用水泥窑无害化协同处理生活垃圾及新型干法生产线(配套纯低温余热发电)技术改造工程

利用水泥窑无害化协同处理生活垃圾及新型干法生产线(配套纯低温余热发电)技术改造工程节能评估报告书第六章节能措施评估6.1项目节能措施概述6.1.1节能技术措施本次设计在充分考虑综合利用固体工业废渣的同时，着重体现了项目的节能效果。本工程设计在适用、可靠、先进、经济的前提下，尽可能考虑热能和电能的节约和综合利用，并在工艺选择、设备选型、节能措施三个方面下功夫，以达到节能、利废、环保三重效果。本工程选用φ4.8×72m回转窑，窑尾配以带在线式分解炉的五级旋风预热器，窑头采用高效篦式冷却机，同时由于采用了第三代篦冷机，可使窑头得到高温二次风（二次风温度高于1100℃）和窑尾分解炉得到高温三次风（三次风温度高于800℃），出一级预热器的废气温度约320℃，大部分用作原料粉磨的烘干介质，出篦冷机的部分废气用作煤磨的烘干介质。实际回收余热约520KJ/kg熟料。本项目的熟料烧成采用煤煅烧技术，在国内处于领先水平，带五级旋风预热器的预分解窑新型干法工艺，在利用燃煤作燃料的条件下，单位熟料热耗为3011KJ/Kg-cl，在国内属先进水平，节能效果显著。目前，国内能满足4500t/d新型干法水泥生产线要求的水泥生产设备有多种方案可供选择，本次改造在经济、适用、先进、可靠的前提下，对主要设备的选型尽可能考虑热能和电能的节约和综合利用。6.1.1.1热能的节约及利用(1)采用低热耗的窑型本项目生产工艺核心一熟料煅烧系统，设计中采用双系列五级低压损旋风预热器和带新型高效预分解炉组成的新型干法回转窑系统；采用新型篦冷机后，可更有效的回收熟料中的热量，降低热耗。单位熟料综合标煤耗102.8kgce/t，熟料单位热耗指标达到了国家标准水泥企业先进值的要求。(2)热能的综合利用综合利用生产过程中的废气余热是新型干法水泥生产技术的一大特色，也是水泥工业节能主要手段。本项目在设计中将窑尾预热器的废气首先引入SP锅炉，用于余热发电。出SP锅炉的约220℃的废气一部分进入生料磨作为烘干媒介，充分利用废气余热烘干原料；一部分作为煤粉制备的烘干热源。因此，每年可节约原料烘干用煤约6500t。将冷却机排出的部分废气引入AQC炉，进行余热发电。(3)精确控制燃煤量和改善燃烧条件对于窑及分解炉的用煤，选用了精度高、运转可靠的计量秤，可根据生产操作要求而及时、准确地调节，确保喂煤均匀，从而有效地控制住熟料煅烧热耗。窑用燃烧装置采用多通道喷煤管，可使入窑一次风比例降低至10％左右，因而相应增加了入窑高温的二次风量，进而改善了窑内的燃烧条件，提高了燃烧效率，降低热耗。(4)采用大型窑头罩及新型篦冷机采用大型窑头罩及新型篦冷机，可充分回收熟料的热量，一定程度上提高了入分解炉三次风的温度，也改善了分解炉内的煤粉燃烧气氛，从而达到降低煅烧热耗的目的。采用国产第三代可控气流篦式冷却机，不仅单位冷却风量降低约30％，节省了电耗；而且入窑二次、三次风温有了显著提高，热回收效率可达-76％，更加充分地利用了热能。(5)减少设备及管道的表面散热损失为减少热损失，对窑、炉、冷却机以及有关热风管道采用新型耐火隔热材料，减少表面散热损失。通过优化设计，在不额外增加投资、经济性又更好的前提下，采用高效、优质的内保温与外保温材料，尽可能减少设备及管道的表面散热损失，同时也提高了预热器内的料气换热效果和废气余热综合利用率，从而相应降低热耗。(6)重视原料、煤的预均化和生料均化，提高入窑生料合格率，生料易烧性得到改善，减小入窑煤质波动，为稳定窑热工制度、提高燃料质量、降低烧成热耗创造了条件。6.1.1.2电能的节约(1)原料磨采用辊式磨，能量消耗少，噪音低。生料电耗降低到18Wh/t左右，而普通生料粉磨系统电耗21kWh/t，按185万t/a生料计算，每年节电555万kWh。