发电机组时，风机和余热回收发电机组往往是分属不同
18、的部门，风机属水泥厂管理，余热发电机组属电站管理，就需配备两套人员来进行操作与管理；另外，由于有发、配电系统存在，也增加了上级变电站操作人员的工作量，而对于余热拖动机组就只需一套操作与管理人员。余热回收拖动机组优点案例分析以国内典型的5000t/d水泥生产线余热回收汽轮机拖动项目为例进行分析，该生产线采用第四代篦冷机，窑尾预热器采用六级预热器，出口烟风温度约为260。余热利用思路为：窑头、窑尾烟气余热余热锅炉蒸汽汽轮机转动设备，考虑机组运行的安全性、可靠性以及经济性，本方案中转动设备确定为高温风机、窑尾排风风机以及水泥磨。案例分析-余热资源水泥窑生产过程中所排余热主要有两部分：窑头篦冷机所排热
19、空气；窑尾预热器C1筒所排废气，具体参数如下表所示：序号序号项项 目目窑尾废气指标窑尾废气指标窑头废气指标窑头废气指标1废气量（湿基）330000Nm3/h200000Nm3/h2废气温度260380（中部抽风）3废气含尘量5060 g/Nm31522 g/Nm34废气成分（湿基）O2CO2N2H2O45%2030%6567%36%2021%/7679%12%案例分析-设计原则（1）本工程为一条5000t/d熟料生产线配套余热回收拖动工程，采用工业汽轮机直接驱动高温风机、窑尾排风风机和水泥磨，设备原则上采用国产设备；（2）高温风机配置一台2500kW工业汽轮机；窑尾排风风机配置一台1200kW
20、工业汽轮机；水泥磨配置一台3500kW工业汽轮机驱动和一台电动/发电；（3）锅炉岛按照一条熟料生产线考虑，布置一台AQC炉和一台SP炉；（4）蓖冷机设置一个抽风口，窑头余热锅炉底部设沉降装置；（5）配置一台真空除氧器，除氧工艺采用真空除氧器除氧；（6）锅炉补给水暂拟采用除盐水，反渗透+混床工艺；（7）设备冷却水采用循环水，循环水采用机力通风冷却塔进行冷却；（8）转动设备冷却水、循环水补水采用工业水，与厂区内原有工业水系统连接；（9）热工控制部分采用分散控制系统(DCS)；案例分析-原则性热力系统图0.2 t/h0.1 t/h39330000Nm/h2600.85MPa194.6916514.3
21、6t/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)高温风机、窑尾排风风机布置方式上述风机布置如下图，汽轮机和电机布置在风机左侧，汽轮机和电机之间依次是离合器和变速器；变速器、电机以及风机之间采用膜片联轴器联接。案例分析-布置形式(2)水泥磨布置方式水泥磨布置如下图，汽轮机、电动/发电机同侧布置；汽轮机与变速箱之间采用离合器连接，电机与变速器、
22、变速器与水泥磨之间采用膜片联轴器联接，其中变速器含有手动离合装置。案例分析-设备配置根据烟风参数，主蒸汽压力定为0.85MPa，其中窑头锅炉采用立式结构，自然循环，烟气下进上出，受热面管束采用鳍片管，传热效果好；窑尾锅炉也采用立式结构，自然循环，烟气上进下出，受热面管束采用光管，窑头、窑尾锅炉的具体参数如下表所示：序号序号项项 目目单位单位窑尾余热锅炉窑尾余热锅炉窑头余热锅炉窑头余热锅炉1烟气流量Nm3/h330000Nm3/h200000Nm3/h2进口烟温2603803出口烟温1941104蒸汽流量t/h14.3621.315蒸汽压力MPa0.850.856蒸汽温度2403607公共省煤器
23、热水量t/h/35.678公共省煤器入口水温/429锅炉压损Pa80mmH2O80mmH2O窑头、窑尾余热锅炉参数设备名称参 数数量备 注一.高温风机轴中心线标高：m1台轴功率：2400kW汽轮机 输出功率：2500kW1台原配变频电机汽轮机减速器 输入轴转速：6200r/min1台随汽轮机配套输出转速范围：980r/min备注：1.减速机由汽轮机厂家配套；2.风机运行曲线由风机厂家提供；3.所有辅机按照常规一机配置及加上水环真空泵。案例分析-设备配置案例分析-设备配置设备名称参 数数量备 注二.尾排风机轴中心线标高：m1台轴功率：1120kW汽轮机 输出功率：1200kW1台原配变频电机汽轮
24、机减速器输入轴转速：4500r/min1台随汽轮机配套输出转速范围：740r/min备注：1.减速机由汽轮机厂家配套；2.风机运行曲线由风机厂家提供；3.所有辅机按照常规一机配置及加上水环真空泵。案例分析-设备配置设备名称参 数数量备 注三.水泥磨轴中心线标高：m1套轴功率：3000kW汽轮机 所需功率：3500kW1套汽轮机减速器输入轴转速：3000r/min1套随汽轮机配套输出轴转速：740r/min其他辅机1.凝汽器按照常规一机配置；2.水环真空泵由汽轮机配套。自带的减速机输入轴转速：740r/min1套输出轴转速：15.8r/min备注：1.水泥磨重载启动考虑减缓汽轮机启动升速率，汽轮
25、机自身调节系统、通流部分做适应设计。案例分析-工作流程（1）起动时：当水泥窑刚起动时，余热回收系统还没有过热蒸汽产生，拖动汽轮机通过离合器与系统脱开；此时电机投入使用，电机单独拖动高温风机、窑尾排风机工作，使水泥窑系统起动、直至正常工作，有热烟气产生；然后将热烟气送入余热锅炉产生过热蒸汽，将过热蒸汽送至汽轮机入口，使其膨胀做功；（2）正常工作时：随着过热蒸汽量逐渐增大，汽轮机输出功率和转速也逐渐增大，当汽轮机转速达到一定程度时，离合器自动啮合，汽机与电机、风机连接投入使用；当汽轮机输出功率足够时，切断电机电源，汽轮机单独拖动高温风机、窑尾排风机、水泥磨工作。（3）蒸汽量不足时：当水泥线生产线波
