水泥窑纯低温余热发电工程项目6MW节能评估报告书.docx
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水泥窑纯低温余热发电工程项目6MW节能评估报告书
水泥窑纯低温余热发电工程项目（6MW）
节
能
评
估
报
告
书
目录
1.评估依据1
1.1法律法规1
1.2标准规范2
2.项目概况3
2.1建设单位基本情况3
2.2项目基本情况4
2.3项目用能概况5
3.能源供应情况分析评估7
3.1项目所在地能源供应条件及消费情况7
3.2项目能源消费对当地能源消费的影响7
4.项目建设方案节能评估8
4.1项目选址、总平面布置对能源消费的影响8
4.2项目工艺流程、技术方案对能源消费的影响8
4.3主要设备对能源消耗的影响11
4.3本纯低温余热发电系统特点13
5.项目能源消耗及能效水平评估14
5.1项目能源消费种类、来源及消费量分析评估14
5.2能源加工、转换、利用情况分析评估15
6.节能措施评估15
6.1节能措施15
6.2节能措施效果评估17
6.3节能措施经济性评估18
7.结论及建议18
7.1结论18
7.2建议19
1.评估依据
1.1法律法规
（1）《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》（2011年1月22日）；
（2）《中华人民共和国循环经济促进法》（2009年1月1日）；
（3）《中华人民共和国环境保护法》（1989年12月26日）；
（4）《中华人民共和国节约能源法》（2008年4月1日）；
（5）《中华人民共和国清洁生产促进法》（2003年1月1日）；
（6）《关于印发千家企业节能行动实施方案的通知》（发改环资[2006]571号）；
（7）《节能中长期专项规划》（国家发改委发改环资[2004]2505号）；
（8）《关于加强工业节水工作的意见》（2000年10月15日）；
（9）《中国节能技术政策大纲》（2006年3月9日）；
（10）《贵州省节能减排综合性工作实施方案》（黔府发〔2007〕25号）；
（11）贵州省人民政府《贵州省国民经济与社会发展第十二个五年规划纲要》（2011年1月30日）；
（12）《关于加强固定资产投资项目节能评估和审查工作的通知》（工信部节[2010]135号）；
（13）《产业结构调整指导目录（2011本）》（发展改革委令2011第九号）。
1.2标准规范
（1）《综合能耗计算通则》（GB/T2589-2008）；
（2）《企业能量平衡通则》（GB/T3484-2009）；
（3）《节能检测技术通则》（GB/T15316-2009）；
（4）《企业节能量计算方法》（GB/T13234-2009）；
（5）《能源管理体系要求》（GB/T23331-2009）；
（6）《工业企业能源管理导则》（GB/T15587-2008）；
（7）《用能单位能源计量器具配备和管理通则》（GB/T17167-2006）；
（8）《用能设备能源平衡通则》（GB/T2587-2009）；
（9）《评价企业合理用电技术导则》（GB/T3485-1998）；
（10）《产品电耗定额制定和管理导则》（GB/T5623-2008）；
（11）《用电设备电能平衡通则》（GB/T8222-2008）；
（12）《节电措施经济效益计算与评价方法》（GB/T13471-2008）；
（13）《水泥工厂节能设计规范》（GB50443-2007）；
（14）《水泥工业发展专项规划》（发改工业[2006]2222号）；
（15）《水泥工业产业发展政策》（发改委2006年10月17日颁布）；
（16）《水泥单位产品能源消耗限额》（GB16780-2007）；
（17）《固定资产投资项目节能评估工作指南（2010）》，国家节能中心；
（18）建设单位提供的《建厂地区气象水文资料》；
