一、帶補燃鍋爐的余熱發(fā)電在水泥行業(yè)的發(fā)展優(yōu)勢和前景
    隨著國內和國際能源的日益緊張，以及我國人口增長和經濟的發(fā)展，資源相對不足的矛盾日益突出，國家在進行宏觀調控的同時，也對各行業(yè)作出相應的指導性政策。在水泥建材行業(yè)，為綜合利用國家的有限資源，在大力支持5000t/h以上的新型干法生產線的同時，也在限制傳統(tǒng)立窯生產線的上馬。這也充分體現(xiàn)了能源有效利用的必要性。雖然目前水泥工業(yè)技術節(jié)能相比以前有了長足的進步，水泥熟料熱耗已由原來的4600～6700KJ/kg.cl下降至3000～3300KJ/kg.cl，但在水泥生產過程中，一方面有大量的中、低品位余熱被排放掉，另一方面又消耗大量的電能（每生產一噸水泥需耗電100～120kwh），就國內常規(guī)的2500t/h新型干法水泥生產線為例，其窯頭窯尾所排掉的250～320℃以下廢氣，其熱量約占水泥熟料燒成系統(tǒng)總熱耗量的25%以上，如何進一步充分利用這部分中、低溫余熱是目前進一步降低水泥生產綜合能耗、降低生產成本的關鍵。
    目前在我國水泥行業(yè)的帶補燃鍋爐的余熱發(fā)電系統(tǒng)是“八五”期間國家重點科技攻關項目，已完成了技術裝備的研究開發(fā)工作，并在國內水泥生產線上得到成功的應用，取得了很好的成果，如魯南水泥廠、玻璃河水泥廠余熱電站的投運一直很好?！熬盼濉逼陂g該技術又取得了長足的進步，相繼在2000t/d、2500t/d窯外分解爐成功設置了余熱回收帶燃用煤矸石的補燃鍋爐（循環(huán)流化床鍋爐）綜合利用。該技術的優(yōu)勢在于發(fā)電系統(tǒng)的運行可以不受水泥生產系統(tǒng)得制約，當水泥生產系統(tǒng)偶爾出現(xiàn)短時停窯或廢氣溫度及氣量不夠時，均可調節(jié)流化床鍋爐燃料的喂料量及風量保證鍋爐的正常運行，避免發(fā)電機組的頻繁啟停，既延長電廠的使用壽命，又保證了電力的連續(xù)供應。同時，帶流化床鍋爐的余熱發(fā)電技術的成熟，也為開發(fā)中低溫余熱發(fā)電，開辟了廣闊的前景。如葛洲壩水泥廠、吉林亞泰水泥有限公司、內蒙古蒙西水泥有限公司、廣東塔牌水泥集團公司均利用該技術取的很好的效益。以我們總承包的福建龍巖三德水泥廠帶補燃鍋爐的2×15MW余熱發(fā)電項目為例，其充分利用該廠1#（2000t/d）、2#(2500t/d)窯尾廢氣，以及本地區(qū)豐富的劣質煤，建成投產后其設計年供電量為14994×104kwh（以年運行時數(shù)7000小時計），年平均發(fā)電標準煤耗為582.6g/kwh，余熱利用量占電站總耗能熱量的25%，而該公司全年用電量約為17561×104kwh，用電自給率可達約85%，按外購電價0.5元/度（含稅）計算，所發(fā)電全部供使你生產線使用，年均收益為6407.69萬元，并可通過余熱電站調整用電系統(tǒng)功率因數(shù)使現(xiàn)有供電系統(tǒng)損耗減少。同時，該電廠每年可向水泥生產線提供爐渣約2.193萬噸，粉煤灰5.118萬噸，按每噸50元計算，年節(jié)約成本費用365.55萬元，以上合計每年收益為6773.24萬元。
    結合水泥廠自身特點新建余熱發(fā)電工程，不僅降低水泥回轉窯能耗，使水泥生產線用電大部分自給，而且所產生的爐渣、粉煤灰作為水泥混合材使用，達到能源的綜合利用，降低水泥生產成本，改善環(huán)境質量，提高企業(yè)經濟效益和社會效益的目的。
二、我國該行業(yè)的政策：
    近幾年隨著產業(yè)結構的調整，我國國務院辦公廳于1999年以國辦發(fā)[1999]44號文中明確“確屬熱電聯(lián)產、綜合利用的小火電機組，有關部門和電網企業(yè)要按國家對熱電聯(lián)產、綜合利用的有關政策，繼續(xù)給與支持”，其中的“綜合利用”，包括有余熱利用和燃用煤矸石生產電力、熱力。
    關于煤矸石的綜合利用，1998年國家經貿委等八部委以國經貿字[1998]80號文發(fā)布了《煤矸石綜合利用管理辦法》，該《辦法》第十四條規(guī)定“國家鼓勵發(fā)展煤矸石電廠，并在有條件的地區(qū)發(fā)展熱電聯(lián)產，發(fā)展煤矸石電廠遵循自發(fā)自用，多余電量上網的原則。煤矸石電廠必須以燃用煤矸石為主，其燃料的應用基低位發(fā)熱量應不大于12550KJ/kg，新建煤矸石電廠應采用循環(huán)流化床鍋爐”。