26、动，过热蒸汽量不足时，连接电机电源，电机投入使用，此时汽轮机、电机双驱动高温风机、窑尾排风机以及水泥磨；（4）蒸汽量富裕时：汽轮机除拖动高温风机、窑尾排风机以及水泥磨正常运行外，富裕的蒸汽拖动电动/发电机，使其机械能全部转变为电能，所发电能供其他设备使用。（5）水泥磨停运、故障时：当水泥磨故障或停运时，通过手动离合装置使水泥磨脱开检修，此时汽轮机正常工作拖动电动/发电机工作，使其机械能全部转变为电能，所发电能供其他设备使用。案例分析-节能效果比较余热回收拖动与发电机组相比，少了发电机的机械能转变为电能、电动机的电能转变为机械能的两次能量转变过程所产生的损失，以及电能传输过程中的线路损失。两者的
27、节能比较主要体现在系统的传动效率上，余热回收拖动机组传动效率高，而余热回收发电机组的传动效率则较低，具体见下表。序号序号余热回收汽机拖动余热回收汽机拖动序号序号余热回收发电余热回收发电1汽轮机内效率(%)82%1汽轮机内效率(%)79%2汽轮机输出功率(kW)6435.012汽轮机输出功率(kW)6157.0433发电机效率(%)97%44计算发电功率(kW)5972.335汽轮机与风机之间离合器的机械损失(%)2.00%5发电机出口至变频器的电网线路损失(%)0.50%6汽轮机与风机之间减速机的机械损失(%)2.00%6变频器、变频电机效率损失(%)4.00%7得到的有用功率(kW)6180
28、.187得到的有用功率(kW)5704.778年运行时间(h)72008年运行时间(h)72009年节省发电量(kWh/a)44497297.999年节省发电量(kWh/a)41074311.0210自用电率(%)8%10自用电率(%)8%11年节省电量(kWh/a)40937514.1511年节省电量(kWh/a)37788366.1312电费0.5512电费0.5513年节省电费22515632.7813年节省电费20783601.37从上表可看出，汽机拖动比余热发电效率损失少6.57.5；同时汽机拖动获得的有用功率比余热发电多7.6%左右，显然更节能。案例分析-投资比较两种余热利用方式的
29、投资对比见下表。从中可以看出，余热拖动比余热发电约高800万元。序号序号项目项目余热拖动余热拖动余热发电余热发电备注备注1余热锅炉及辅机108010802汽轮机及辅机18399003发电机01504水处理系统85855冷却塔及循环水泵站1101106电气602407仪表2001308材料费5104209建筑工程费54173510安装工程费81261011其他费用58958912基本预备费（3%）17415113工程静态投资60005200案例分析-运行成本比较运行成本主要考虑化水消耗的药剂费、水费、人工及维护成本等，两种余热利用方式的运行成本对比下表序号项目余热拖动余热发电备注供电总成本单位供
30、电成本供电总成本单位供电成本年不含税总金额(元)金额(元)年不含税总金额(元)金额(元)1消耗材料4979830.012164979830.013182水6634510.016216634510.017563工资福利费3000000.007335400000.014294维修费用8500000.020768500000.022495备用容量费及五项基金002,2673040.0606生产期20年内产品平均经营成本23114340.05648187380.128不含折旧及财务成本7生产期20年内产品平均总成本54037500.13275198920.199含产品平均经营成本、折旧及财务成本案例分
31、析-主要技术经济指标比较序号利润指标单位余热拖动余热发电备注1.1利润额指标年均销售额万元2258.212084.50生产期平均年均销售成本万元541.52752.21生产期平均年均增值税万元327.91262.74生产期平均年均销售税金附加万元32.7926.27生产期平均年均补贴收入(即征即退的增值税)万元0.000.00生产期平均年均税前利润万元1683.901306.01生产期平均年均所得税万元423.83328.98生产期平均年均税后利润万元1260.07977.04生产期平均1.2利润率指标投资利润率%27.42%24.54%生产期平均投资利税率%33.30%29.97%生产期平均
32、案例分析-获利能力指标比较序号获利能力指标单位余热拖动余热发电备注1息税前全投资财务内部收益率%27.1825.14余热拖动项目较高2息前税后全投资财务内部收益率%22.8321.16余热拖动项目较高3税后自有资金财务内部收益率%30.5028.01余热拖动项目较高4息税前全投资静态投资回收期（不含建设期）年2.773.04余热拖动项目较短5息前税后全投资静态投资回收期（不含建设期）年3.353.64 余热拖动项目较短6税后自有资金静态投资回收期（不含建设期）年3.744.09 余热拖动项目较短7全投资财务净现值税前万元125159463余热拖动项目较大8全投资财务净现值税后万元90886665余热拖动项目较大9自有资金净现值万元97786845余热拖动项目较大10全部贷款偿还期年2.432.66余热拖动项目较短余热拖动项目较余热发电项目投资增加800万元，每年收入增加173.71万元，经营成本减少250.73万元，息税前增量内部收益率为39.10%，大于8%，余热拖动项目增量投资产生效益较高，息税前1.76年可以收回投资，余热拖动方案优于余热发电方案。谢 谢！
