水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)的新突破
一、公司簡(jiǎn)介
青島捷能汽輪機(jī)股份有限公司坐落在美麗的海濱城市青島，位于青島市四方區(qū)，毗鄰海陸空港，交通四通八達(dá)，極為便利。
公司始建于1950年，1958年開始生產(chǎn)汽輪機(jī)，以生產(chǎn)“捷能牌”汽輪機(jī)為主導(dǎo)產(chǎn)品，具有現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模，享有自營(yíng)進(jìn)出口權(quán)，是國(guó)內(nèi)中小型汽輪機(jī)最強(qiáng)最大的設(shè)計(jì)制造供應(yīng)商?，F(xiàn)有凈資產(chǎn)4.5億元，員工2300余人，其中工程技術(shù)人員300余人。擁有關(guān)鍵設(shè)備1200余臺(tái)，其中數(shù)控、加工中心等精密大型設(shè)備300多臺(tái)，基本實(shí)現(xiàn)數(shù)顯數(shù)控加工，具有很強(qiáng)的綜合加工能力。
公司目前主要生產(chǎn)150MW以下各類型號(hào)汽輪機(jī)，現(xiàn)有十大系列400余個(gè)品種，能夠滿足發(fā)電、石油、化工、印染、紡織、水泥、造紙、制糖、鋼鐵、煤炭、垃圾處理、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)、城市集中供熱等行業(yè)，產(chǎn)品遍布31個(gè)省、市、自治區(qū)，并遠(yuǎn)銷印度、印尼、巴基斯坦、孟加拉等國(guó)家。
公司大力實(shí)施名牌戰(zhàn)略，堅(jiān)持實(shí)施自主開發(fā)與引進(jìn)技術(shù)相結(jié)合的高起點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略，大力推進(jìn)主導(dǎo)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級(jí)換代，曾獲得全國(guó)汽輪機(jī)行業(yè)質(zhì)量標(biāo)兵稱號(hào)和全國(guó)五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)隆?980年獲得中國(guó)汽輪機(jī)發(fā)展史上第一塊國(guó)家質(zhì)量獎(jiǎng)牌，多個(gè)產(chǎn)品被評(píng)為國(guó)家級(jí)新產(chǎn)品，所生產(chǎn)的“捷能牌”汽輪機(jī)2006年獲得“中國(guó)名牌產(chǎn)品”稱號(hào)。
二、低品位余熱汽輪機(jī)介紹
低品位余熱利用汽輪機(jī)是我公司的強(qiáng)項(xiàng)產(chǎn)品，是國(guó)家重點(diǎn)推薦的工業(yè)余熱利用汽輪機(jī)。
聞名世界的我國(guó)西藏羊八井地?zé)犭姀S，其裝配的7臺(tái)3MW二級(jí)擴(kuò)容循環(huán)和混壓式（補(bǔ)汽式）地?zé)崞啓C(jī)（這一項(xiàng)目曾獲得國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)），均為我公司70年代末至90年代初產(chǎn)品，二十年多來(lái)一直是羊八井地?zé)犭姀S的主力機(jī)組。羊八井地?zé)犭娬镜某隽Ψ€(wěn)定，其發(fā)電量已占到拉薩電網(wǎng)的40％。西藏羊八井地?zé)釞C(jī)組的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行成功，充分證明我公司已具備設(shè)計(jì)制造低參數(shù)多級(jí)混壓式汽輪機(jī)的能力，而近年印尼地?zé)釞C(jī)組的研發(fā)成功更足以證明我公司在低參數(shù)汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等方面已具備了各項(xiàng)技術(shù)條件。
迄今為止，我公司已自主研發(fā)了處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平、與第二代水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)配套的包括純凝汽、補(bǔ)汽凝汽等不同方式的汽輪機(jī)。這種汽輪機(jī)的基本系列為4.5MW、6MW、7.5MW、9MW、12MW、15MW、18MW、20MW等多個(gè)規(guī)格，主蒸汽進(jìn)汽額定參數(shù)為：壓力1.0～2.45Mpa、溫度300～385℃，補(bǔ)汽進(jìn)汽額定參數(shù)為：壓力0.1～0.2Mpa、溫度飽和～150℃，允許的運(yùn)行變化范圍為壓力0.05～0.25MPa、溫度飽和～170℃。該系列產(chǎn)品可以有效利用水泥窯廢氣余熱生產(chǎn)的不同等級(jí)的蒸汽、熱水等低品位熱能并能在保證汽輪機(jī)使用壽命和熱效率的前提下，對(duì)水泥窯生產(chǎn)的波動(dòng)性有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，節(jié)能效果明顯、經(jīng)濟(jì)效益顯著。