    綜上，利用水泥廠窯頭、窯尾余熱，同時建設帶補燃鍋爐以劣質煤及煤矸石為燃料的余熱電站國家產業(yè)政策是鼓勵的。
三、余熱發(fā)電項目流程概況（以龍巖三德水泥廠余熱發(fā)電工程為例）：
    龍巖三德余熱發(fā)電項目由新加坡三德有限公司出資，采用國際通行的EPC總承包模式發(fā)包，蘇州中材為總承包商，內蒙古科研設計院負責設計。其設計流程為：
    選用當?shù)丶t坊煤礦生產的劣質無煙煤為補燃鍋爐的燃料，通過輸送設備輸送至煤倉，并通過下部給煤機將燃料送入補燃鍋爐燃燒，燃燒所用熱風由設在鍋爐零米層的一、二次風機將爐頂熱空氣吸入，經空氣預熱器進一步加熱后入床下熱風箱再經風帽送入爐膛；
    燃燒所產生的煙氣在爐膛與汽水系統(tǒng)進行換熱后，由鍋爐尾部煙道排出，經電收塵其除塵后由設在室外零米層的鍋爐引風機送入80米高水泥煙囪后排入大氣。燃燒所產生的廢渣由床下排渣管排出后，由冷渣機冷卻后通過刮板機送入渣庫；尾部細灰經電除塵器收下后通過汽力輸送系統(tǒng)送入灰?guī)臁?BR>    經換熱后的飽和蒸汽進入鍋爐汽包，并通過過熱器和進一步匯集達到使用要求后，通過匯汽集箱連接管道輸送至汽輪機，帶動汽輪發(fā)電機葉輪，從而發(fā)電。
    在整套系統(tǒng)中，為滿足使用、安全、環(huán)保等要求，在鍋爐、汽輪發(fā)電機的主機設備間，設計了相應的化學水系統(tǒng)、鍋爐補給水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、除硫系統(tǒng)、輸灰系統(tǒng)等等系統(tǒng)，以完善整個工藝。
    對余熱鍋爐系統(tǒng)，為充分利用窯尾余熱，在C1風管至增濕塔間將廢氣引至余熱鍋爐進口，再經過頂部將氣流引至增濕塔，從而在不影響水泥工藝流程的條件下通過熱交換，將產生的蒸汽通過管道輸送至補燃鍋爐汽包，從而完成對廢氣的熱能利用。
四、帶補燃鍋爐的余熱發(fā)電廠施工特點
    在施工過程中，有以下施工特點：
    ⑴、工藝流程設備銜接難度大，要求高。
    電廠主要設備的銜接是壓力管道，而不是單臺的設備連接輸送。從鍋爐到汽機是中高壓的蒸汽管道輸送，再以此分流至不同的輔助設備作其他工藝用途。高溫蒸汽管道輸送又產生很多輔助設備及管道以滿足對資源的再回收利用，從而符合節(jié)約資源、環(huán)保等要求。
電廠工藝流程設備銜接難度主要體現(xiàn)在工藝管道上，管道種類繁多，且相對集中，施工過程中必須按電力建設規(guī)范要求對其合理布置，否則，各類管道的交叉、干涉勢不可免。另外，在施工過程中，管道施工必須保證其對接焊縫質量、法蘭連接螺栓緊固力矩要求。而局限的空間，不同標高層面的管道布置無疑使施工難度加大。
    ⑵、主機設備安裝過程停止檢驗點多，直接影響施工進度。
    由于鍋爐屬壓力容器，其施工周期一般為4—5個月。安裝過程中，很多檢驗工序必須有鍋檢部門參與確認。所謂停止檢驗點就是必須由鍋檢部門參與檢驗確認合格后才能進行下道工序施工的工序。對于鍋爐來講，從鋼架安裝、汽包安裝、鍋爐水冷壁安裝前的焊工考試、本體水壓試驗、鍋爐本體砌筑總體驗收等都是停止檢驗點。施工過程中必須嚴格控制、統(tǒng)籌安排，并隨時與鍋檢部門保持聯(lián)系，及時要求其進廠對停止檢驗點進行檢驗，否則現(xiàn)場無法進行后續(xù)施工，對施工進度會造成很大影響。
    ⑶、材料種類繁多、焊接要求高、焊接檢驗工作量大。
    在鍋爐、汽機安裝過程中，由于鍋爐本體及相關管道內的介質基本上屬于中溫中壓或高溫高壓，根據其內部介質溫度、壓力的不同，其本體及相關管道的材質、焊接要求也不同，通常材質多達幾十種。所以，在施工過程中必須嚴格控制采購程序，對使用的管材、管件等必須嚴格分類儲存堆放，嚴禁用錯或代用。對合金鋼材料還必須進行100%光譜分析。否則，一旦用錯，可能會在以后的生產過程中造成管道爆裂等危險，造成重大損失。同時，在施工過程中，為確保施工質量，對于管道焊接坡口的形狀、角度及焊接間隙的預留量都必須嚴格按照圖紙要求經確認后方可施工。針對焊接母材的不同，其選用的焊材種類也很多，焊接工藝也不同。考慮到施工質量，鍋爐本體管道、蒸汽管道及主給水管道等都需采取氬弧焊，同時，為了檢驗焊接質量，必須對焊縫進行無損探傷檢驗。通常情況下，對鍋爐本體管道的焊接焊縫進行25%的X光拍片，主蒸汽管道及主給水管道進行100%X光拍片，檢驗工作量相當大，以龍巖三德水泥廠兩套鍋爐及汽機管道為例，進行檢驗的底片多達2500多張。