（19）建设单位提供的《3200吨/日熟料新型干法水泥生产线项目可行性研究报告》；
（20）建设单位提供的设计基础数据和技术人员现场考察收集的资料。
2.项目概况
2.1建设单位基本情况
2.2项目基本情况
2.3项目用能概况
项目（6MW）消耗的能源主要包括水泥生产线废气的余热、水和电。
本项目采用国内先进的余热发电技术，最大限度回收生产中产生的废气，可降低电力消耗，达到节能降耗、环保的目的。
（1）废气余热
a、3200t/d水泥生产线窑头熟料冷却机中部废气参数为100000m3/h（标况），－360℃↓～96℃，约2995×104kJ/h的热量。
b、3200t/d水泥生产线窑尾预热器废气参数为200000m3/h（标况），－330℃↓～200℃（排出的废气考虑用于生料烘干），约3448×104kJ/h的热量。
（2）新水
电站部分给水分为循环冷却给水系统、化学水处理系统、生产、生活及消防给水。
其中化学水处理系统、生产、生活及消防给水均由水泥厂生产、生活及消防给水管网提供，设备冷却用水量如下：
余热发电循环冷却系统给水量：
2500m3/h
循环冷却系统回水量：
2445m3/h
循环率为：
97.8%
循环系统补充水量：
55m3/h
全年生产天数为300天，共计7200小时，新水年总消耗量约为396000m3，折合标煤为33.94t/a。
（3）电力
6000kW余热发电系统启动功率大约为500kW，由水泥厂总降压站通过余热电站10.5kV母线倒送提供。
本项目根据3200t/d熟料水泥窑产生的废气量，参照国内先进技术，电量平衡负荷估算如下：
6000kW机组年发电量（7200h）：
4100×104kWh，折14350tce/a；
电站自用电量：
328×104kWh，折1148tce/a；
年供电量：
3772×104kWh，折13202tce/a。
3.能源供应情况分析评估
3.1项目所在地能源供应条件及消费情况
项目所在地位于毕节市煤矿资源充足，火电丰富、地下水等能源供应充足。
毕节市矿产资源丰富。
主要有煤、硫、铁、硅、砂、粘土、草炭、大理石、高岭土、重晶石等。
其中煤、硫、铁、锌探明储量分别达540000、29856、4042、1540万吨以上，硫磺已打入国际市场。
该厂水泥生产线的供电电源经供电局同意，电源引自附近供电局，35kV高压架空线路双回路供电，为本项目生产线提供可靠的电源保证。
厂区内设一座35kV总降压站，站内设一台25000kVA、35/10.5kV变压器供全厂生产用电。
本项目设置一段10.5kV余热电站厂用母线，1台6000kW发电机出口电压10.5kV，通过出口开关接于余热电站10.5kV母线，然后通过联络开关与水泥厂内总降压站10.5kV母线相联.同期并网、解列点设置于发电机出口主开关上。
距离厂址约1km处有河流，项目选择就近取水原则，厂区水源均来自河流，水源充足，生活用水来自城市自来水管网。
3.2项目能源消费对当地能源消费的影响
项目实施后产生的电能为自发自用，不仅降低了生产成本同时也节约了电能。
经计算，项目投产后，新水年总消耗量约为396000m3，折合标煤为33.94t/a；年发电量4100×104kWh，折14350tce/a，电站自用电量328×104kWh，折1148tce/a；向水泥厂供电量3772×104kWh，折合标煤为13202tce/a，吨熟料发电量为42.71kWh。
每年还可减少约3.76万吨的CO2、1132吨SO2、566吨NOX的排放量。
该项目符合节能减排的国家规划，不仅有效地节约电力，降低企业成本，促进企业发展、更好地为社会服务，而且也可以缓解当地能源供需紧张的局面，加快经济发展。
4.项目建设方案节能评估
4.1项目选址、总平面布置对能源消费的影响
项目（6MW）建设项目厂区现有总图布置合理。
