純低溫水泥窯余熱鍋爐研發(fā)介紹
杭州鍋爐集團有限公司的前身是杭州鍋爐廠，創(chuàng)建于1955年，是我國大型鍋爐制造企業(yè)之一。早在上個世紀七十年代中期，就被原機械工業(yè)部定點作為我國余熱鍋爐的研究開發(fā)和制造基地，并于1977年批準成立杭州余熱鍋爐研究所，成為余熱鍋爐的歸口研究所。
公司占地面積27萬平方米，其中建筑面積14萬平方米，注冊資本12000萬元，現(xiàn)有員工1300余名，其中專業(yè)技術(shù)人員400余名。
公司是國家重點高新企業(yè)、國家CAD應用工程示范企業(yè)、國家水煤漿鍋爐研究設(shè)計制造基地和浙江省環(huán)保產(chǎn)業(yè)基地。
公司持有美國ASME S&U鋼印授權(quán)證書，國內(nèi)最高等級的A級鍋爐制造許可證和三類壓力容器設(shè)計、制造許可證，1996年通過德國TüV公司ISO9001質(zhì)量體系認證。另外，公司還裝備了一批具有國內(nèi)外先進水平的制造設(shè)備和檢測設(shè)備，加上完善的質(zhì)量保證體系，有效地保證了公司的產(chǎn)品質(zhì)量。
公司長期致力于高新技術(shù)的應用和新產(chǎn)品的開發(fā)，自八十年代以來，采取“以自主開發(fā)為主，技術(shù)引進、合作生產(chǎn)為輔”的方式，開發(fā)了一大批在國內(nèi)領(lǐng)先的新產(chǎn)品。在自主開發(fā)的基礎(chǔ)上，公司先后與美國、日本、法國、荷蘭、芬蘭、丹麥等國的多家著名公司和中國科學院、清華大學、浙江大學、西安交通大學等國內(nèi)著名院校廣泛合作，研制、開發(fā)新產(chǎn)品，加快引進技術(shù)的消化吸收工作，使企業(yè)的技術(shù)水平與世界先進技術(shù)水平的差距逐漸縮小，并在國內(nèi)日趨處于領(lǐng)先地位。
公司從上個世紀70年代就開始致力于中低溫余熱資源回收利用技術(shù)的研究和新產(chǎn)品的開發(fā)，七十年代后期，公司成功研制了中低溫余熱鍋爐的高效換熱元件及其關(guān)鍵非標繞制設(shè)備；八十年代初建成大型傳熱風洞試驗臺，進行了國產(chǎn)螺旋鰭片管的熱力和阻力特性研究，獲得了可普遍應用的熱力和阻力計算準則方程式及其它研究結(jié)果，并通過了專家鑒定，為中低溫余熱鍋爐產(chǎn)品開發(fā)創(chuàng)造了條件。
公司中低溫余熱鍋爐系列產(chǎn)品，以燃氣輪機余熱鍋爐和水泥窯余熱鍋爐為典型代表。下面重點介紹公司水泥窯余熱鍋爐技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)情況。
1、我國水泥工業(yè)能源利用現(xiàn)狀及節(jié)能新技術(shù)
水泥工業(yè)是能源和原材料密集性產(chǎn)業(yè)，水泥生產(chǎn)幾乎完全依靠煤炭、電力及礦產(chǎn)資源，并產(chǎn)生大量的廢氣，其中CO2的排放量占到了我國CO2總排放量的20%，其能源和環(huán)保的壓力是非常大的。2003年我國水泥總產(chǎn)量8.63億噸，能源總耗量為1. 45億噸標煤。
新型干法水泥生產(chǎn)線已使單位水泥熟料的熱耗大幅下降，但其窯頭熟料冷卻機和窯尾預熱器仍排放了大量350℃以下的中低溫廢氣，其熱量約占水泥熟料燒成系統(tǒng)總熱耗量的30%以上?；厥掌渲械牡蜏赜酂釓亩M一步降低水泥生產(chǎn)能耗是我國新型干法水泥生產(chǎn)企業(yè)目前迫切需要的節(jié)能、提效、環(huán)保的新技術(shù)。
國內(nèi)針對新型干法窯的余熱利用技術(shù)早期主要采用補燃電站，目前已基本上都采用純低溫余熱電站方式。純低溫余熱利用由于其卓越的環(huán)保效果，已被越來越多的各界人士所重視，同時由于其適宜的造價、極低的運行費用、超長的運轉(zhuǎn)率，受到了越來越多的業(yè)內(nèi)人士的贊同，水泥窯純余熱發(fā)電已經(jīng)被國家有關(guān)部委、各地政府列為水泥企業(yè)余熱利用的首選！
2、杭鍋在水泥余熱利用上的技術(shù)研發(fā)
八十年代中期，我國政府邀請三菱重工對杭鍋進行余熱鍋爐技術(shù)診斷，借此機會，工程技術(shù)人員參觀了日本各行業(yè)余熱發(fā)電工程，與日方技術(shù)人員進行了學術(shù)交流，了解了水泥窯AQC余熱鍋爐的工作原理，并首次接觸了振打清灰技術(shù)。九十年代初，公司與西方發(fā)達國家多家著名鍋爐工程公司在各行業(yè)余熱資源回收利用技術(shù)進行了密切的合作，制造了一大批具有國際先進水平的產(chǎn)品，如大型硫酸余熱爐、有色冶金閃爍爐等，對振打技術(shù)有了深刻的理解，特別是我們成功的解決抗疲勞破壞的核心問題：材料選用和抗疲勞工藝。