(2)五级旋风预热器采用低压损技术设计，其旋风筒的主要结构特征表现为大蜗壳、短柱体，同时又设置了导流板、整流器等，因而系统阻力大大减低；与传统技术的预热器相比，预热器风机的电耗可降低15～20％。(3)熟料冷却选用了最新技术的篦式冷却机，其冷却所需的风量和多余排放的废气量将比原有篦式冷却机减少了0.6～0.8Nm3/kg--cl冷却风机和废气排风机的电耗可分别降低20％。(4)水泥磨系统采用辊压机+球磨+高效选粉机圈流系统，每吨水泥节电约5～7kwh/t。(5)生料入库及入窑尾预热器采用机械输送，与气力输送相比节电2/3左右。(6)生料均化关系到入窑生料的质量合格率能否满足烧成系统稳定操作及水泥熟料的质量好坏。本设计选用IBAU型连续式均化库，库顶单点卸料入库，库底充气箱分区轮流充气卸料，CP型均化库具有均化系数高，电耗低等优点，其均化电耗仅为0.15KWh/t生料，与间歇式均化库相比，每吨生料平均节电0.8KWh，一年可节电148万KWh。(7)采用全数字变频装置对风机进行调速，从而实现对风机风量的控制，节省电能大约30％～40％左右。(8)在电气设计中，将变压器及电力室设在靠近负荷中心处，以降低线损。(9)选用高性能的节能型S11变压器以减少变压器自身的损耗，节省电能大约5％左右。(10)采用铜芯电缆减少线缆损耗。(11)对于中小型电机均选用高性能Y系列节能型电动机，并且采取直接起动，减少因采用起动装置起动的电能损耗。高压绕线电机选用液体变阻器作为起动装置，既改善了电机的起动特性，又节省因采用频敏变阻器起动带来的较大能量损耗。(12)在10.5kV母线设置了高压电容补偿装置，在原料磨磨机、水泥磨磨机等大型高压电动机装设就地电容补偿装置，随机投入和切除，在各电力室0.4kV母线设置了低压功率因数自动补偿装置，使系统的功率因数达到0.92以上，减少了系统无功损耗。(13)全厂生产工艺上采用的各种风机、水泵等均进行认真仔细的设计选型计算，以确保设备在最佳的效率点运行。设备选用国家推荐的节能产品。(14)各高低压配电回路设置电度表，实行科学管理，严格考核。(15)建筑设计采用节能材料，以节省空调的能耗。(16)水泥成品比例70％为散装，散装化促进了水泥生产、流通和使用全过程的节能减排。发展散装水泥实现了清洁生产，减少了污染物排放。散装水泥生产、运输、使用等环节均在密封的环境下作业，各环节全部使用机械化、自动化操作。据测算，与袋装水泥相比，每使用一吨散装水泥可减少粉尘排放4.2公斤，使用1万吨散装水泥比使用袋装水泥可减少水泥损耗450吨，节约包装用纸60吨、煤炭78吨、水资源1.2万立方米、电力7.2万千瓦时。6.1.1.3水能的节约(1)生产车间设备冷却采用循环供水系统，以节约水资源和经营费用，循环率达95%。(2)本项目在余热发电系统，对发电凝汽设备采用空气冷却方式，减少冷却水消耗用量，以节约水资源。6.1.2建筑节能6.1.2.1建筑节能标准要求国家要求“十一五”期间新建建筑严格执行节能50％的设计标准。采用高效保温材料复合的外墙和屋面等一系列技术措施，以达到节能降耗的目的。生产车间热指标为110W/m2，办公楼和宿舍楼热指标为70W/m2。照明：照度标准为300LX。建筑围护结构隔热水平：围护结构传热系数屋顶0.55、外墙0.6、地板0.5。门窗密封性指标：不低于国标《建筑外窗空气渗透性能分级及其检测方法》(GB7107)规定的III级水平，相当于窗户每米缝长的空气渗透量。6.1.2.2建筑节能措施(1)厂房、构筑物等所用的建筑材料均采用相应的节能材料，以取得节能效果。(2)在灯具选择中，采用节能型光源。照明要充分利用自然光并选用高效节能照明光源，车间照明采用光纤节能灯，利用自然光反射照明，节约电能。6.1.3节能管理措施6.1.3.1企业能源计量能源计量是企业实现科学管理的基础性工作。没有完善准确的计量器具配置，就不能为生产和生活的各个环节提供可靠的数据。它也是评价一个企业管理水平的一项重要标志。该公司能源计量系统由原煤、电力、新鲜水、燃料油四大块组成，其中电力和煤消耗量较大。