至目前，我公司已為全國(guó)近二十個(gè)省份、七十余家水泥生產(chǎn)廠的高溫余熱電站、補(bǔ)燃余熱電站、第一代水泥窯純低溫余熱電站、第二代水泥窯純低溫余熱電站設(shè)計(jì)制造了88臺(tái)不同型號(hào)的汽輪發(fā)電機(jī)組，其中包括:第一代水泥窯純低溫余熱發(fā)電機(jī)組18臺(tái)，第二代水泥窯純低溫余熱發(fā)電機(jī)組13臺(tái)。
三、第一代及第二代水泥窯余熱發(fā)電汽輪機(jī)組及發(fā)電能力的差異
為了配合第一代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，我公司從90年代初以來(lái)自主開發(fā)了低參數(shù)補(bǔ)汽或不補(bǔ)汽式汽輪機(jī)系列(主蒸汽參數(shù)為：壓力0.69～1.57Mpa、溫度280～340℃，補(bǔ)汽進(jìn)汽額定參數(shù)為：壓力0.1～0.2Mpa、溫度飽和～150℃)。由于水泥窯生產(chǎn)的波動(dòng)性，造成進(jìn)汽、補(bǔ)汽參數(shù)的不穩(wěn)定，直接影響了汽輪機(jī)的使用壽命。
國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)自1998～2004年共應(yīng)用了6臺(tái)補(bǔ)汽式汽輪機(jī)，至目前，這6臺(tái)補(bǔ)汽式汽輪機(jī)補(bǔ)汽均不能投入正常運(yùn)行，其根本原因并非是汽輪機(jī)設(shè)備問(wèn)題，而是余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)及余熱鍋爐配置不當(dāng)所至。如：汽輪機(jī)補(bǔ)汽要求補(bǔ)汽壓力及溫度相對(duì)穩(wěn)定并要求高于汽輪機(jī)本體補(bǔ)汽點(diǎn)的蒸汽壓力，由于未能透徹地研究水泥窯廢氣余熱特性，其低壓補(bǔ)汽均是由水泥窯大幅度波動(dòng)的廢氣直接生產(chǎn)，更由于余熱鍋爐、熱力系統(tǒng)的配置又不具備調(diào)整蒸汽壓力及穩(wěn)定蒸汽溫度的能力，造成補(bǔ)汽蒸汽壓力及溫度的大幅度波動(dòng)，使得補(bǔ)汽系統(tǒng)不能正常投入運(yùn)行。補(bǔ)汽系統(tǒng)不能正常投入運(yùn)行，不但不能進(jìn)一步回收180℃以下廢氣余熱，使余熱發(fā)電系統(tǒng)達(dá)不到應(yīng)該達(dá)到的發(fā)電功率，也同時(shí)嚴(yán)重影響了大家對(duì)補(bǔ)汽式汽輪機(jī)優(yōu)越性的認(rèn)識(shí)，阻礙了水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展及進(jìn)步。
2004年之后，隨著第二代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用，水泥窯余熱按廢氣余熱溫度可實(shí)現(xiàn)梯級(jí)利用，使水泥窯廢氣余熱按其熱能品質(zhì)最大限度地轉(zhuǎn)換為電能，采用相對(duì)高壓高溫的主蒸汽(1.57～2.45MPa-340～385℃)及低壓低溫補(bǔ)汽，不但提高了汽輪機(jī)效率，也使余熱發(fā)電能力比采用相對(duì)低壓低溫主蒸汽(0.69～1.27MPa-280～340℃)參數(shù)的第一代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)大幅提高。其中根據(jù)已投產(chǎn)的采用補(bǔ)汽式汽輪機(jī)的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)電站、第二代水泥窯余熱電站運(yùn)行情況，汽輪機(jī)組補(bǔ)汽式比不補(bǔ)汽式時(shí)其發(fā)電功率提高8%以上，相應(yīng)余熱鍋爐出口廢氣溫度可得以大幅降低。
同時(shí)，因采用較高的主蒸汽壓力和溫度，為汽機(jī)滑參數(shù)運(yùn)行創(chuàng)造了條件（當(dāng)設(shè)計(jì)采用主蒸汽壓力和溫度為2.29MPa-370℃時(shí)，實(shí)際運(yùn)行變化范圍可以達(dá)到1.27～2.47Mpa、325℃～400℃）；而第一代純余熱發(fā)電技術(shù)的汽輪機(jī)主蒸汽壓力和溫度允許變化范圍則要小得多（當(dāng)設(shè)計(jì)采用主蒸汽壓力和溫度為0.98MPa-310℃時(shí)，實(shí)際運(yùn)行變化范圍只能達(dá)到0.69～1.27Mpa、290℃～330℃）。因此，第二代純余熱發(fā)電技術(shù)在提高余熱發(fā)電能力的同時(shí)，由于主蒸汽參數(shù)允許運(yùn)行變化范圍比第一代純余熱發(fā)電技術(shù)大得多，汽輪機(jī)運(yùn)行的可靠性、對(duì)水泥窯生產(chǎn)波動(dòng)的適應(yīng)性也將比第一代技術(shù)好的多，更為重要的是延長(zhǎng)了汽輪機(jī)設(shè)備的使用壽命。