平面布置是在满足防火、防爆规范的前提下，根据工艺流程、本着节约投资、节约占地、整齐美观、操作方便与检修的原则设计的。
设备及管道布置尽量紧凑合理，以减少散热损失和压力损失，不增加能源消费。
4.2项目工艺流程、技术方案对能源消费的影响
4.2.1利用水泥窑窑头冷却机、窑尾预热器的废气余热进行发电
目前国内最先进的水泥生产工艺，仍然有大量的350℃以下的低温余热不能被完全利用，其浪费的热量约占系统总热量的30%左右。
因此，回收水泥生产工艺过程中的低温余热，用来供热或发电，具有非常现实的节能和环保意义，符合循环经济和可持续发展的战略方针。
为充分利用窑头冷却机排放的废气余热，设置独立的ASH型窑头过热器、AQC型窑头余热锅炉及SP型窑尾余热锅炉。
水泥窑熟料冷却机废气经ASH型余热过热器后再进窑头AQC型锅炉。
ASH的作用是将AQC型炉、SP型炉生产的1.35MPa-310℃过热蒸汽以供汽轮机发电用。
根据布置与热效率要求，结构上采用立式自然循环，过热器出口废气温度控制在300～340℃。
水泥窑熟料冷却机废气经AQC余热锅炉后进窑头收尘。
AQC锅炉的作用是:
生产1.35MPa饱和蒸汽经ASH过热器过热后供汽轮机发电用，也用于锅炉给水除氧及汽轮机补汽；生产的热水进入除氧器除氧（同时作为0.25MPa蒸汽段的给水），除氧后的水由锅炉给水泵为SP炉、AQC炉1.35MPa蒸汽段供水。
由于占地面积与锅炉热效率要求，结构上采用模块立式布置锅炉，可减少占地面积，减少漏风，提高余热回收率。
出口废气温度控制在96℃左右。
水泥窑窑尾废气经SP余热锅炉后进窑尾收尘。
SP锅炉的作用是生产1.35MPa饱和蒸汽经ASH过热器过热后供汽轮机发电。
由于占地面积与锅炉热效率要求，结构上采用立式布置，锅炉出口废气温度控制在200℃左右。
完全利用水泥生产中产生的废气余热作为热源的纯低温余热发电工程，整个热力系统不燃烧任何一次能源，在回收大量对空排放造成环境热污染的废气余热的同时，所建余热发电工程不对环境造成新的污染，对于减少二氧化碳的排放量，减少温室效应，保护生态环境起着积极的作用。
还可有效地降低企业的水泥生产成本、提高企业产品的市场竞争力，为企业产生良好的效益。
4.2.2采用单压系统
常用的余热发电热力系统的有单压、闪蒸、双压余热发电三种方式。
单压系统指窑头余热锅炉和窑尾余热锅炉产生相近参数的主蒸汽，混合后进入汽轮机；窑头余热锅炉生产的热水供窑头余热锅炉蒸汽段和窑尾余热锅炉。
闪蒸系统指锅炉产生一定压力的主蒸汽和热水，主蒸汽进入汽轮机高压进汽口，热水经过闪蒸，生产低压的饱和蒸汽，补入补汽式汽轮机的低压进汽口。
双压系统指余热锅炉生产较高压力和较低压力的蒸汽，分别进入汽轮机的高、低压进汽口。
在锅炉热平衡计算及锅炉结构计算过程中，当设计选择的锅炉能完全吸收烟气放出的热量时，采用单压设计更为合理，且投资费用较少；当部分热量不能完全利用，只有利用低压系统再次吸收部分热量回送到汽轮机补汽部分，此时才采用双压设计布置。
双压布置系统较为复杂，汽轮机内效率有所降低，运行、维护相对困难，且投资费用大为增加。
综合上述比较和热力系统优化设计比较，结合国内外现有已建成水泥余热发电工程的经验，对于本项目6.0MW装机系统采用单压系统，既能完全吸收废气热量又能减少投资成本。
4.2.3低温余热发电工艺流程简述
（1）烟气流程
出窑尾一级筒的废气（约330℃）经SP炉换热后温度降至210℃左右，经窑尾高温风机送至原料磨烘干原料后，通过除尘器净化达标排放。
取自窑头篦冷机中部的废气（约360℃）经沉降室沉降将烟气的含尘量由50g/Nm3降至8~10g/Nm3后进入AQC炉，热交换后进入收尘器净化达标后与熟料冷却机尾部的废气会合后由引风机经烟囱排入大气。
（2）水、汽流程
原水经预处理后进入锅炉水处理车间，由反渗透及钠床装置进行处理，达标后的水作为发电系统的补充水补入发电系统的除氧器。