公司的能源计量、统计、管理工作主要由企业管理部负责，能源考核体系纳入成本考核。为强化能源管理，落实节能目标，公司制订了煤、水、电的管理考核实施细则，以促进节能减排工作有效进行。6.1.3.2企业能源计量考核指标企业配备了较完善的一级、二级和三级计量仪表。经统计计算，企业能源计量器具的配备率和完好率分别为100%和100%(详见见表6.1-1能源计量器具汇总表)。表6.1-1能源计量器具汇总表序号能源计量类别Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级综合应装数安装数配备率完好率应装数安装数配备率完好率应装数安装数配备率完好率配备率完好率台台％％台台％％台台％％％％1电33100100121210010042421001001001002煤2210010022100100661001001001003水331001006610010040401001001001004油111001001001001001006.1.3.3电力计量器具配备该厂电力计量器具主要是指安装在生料开闭站、水泥开闭站、熟料烧成系统开闭站以及总降站的各电度表。另外，各配电室安装的电压、电流以及功率因数指示仪表对于电力的计量起到了辅助作用。电度总表安装于总降变压器低压侧，用于跟供电系统进行电费结算。其余二级和三级电度表总计54块按照生产区域进行配置。6.1.3.4原煤计量器具配备该厂用煤计量器具包含两部分：一部分是用于煤炭采购结算交易的轨道衡和地中衡，原煤入厂的批量计量在此完成，经计量后的原煤统一进入煤堆场；另一部分为煤均化和粉煤制备过程中的传送皮带计量，用于水泥生产中的原料和燃料配比控制。该企业的原煤计量器具配备情况详见煤计量网络图（图6.1-1）。6.1.3.5用水计量器具配备该厂的供用水系统计量是通过安装于各处的水表来完成的，厂内共有三个自备水井，各自安装了用于采水总量计量的总表，厂内各主要用水点安装了分水表。该企业的用水计量器具配备情况详见水计量网络图（图6.1-2）。图6.1-1煤计量网络图图6.1-2用水计量网络图6.2单项节能工程6.2.1电站设计原则总体技术方案要求在本工程实施时不能影响熟料生产线的正常生产，总体技术方案要保证电站在正常发电时，不影响生产线的正常生产，在此前提可行性研究报告中电站总体技术方案的设计遵循“稳定可靠，技术先进，降低能耗，节约投资”的原则，认真研究项目建设条件，通过多方案比较，提出供业主选择的技术方案，为业主选择适宜的技术方案提供依据。具体指导思想如下：1、以稳定可靠为前提，采用经实践证明是成熟、可靠的工艺和装备，对于同类型、同规模项目暴露出的问题，要经过认真的剖析与调研不得在本项目中重复出现。2、在稳定可靠的前提下，提倡技术先进，要尽可能采用先进的工业技术方案，以降低发电成本和基建投入。3、生产设备原则上采用国内技术产品（含组装）。4、资源综合利用电站的电机控制和过程控制采用计算机控制系统，达到高效、节能、稳定生产、优化控制的目的，并最大程度地减少操作岗位定员，以降低成本。5、贯彻执行国家和地方对环保、劳动、安全、消防、计量等方面的有关规定和标准，做到“三同时”。6.2.2项目设置4500t/d级水泥窑窑尾预热器废气余热锅炉（SP炉）及窑头冷却机废气余热锅炉（AQC炉）；锅炉给水处理系统；汽轮发电机系统（9MW）电站循环水系统；站用电系统；电站自动控制系统；电站室外汽水系统；电站室外给、排水管网及相关配套的通讯、给排水、照明等辅助系统。6.2.3主要建设条件1、废气余热条件为高效利用窑头熟料冷却机废气余热，提高窑头余热锅炉的烟气温度及余热锅炉运行的稳定性，取用其中段废气余热。出窑尾预热器废气余热。2、供热负荷全厂在采暖期的供热热源，由电站发电用余热锅炉生产的蒸汽通过汽水换热器供给，根据暖通专业的计算数据，在冬季采暖期间，余热电站要向水泥厂换热站提供4.5t/h蒸汽，以满足全厂的采暖要求。