四、技術(shù)優(yōu)勢(shì)及創(chuàng)新點(diǎn)
隨著水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)日臻完善，我們與設(shè)計(jì)院、水泥生產(chǎn)廠家深度結(jié)合，在深刻了解余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)的構(gòu)成及水泥生產(chǎn)線生產(chǎn)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，在水泥窯余熱發(fā)電用汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)選擇上充分考慮了水泥窯生產(chǎn)的大范圍波動(dòng)性，積極研發(fā)與第二代水泥窯發(fā)電技術(shù)配套的補(bǔ)汽式汽輪機(jī)。
該類型補(bǔ)汽式汽輪機(jī)我公司已設(shè)計(jì)生產(chǎn)13臺(tái)。其中為山水集團(tuán)濰坊水泥公司生產(chǎn)的BN4.5-2.29/0.15(4.5MW)型補(bǔ)汽凝汽式機(jī)組已投入正常生產(chǎn)運(yùn)行，BN9-2.29/0.15(9MW)、BN18-2.29/0.15(18MW) 型補(bǔ)汽凝汽式機(jī)組也即將投運(yùn)。其主蒸汽進(jìn)汽額定參數(shù)規(guī)定為壓力2.29MPa、溫度370℃，允許的運(yùn)行變化范圍為壓力1.27～2.45MPa、溫度280～390℃；補(bǔ)汽進(jìn)汽的額定參數(shù)為壓力0.15 MPa、溫度150℃，允許的壓力變化范圍為0.05～0.25MPa、允許的溫度變化范圍是飽和溫度至170℃。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行證明，該機(jī)組進(jìn)汽參數(shù)適應(yīng)范圍廣，完全滿足水泥生產(chǎn)波動(dòng)的需要，余熱生產(chǎn)的蒸汽按其不同的能級(jí)全部通過(guò)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)換為電能，發(fā)電能力大大提高，使其發(fā)電量比采用第一代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的同規(guī)模水泥窯余熱電站提高25%以上。
無(wú)論提供給山東的山水水泥集團(tuán)補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)還是提供給廣西華潤(rùn)水泥集團(tuán)低品位純凝汽式汽輪機(jī)（S8.8-1.0*310℃（8.8MW）、S16-1.25*305℃（16MW）等）均采用如下先進(jìn)技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)。
在汽輪機(jī)組的設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，我公司積極采用CAD/CAM/CAPP、PDM等先進(jìn)的設(shè)計(jì)、制造、管理手段，產(chǎn)品零部件三化（模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化）水平高，生產(chǎn)制造周期短，為水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)提供了主要裝備。主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)，有以下幾方面：
1. 采用國(guó)際上先進(jìn)的模塊化設(shè)計(jì)，全面應(yīng)用全三維技術(shù)設(shè)計(jì)機(jī)組的通流部分（采用高效率后加載葉型、全三維彎扭葉片），大大提高汽輪機(jī)的效率，整機(jī)效率提高8%以上。