经化学除氧后的软化水由锅炉给水泵送至AQC炉的省煤器段，经过省煤器段加热后的约165℃的热水按一定比例分别进入AQC炉、SP炉的蒸发段、过热段后，AQC炉产0.789MPa、330℃的过热蒸汽，SP炉产0.789MPa、300℃的过热蒸汽，混合后进入汽轮机主进汽口，供汽轮机做功发电。
经汽轮机作功后的乏汽进入凝汽器冷凝成凝结水后，由凝结水泵送至化学除氧器除氧，再由锅炉给水泵将除氧后的冷凝水和补充水直接送至AQC炉，完成一个汽水循环。
（3）排灰流程
SP炉的排灰为窑灰，可回到水泥生产工艺流程中，设计时拟与窑尾除尘器收下的窑灰一起用输送装置送到生料均化库。
AQC炉产生的粉尘将和窑头收尘器收下的粉尘一起回到工艺系统。
本方案对水泥窑余热进行利用，依靠技术进步，实现低煤耗、低电压生产，降低了生产成本，使吨熟料综合电耗、综合能耗比纯低温余热发电前有一定程度的降低，降低了能源消费，方案可行、合理。
4.3主要设备对能源消耗的影响
根据目前国内纯低温余热发电技术及设备装备现状，结合水泥窑生产线余热资源情况，综合考虑目前水泥生产线窑头、窑尾的余热资源分布情况和水泥窑的运行状况，确定热力系统及装机方案如下：
本系统主机包括2台余热锅炉、一套2级蒸汽过热器及一套汽轮发电机组，装机容量为6MW。
主要设备见下表：
表4.1余热发电站主要设备一览表
序号
设备名称及型号
数量
主要技术参数
1
6MW纯凝汽轮机组
1
额定功率：
6MW
额定转速：
3000r/min
进汽压力：
1.25MPa
进汽温度：
311℃
汽耗率：
≦5.4kg/kw
排气压力：
0.0689MPa
2
6MW发电机
1
型号：
QF6-2型
额定功率;6MW
频率：
50HZ
出线电压：
10500v
3
3200t/d窑尾余热锅炉
UG-F3000-SP
1
入口废气参数：
200000m³/h（标况）—330℃
入口废气含尘浓度：
<100g/m³
出口废气温度：
≥200℃
产汽量：
15.6t/h-1.35MPa-320℃（过热）
锅炉总漏风：
≦3%
布置方式：
露天
4
3200t/d窑头余热锅炉
UG-F3000-AQC
1
入口废气参数：
100000m³/h（标况）-450℃
入口废气含尘浓度：
<30g/m³（标况）
出口废气温度：
96℃
锅炉总漏风：
≦3%
布置方式：
露天
5
除氧器及水箱
1
除氧能力：
30t/h
工作压力：
0.008MPa
工作温度：
45℃
除氧水箱：
10m³
6
锅炉给水泵
2
型号：
DG25-50×6
流量：
25t/h
扬程：
300m
7
组合逆流式玻璃钢冷却塔
2
型号：
10BNGZ-1200
冷却水量：
1200m³/h
进出水温差：
10℃
电机功率：
45KW/台
8
电站循环冷却水泵
2
型号：
300S26
流量：
972～1260～1440m³/h
扬程：
32～32～26m
电机功率：
132kW/台
9
ZRG组合式软水制取设备
2
型号：
ZQG-10
产水量：
10m³/h
出水指标：
硬度≦0.03mmoI/I
本项目严格遵循节能设计相关标准及规范、相关终端产品能效标准进行设备选型，热力系统采用先进的余热锅炉和单压系统，所选电机设备均无国家明令禁止或淘汰的设备，能够实行企业节能生产。
建议下一步采用变频调速技术，对项目的电机设备进行技术改造，使设备优化运行，在完成同样用电功能的同时减少电量消耗，使企业能耗进一步降低。
4.3本纯低温余热发电系统特点
（1）投资少,工期短。
一个6MW纯低温余热电站投资在4000万元左右,装备可全国产化。
从破土动工到并网发电时间为12个月;
（2）系统采用单压系统，实现了能源的梯度利用，在满足除尘器运行的前提下，尽可能降低窑头的废气温度，充分利用余热。