6.2.4主要技术方案1、热力系统及装机方案的设计原则⑴充分利用4500t/d水泥熟料生产线窑头熟料冷却机及窑尾预热器废气余热。⑵本余热电站的建设及生产运行应不影响水泥生产线系统的正常生产。⑶本余热电站的系统及设备应以成熟可靠、技术先进、节省投资、提高效益为原则，并考虑目前国内余热发电设备实际技术水平。⑷烟气通过余热锅炉沉降下来的窑灰应回收并用于水泥生产以达到节约资源及环境保护的目的。2、热力系统及装机方案确定A装机方案的确定1）窑头余热锅炉―AQC炉在窑头冷却机废气中部出口设置窑头余热锅炉AQC炉，可生产14.29t/h―1.35MPa―340℃过热蒸汽；同时生产39.6t/h―170℃热水。2）窑尾余热锅炉―SP炉在窑尾预热器的废气出口管道上设置SP余热锅炉，可生产约23.92t/h―1.35MPa―320℃过热蒸汽。3）汽轮机根据余热锅炉所能产生的主汽品位，本工程选用的汽轮机主蒸汽参数为1.25MPa―315℃，窑头、窑尾锅炉共能生产蒸汽量总共约38.21t/h，采暖期供热及辅助用汽约4.5t/h，汽耗按5.6kg/KW计算，则采暖期平均余热发电功率约为6.018MW，非采暖期平均余热发电功率约为6.82MW。综上所述，工程确定装机方案如下：1台9MW凝汽式汽轮发电机组＋1台窑头余热锅炉＋1台窑尾余热锅炉。B热力系统根据本装机方案，为满足生产运行需要并达到节能、回收余热的目的，结合水泥生产工艺条件，热力系统方案确定如下：在窑头冷却机中部废气出口设置窑头余热锅炉AQC炉。AQC炉分两端设置，其中Ⅰ段为蒸汽段，Ⅱ段为热水段。在窑尾预热器的废气出口管道上设置SP余热锅炉，SP余热锅炉产生的蒸汽与窑头AQC余热锅炉Ⅰ段产生的同参数蒸汽合并后送入汽轮机作功。AQC炉Ⅰ段生产的1.35MPa―340℃过热蒸汽作为主蒸汽与窑尾余热锅炉SP炉生产的1.35MPa―320℃过热蒸汽在汽机房合并后，除去外管线损耗后，在母管中混合为1.35MPa―315℃过热蒸汽；作为主蒸汽―并进入汽轮机做功。汽轮机做功后的乏汽通过冷凝器冷凝成水，经凝结水泵再次送入除氧器，再经给水泵为AQC余热锅炉Ⅱ段提供给水，AQC炉Ⅱ段生产的170℃左右热水提供给AQC炉Ⅰ段及SP锅炉。从而形成完整的热力循环系统。上述方案的配置，可以使电站运行方式灵活、可靠，能很好地与水泥生产配合，可最大限度的利用余热，并已经在众多工程中应用，取得了较好的效果，因此该技术是成熟、可靠的。C主要设备表6.2-1表6.2-1主机设备选型表序号设备名称及型号数量主要技术参数、性能、指标19MW凝汽式汽轮机1型号：N7.5—1.25型额定功率：9MW额定转速：3000r/min主汽压力：1.25MPa主汽温度：315℃汽耗率：≤5.6kg/KW29MW发电机1型号：QF7.5—2型额定功率：9MW额定转速：3000r/min出线电压：10500V3窑尾余热锅炉1入口废气参数：340000m3/h（标况）—340℃入口废气含尘浓度：＜85g/m3（标况）出口废气温度：≥220℃产汽量：23.92t/h—1.35MPa—320℃（过热）给水参数：24.79t/h—170℃—1.8MPa锅炉总漏风：≤3%4窑头余热锅炉1入口废气参数：180000m3/h（标况）—360℃入口废气含尘浓度：＜15g/m3（标况）出口废气温度：105℃锅炉Ⅰ段产汽量：14.29t/h—1.35MPa—340℃（过热）给水参数：14.81t/h—170℃—1.8MPa锅炉Ⅱ段（热水）出水参数：39.60t/h—170℃—2.5MPa给水参数：39.60t/h—40℃—2.5MPa锅炉总漏风：≤3%5窑头沉降室1入口废气参数：180000m3/h（标况）—360℃入口废气含尘浓度：＜30g/m3（标况）出口废气含尘浓度：＜15g/m3（标况）D炉灰处理本项目为低温余热发电，当水泥生产线窑头及窑尾废气经余热锅炉换热后，对沉降下来的炉灰窑头采用FU拉链机将收下的窑灰送回到熟料输送系统，窑尾采用螺旋输送机将料灰送回到生料输送系统。