2. 在設(shè)計(jì)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)時(shí)，我們考慮了各種工況下的安全的運(yùn)行方式，調(diào)節(jié)系統(tǒng)摒棄早先的全液壓調(diào)節(jié)方式，而改用數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）。可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄、自動(dòng)控制，其技術(shù)水平國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，具有國(guó)際同類產(chǎn)品水平；汽輪機(jī)安全監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)（TSI），監(jiān)視項(xiàng)目齊全、性能可靠，操作調(diào)整方便，自動(dòng)化程度高，可隨時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)組的各種運(yùn)行參數(shù)，分散了危險(xiǎn)性，便于故障分析和判斷，限制事故范圍；增加汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（ETS），提高機(jī)組運(yùn)行安全性。
3.在主機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮了主蒸汽參數(shù)（壓力、溫度）大范圍變化，如： 2.45Mpa 390℃變化至1.27Mpa 280℃。以適應(yīng)水泥窯變化的需要。
4.熱力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可根據(jù)用戶提供汽源及要求，考慮余熱蒸汽的特點(diǎn)設(shè)置汽水分離器。該汽水分離器采用我公司獲得國(guó)家專利的高效的帶鉤波形板結(jié)構(gòu)，分離效率高達(dá)99.9%以上，可有效地降低蒸汽濕度，在保證機(jī)組安全運(yùn)行、延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命的條件下，使機(jī)組適應(yīng)蒸汽參數(shù)的大范圍變化。
5.關(guān)于補(bǔ)汽。
我公司生產(chǎn)的補(bǔ)汽式汽輪機(jī)有兩種補(bǔ)汽控制方式。
一種是無(wú)控制的簡(jiǎn)單補(bǔ)汽方式：當(dāng)補(bǔ)汽條件滿足后，手動(dòng)打開補(bǔ)汽門，補(bǔ)汽調(diào)門按設(shè)定的開度打開到設(shè)定值；
另一種是有控制補(bǔ)汽方式：由數(shù)字式電調(diào)節(jié)器根據(jù)機(jī)組負(fù)荷變化自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)汽門開度，在可調(diào)范圍內(nèi)保證補(bǔ)汽壓力。
這兩種補(bǔ)汽控制方式，我公司都已有設(shè)計(jì)，用戶可根據(jù)自己公司的實(shí)際，選擇適合自己的補(bǔ)汽控制方式。
6. 為減少電站投資和方便用戶安裝，我公司正在研發(fā)專為水泥窯純低溫余熱發(fā)電用的全新布置理念汽輪機(jī)---單層布置、公共底盤、配集中油站，汽、水、油管路全部廠內(nèi)組裝完畢，只留有部分接口。
7. 我公司也可以設(shè)計(jì)制造水泥窯純低溫余熱發(fā)電用空冷汽輪機(jī)及與焚燒垃圾配套的汽輪機(jī)。
總之，我們可以根據(jù)用戶提供的不同進(jìn)汽參數(shù)和補(bǔ)汽參數(shù)，開發(fā)設(shè)計(jì)和制造各種方式低品位余熱汽輪機(jī)，按中國(guó)或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織生產(chǎn)，最大限度地滿足客戶需求。
五、結(jié)束語(yǔ)
作為發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)廠家，我公司將攜手設(shè)計(jì)院及各水泥制造廠家，進(jìn)一步就水泥窯余熱回收發(fā)電領(lǐng)域進(jìn)行積極的探索、研究，繼續(xù)研發(fā)與純低溫余熱發(fā)電技術(shù)相配套的汽輪機(jī)，在水泥窯余熱發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)中應(yīng)用更多國(guó)外國(guó)內(nèi)新技術(shù)，從用戶角度考慮，全力打造全新產(chǎn)品，設(shè)計(jì)更便于安裝、自動(dòng)化程度更高、安全性更好、效率最高的產(chǎn)品。
面對(duì)新的機(jī)遇，新的挑戰(zhàn)，捷能公司始終奉行“開拓創(chuàng)新，追求卓越”的企業(yè)精神，牢固堅(jiān)持“精良產(chǎn)品、精誠(chéng)服務(wù)、精打細(xì)算、精兵強(qiáng)將、精益求精”的“五精”理念要求，努力為每一個(gè)用戶提供滿意的精品。（中國(guó)水泥網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處）
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