    ⑷、熱控儀表安裝工作量大、難度高。
    熱控儀表在電廠工藝設備及管道運行中發(fā)揮了極其重要的作用，它承擔著各中高溫或中高壓系統(tǒng)的內部運行參數(shù)直接反饋給集中控制操作中樞或現(xiàn)場的重要任務，從而實現(xiàn)機爐集中控制，完成手動操作、自動調節(jié)、聯(lián)鎖程控、順序控制、數(shù)據采集、運行監(jiān)視、信息記錄。其按功能可分為MCS、SCS、DAS、MFT、ETS、通訊六個分系統(tǒng)，另外還包括現(xiàn)場監(jiān)視儀表如：鍋爐汽包現(xiàn)場壓力、汽包水位電解點顯示儀等。
為了使各被監(jiān)控設備在平穩(wěn)、安全的狀態(tài)下運行，在施工過程中，必須對各熱控儀表安裝位置及安裝精度嚴格要求，而以三德廠15MW電廠為例，各熱控儀表測點多達2050個左右，且其分布位置、安裝精度、安裝載體各不相同，其中大部分安裝在中高壓管路上，既有焊接質量要求，又有法蘭螺栓緊固力矩要求，以保證在運行中的可靠質量。但電廠工藝管道種類繁多，且密集布置，造成了安裝空間的局限性，安裝工作量及難度不言而喻。
    ⑸、調試工作量大
    電廠的調試與其他行業(yè)的運行調試有很大區(qū)別，它不僅僅是工藝流程中的設備運行及工藝性能控制，還要針對電廠設備、系統(tǒng)的中高溫或中高壓特點，請電力行業(yè)的專業(yè)調試公司對各相關環(huán)節(jié)作出細致安排，以確保整個調試工作能順利、平穩(wěn)地進行。其主要在以下幾個方面：
    在設備、系統(tǒng)運行上，必須編制分部、分系統(tǒng)和整套調試運行方案及針對各設備運行性能、工作參數(shù)，分析其可能出現(xiàn)的問題制定應急預防措施，從而保證每臺設備、每個系統(tǒng)都能符合整體調試運行要求，以龍巖三德余熱電廠為例，調試運行方案編制量多達30個；在工作安排上，必須合理安排各專業(yè)調試人員分工，落實各調試設備、系統(tǒng)有專職人員現(xiàn)場、集中監(jiān)控。以防止設備出現(xiàn)意外事故。如鍋爐高溫煮爐階段，要根據爐膛循環(huán)流化床床溫及壓力，合理控制好進煤量及風量，保證煤能在沸騰情況下完全燃燒，防止爐膛結焦，從而導致停爐；在調試問題處理上，必須制定出合理的問題解決程序，明確相關人員責任，從而提高各參與人員積極性，避免問題發(fā)生卻無人處理的情況，延誤調試進程，如，現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)問題后，立即向調試總指揮匯報，調試總指揮根據問題嚴重性發(fā)放消缺通知單，合理安排消缺人員處理；在安全上，必須確保設備、系統(tǒng)調試運行前及運行中的檢查質量，以防在運行中出現(xiàn)重大人身傷害、設備損傷事故或造成嚴重的環(huán)境污染，如，在汽輪機沖轉前，必須進行主蒸汽管道沖管，沖管過程中就必須要有專人負責安全警戒及臨時管道檢查，以防止無關人員或不知情人員受到噪音傷害及被蒸汽燙傷等危險。在調試記錄及資料上，必須有專人負責記錄調試設備、系統(tǒng)的相關運行數(shù)據，并按要求做好存檔資料，以便在運行中及時發(fā)現(xiàn)、處理問題，在調試運行結束后為電廠的后繼運行作好參考，如，汽機沖轉時，并不是一次性到達額定轉速，而是先靜態(tài)調試汽機油動機行程，記錄相關數(shù)據，再分階段對汽機轉速進行控制，做好動態(tài)低速及超速試驗并記錄相關數(shù)據，為汽機的正常運行做好保障。
    另外，在整體調試過程中，各專業(yè)調試人員必須嚴格按照調試方案及《電力行業(yè)規(guī)范》要求進行調試操作，確保鍋爐、汽機及輔助設備在規(guī)定的運行參數(shù)下運行平穩(wěn)，從而為發(fā)電機順利發(fā)電做好鋪墊。
    總之，在電廠設備安裝及調試過程中，所有參與人員都必須細心謹慎、認真負責、實事求是地做好每一環(huán)節(jié)，這樣才能確保整套機組安全、平穩(wěn)地達到預期目標要求。