3）水泥窑冷却机采用多级取废气方式，各级之间可以根据水泥窑及电站运行情况进行调整。
当水泥窑系统生产需要调整冷却机时，可以很方便简单地调整，使电站系统对水泥窑生产的影响降到最低。
项目实施后，利用3200t/d水泥生产线窑头和窑尾废气的热能进行余热发电，年发电量为4100×104kWh，折14350tce/a；电站自用电量为年发电量的8%，年向水泥厂供电量为3772×104kWh，折13202tce/a；水电站的运行以自发自用为原则，电量不上网，因此水泥厂年减少向电网购电量3772×104kWh，折13202tce/a。
每年可产生约3.76万吨的CO2、1132吨SO2、566吨NOX减排量。
综上所述，本项目依靠技术进步和先进设备，实现低煤耗、低污染生产，降低了生产成本，使企业的水耗、电耗、综合能耗等都符合国家相关规定，项目可行、合理。
5.项目能源消耗及能效水平评估
5.1项目能源消费种类、来源及消费量分析评估
本项目运营期使用的能源种类为电、水和废气热量，主要用于满足设备动力运行。
本项目设置一段10.5kV余热电站厂用母线，1台6000kW发电机出口电压10.5kV，通过出口开关接于余热电站10.5kV母线，然后通过联络开关与水泥厂内总降压站10.5kV母线相联.同期并网、解列点设置于发电机出口主开关上，为本项目生产线提供可靠的电源保证。
该厂距离厂址约1km处有河流，以保证生产用水正常运行。
依据《综合能耗计算通则》（GB2589-2008）对该项目单位产品能耗指标计算分析，其综合能耗量见表5.1。
表5.1项目综合能耗量表
名称
能源量
折标系数
折标准煤（t）
备注
新水
396000m3
0.0857kgce/m3
33.94
消耗量
电力
4100×104kWh
0.35kgce/kwh
14350
年发电量
328×104kWh
0.35kgce/kwh
1148
电站自用电量
3772×104kWh
0.35kgce/kwh
13202
供电量
合计
1181.94
能耗量
本项目完全利用水泥生产中产生的废气余热作为热源进行低温余热发电，整个热力系统不燃烧任何一次能源，其综合能耗为1181.94吨标煤，电站自用电量仅为年发电量的8%，用能总量及用能品种合理，在回收大量对空排放造成环境热污染的废气余热同时，为企业节省电能，有效地降低企业的水泥生产成本、提高企业产品的市场竞争力，为企业产生良好的效益。
5.2能源加工、转换、利用情况分析评估
目前国内最先进的水泥生产工艺，仍然有大量的350℃以下的低温余热不能被完全利用，其浪费的热量约占系统总热量的30%左右。
该项目使用的纯低温余热发电是利用窑头、窑尾排放废气余热发电，在预分解窑系统上加设纯低温余热发电装置，通过汽轮机和发电机组进行发电，能将水泥生产的综合热利用率从60％左右提高到90％以上，节能效益明显。
纯低温余热发电量现已达到30～40kWh/t熟料，使水泥生产线的自供电量达到1/3以上，经济效益是很可观的，窑头、窑尾废气通过余热锅炉温度进一步降低后排放，对环境的热污染程度降低。
这对减少温室效应，保护生态环境，起着积极的促进作用。
项目实施后，利用3200t/d水泥生产线窑头和窑尾废气的热能进行余热发电，年发电量为4100×104kWh，折14350tce/a；电站自用电量为年发电量的8%，年向水泥厂供电量为3772×104kWh，折13202tce/a；水电站的运行以自发自用为原则，电量不上网，因此水泥厂年减少向电网购电量3772×104kWh，折13202tce/a，节能效果显著。
6.节能措施评估
6.1节能措施
1、技术节能措施
水泥生产线的窑头、窑尾会排放大量的废气，通常仅利用废气的余热来烘干原料，利用率很低，其余大量废气的余热不仅没有得到利用，而且还要对废气进行喷水降温，浪费水和电能。
因此，利用余热发电技术回收这部分废气的热能，可以使水泥生产企业提高能源利用效率，降低成本，降低污染物排放量。