E主要技术经济指标见表6.2-2表6.2-2主要技术经济指标发电装机容量MW9发电功率MW9.0189（采暖期）MW9.820（非采暖期）年向熟料生产线供电量104KWh4364年减少向电网购电量104KWh4705.5生产线废气可用余热量104KJ/h12200电站年节标煤量吨142706.3节能措施效果评估可比熟料综合煤耗94.97kgce/t，与GB50443-2007《水泥工厂节能设计规范》和GB16780-2007《水泥单位产品能源消耗限额》要求可比熟料综合煤耗≤110kgce/t相比，减少11.45kgce/t；与国内先进水平107kgce/t相比减少8.45kgce/t，下降7.89%；与国际先进水平100kgce/t相比减少1.45kgce/t，下降1.45%。达到国际先进水平。可比熟料综合电耗56.99kWh/t，与GB50443-2007《水泥工厂节能设计规范》和GB16780-2007《水泥单位产品能源消耗限额》要求可比熟料综合电耗≤62kWh/t相比，减少5.01kWh/t；与国内先进水平60kWh/t相比减少3.01kWh/t，下降5.3%。但与国际先进水平55kWh/t相比尚有差距。可比水泥综合电耗84.33kWh/t，与GB50443-2007《水泥工厂节能设计规范》和GB16780-2007《水泥单位产品能源消耗限额》要求可比水泥综合电耗≤90kWh/t相比，减少0.07kWh/t；与国内先进水平相85kWh/t比高出4.93kWh/t。与国际先进水平80kWh/t相比尚有差距。可比熟料综合能耗101.97kgce/t，与GB50443-2007《水泥工厂节能设计规范》和GB16780-2007《水泥单位产品能源消耗限额》要求可比熟料综合能耗≤118kgce/t相比，减少12.46kgce/t；与国内先进水平114kgce/t相比减少8.46kgce/t，下降7.42%；与国际先进水平107kgce/t相比减少1.46kgce/t，下降1.36%；达到国际先进水平。可比水泥综合能耗90.04kgce/t，与GB50443-2007《水泥工厂节能设计规范》和GB16780-2007《水泥单位产品能源消耗限额》要求可比水泥综合能耗≤96kgce/t相比，减少5.59kgce/t；与国内先进水平93kgce/t相比减少2.59kgce/t，下降2.78%；达到国内先进水平。6.4项目节能量该项目水泥单位产品能源消耗达到了水泥企业水泥单位产品能耗限先进值的指标。水泥窑余热年发电量4705万kwh，年供电量4364万kwh，按0.327kg/kwh计算，年节约标准煤14270吨。表6.4-1本项目水泥单位产品能源消耗情况及节能量表水泥单位产品能源消耗分类可比熟料综合煤耗Kgce/t可比水泥综合电耗KWh/t可比熟料综合电耗KWh/t可比熟料综合能耗Kgce/t可比水泥综合能耗Kgce/t项目值94.9784.3356.99101.9790.04年节约标准煤14270tce6.5本章评估小节本项目未使用国家明令淘汰的工艺及设备。项目在节约能源方面采取了大量的措施，使用了实用的新工艺、新技术、新材料、新设备，节电、节能措施良好。项目认真落实能源计量管理工作，符合《用能单位能源计量器具配备与管理通则》（GB17167-2006）的要求。项目节能管理措施具体到位，能推动和促进节能工作的开展。本项目实施后节能效果明显，年节标煤量为14270tce，具有良好的经济效益和社会效益。第七章结论灵璧县水泥厂利用水泥窑无害化协同处理生活垃圾及新型干法生产线(配套纯低温余热发电)技术改造工程，采用国内一流先进的生产设备，生产优质回转窑熟料和水泥，采取多项节能措施，保证了资源、能源的合理利用和节能目标的实现。1、灵璧县水泥厂消耗能源由原煤、电力、汽油、柴油组成。该公司共消耗购入能源按当量值折标为