本项目采用的是单压系统。
在本热力系统中，窑头余热锅炉和窑尾余热锅炉生产相同或相近参数的主蒸汽，混合后进入汽轮机，汽轮机只有一个进汽口——主进汽口。
主蒸汽在汽轮机内作功后经除氧，由给水泵为窑头余热锅炉供水，窑头余热锅炉生产的热水再为窑头余热锅炉蒸汽段和窑尾余热锅炉供水，两台余热锅炉生产出合格的主蒸汽，从而形成一个完整的热力循环。
虽然单压系统吸收的烟气热量少，但是它吸收了较高温度的废气余热，较高温度的废气作功能力强于较低温度的废气，因此单压系统的发电量与其吸收的烟气热量比值最大，即效率最高。
只要单压系统能够将窑头的废气温度降低到85℃以下时（且窑尾物料烘干温度较高时），就没有必要采用闪蒸和双压系统低温废气的作功能力弱，因此闪蒸和双压热力系统中，虽然余热锅炉的排烟温度可降得很低，可尽可能的多利用低温废气的余热，但是这两种热力系统整体效率确是略低单压系统。
因此，本项目采用的单压系统是最简单的朗肯循环（RankineCycle），其热力系统构成简单，对水泥窑的波动适应能力较强，设备数量少，运转率高，站用电率低，便于操作、运行、管理和维修，同时配置的员工的数量少。
大部分水泥企业对发电了解都不多，配置单压系统，可减少电站管理和运行的难度。
2、节能管理措施
（1）根据《中华人民共和国计量法》和有关规定，配备用能计量器具，并按规定定期校检，加强用能计量管理；
（2）为了切实保证了节能减排工作的持续受控，根据公司提出的要求，能源管理委员会制定了《能源管理制度》、《计量器具管理办法》和《节能减排工作考核细则》等管理文件；
（3）企业根据生产耗能设备对燃料的实际要求，对燃料实行新型管理模式，即围绕管理目标，对燃料管理的几个环节，计划、采购、结算、储存、运行，做到事前燃料技术标准明确，费用有预算，事中风险控制，进程动态监控，事后经济活动分析，为此特制定企业燃料管理制度。
（4）企业制定的用热技术标准，生产车间在进行工艺操作时要严格执行。
根据生产工艺进程的可能，尽量降低加热温度的规定值。
计量管理部门对于全厂用汽、用水必须实施计量，对生产系统中按产品划分的生产线其用热、用水应分别配备安装蒸汽流量计和水表，水表还应符合《评价企业合理用水技术导则》规定的配备率和检测率。
（5）对生产车间都设有生产统计核算员，生产处有总统计员，对全公司和各工序的能源消费情况和产品情况建立了统计台帐及各类统计数据和报表，各类统计数据及报表实行了微机管理。
6.2节能措施效果评估
项目是纯低温余热发电项目，属于国家最新颁布的《产业结构调整指导目录》中的鼓励发展类产业，国内使用该技术成熟，能够达到高效、节能减排目的。
项目实施后，利用3200t/d水泥生产线窑头和窑尾废气的热能进行余热发电，年发电量为4100×104kWh，折14350tce/a；电站自耗电量为年发电量的8%，328×104kWh，折1148tce/a；年向水泥厂供电量为3772×104kWh，折13202tce/a；新水年总消耗量约为396000m3，折合标煤为33.94t/a。
水电站的运行以自发自用为原则，电量不上网，因此水泥厂年减少向电网购电量3772×104kWh，折13202tce/a，节能效果显著。
同时还可以减少粉尘，产生约3.34万吨的CO2、1000吨SO2、500吨NOX的减排量，具有明显的环境效益和社会效益。
项目的实施将使贵州毕节江天水泥有限公司水泥窑余热得到合理、充分利用，实现了节能减排的预期目标。
6.3节能措施经济性评估
项目共投入资金4112万元。
余热电站建成投产后，可减少向电网购电量3772×104kWh/a，节约标准煤13202吨。
平均每吨标准煤按1000元计算，年创效益1320万元
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