公司長期以來一直致力于燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐的研究，除自行開發(fā)了國內(nèi)最高等級的9E級燃氣輪機余熱鍋爐，還引進了代表當代國際先進水平的9F級燃氣輪機余熱鍋爐全套技術(shù)，包括所有計算程序，為了擴大生產(chǎn)能力，從日本引進了兩條先進的螺旋鰭片管生產(chǎn)線，為中低溫余熱的回收利用技術(shù)開發(fā)和實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化打下了良好的基礎(chǔ)。
對水泥窯余熱鍋爐而言，最大的難題是如何應對煙氣的低品位和高灰份。因為低品位意味著巨大的換熱面積，只有降低受熱面成本才能提供高性價比的產(chǎn)品；而高灰份帶來的是受熱面的磨損和粉塵附著造成傳熱性能降低，甚至惡性堵灰事故造成可靠性降低。對于窯頭AQC我們的解決之道是采用先進的擴展受熱面即螺旋鰭片管，對于窯尾SP我們的解決方法是采用機械振打清灰技術(shù)，這樣可以有效的解決磨損和積灰問題，并有效的提高傳熱效率。
正是基于這些技術(shù)的積累，公司在2002年成功研發(fā)并制造了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的純低溫余熱鍋爐。
3、杭鍋水泥窯純低溫余熱鍋爐應用實例
目前國內(nèi)在役的水泥窯純低溫余熱電站據(jù)我們所知已有三十多套，其中我公司有二十五套。
公司在2002年對上海金山水泥廠日產(chǎn)1350噸的水泥生產(chǎn)線進行了余熱發(fā)電技術(shù)改造，項目裝機容量2500kW，設(shè)計發(fā)電能力1800kW。經(jīng)過兩年的運行，主要設(shè)備和整個系統(tǒng)都運轉(zhuǎn)正常，各項技術(shù)經(jīng)濟指標達到設(shè)計要求，實際平均發(fā)電能力超過2000kW，年發(fā)電量為1400萬kWh，噸熟料發(fā)電能力約35kWh，同時窯的熟料產(chǎn)量還有所增加。這是國內(nèi)第一套達到設(shè)計指標的國產(chǎn)化水泥窯純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)。之所以取得如此效果，與電站的核心設(shè)備——余熱鍋爐的良好性能和很高的運轉(zhuǎn)率是分不開的。
電站共設(shè)置兩臺余熱鍋爐，分別為設(shè)置于窯尾預熱器后的SP鍋爐和窯頭空氣冷卻機后的AQC鍋爐。SP鍋爐采用自然循環(huán)的立式結(jié)構(gòu)，煙氣自上而下分別沖刷過熱器、蒸發(fā)器、省煤器，氣流方向與粉塵沉降方向一致，每級受熱面上均設(shè)置機械振打除灰裝置。
AQC鍋爐采用立式結(jié)構(gòu)，整個鍋爐分兩個壓力單元，1.6MPa為主汽段，0.25MPa為補汽段，省煤器出水分別供給SP鍋爐蒸發(fā)器和AQC鍋爐高、低壓蒸發(fā)器。鍋爐每段受熱面為管箱式結(jié)構(gòu)可整體出廠，其受熱面采用鰭片管。
在此基礎(chǔ)上，我們隨后又成功地開發(fā)了2500t/d、5000t/d水泥窯生產(chǎn)線余熱鍋爐。
2004年10月，我們?yōu)檎憬{和煤山眾盛設(shè)計制造了5000t/d水泥窯生產(chǎn)線余熱鍋爐，首臺于2005年7月成功并網(wǎng)發(fā)電，其平均發(fā)電功率超過6000KWe，最高可達6800KW（限于裝機僅6000KW）。
2007年1月，我們設(shè)計制造的第二代5000t/d水泥窯生產(chǎn)線余熱鍋爐在浙江紅獅水泥有限公司投入運行，平均負荷穩(wěn)定在9500 KWe，最高可達11500KWe。
2006年，我公司引進了新一代的仿真軟件和高性能計算機，這將使我們的研發(fā)水平站在一個新的平臺上。
4、結(jié)語
2007年，由我公司設(shè)計和制造的臥式窯尾鍋爐和新一代的雙壓余熱鍋爐都將投入運行，我們將在此基礎(chǔ)上，吸取經(jīng)驗，及時改正不足之處，推出更成熟可靠的產(chǎn)品。限于從業(yè)的經(jīng)驗和認知水平，我們無法一蹴而就。幸運的是，我們有大量的案例已經(jīng)或即將投入運行，有早期的，有近期的，還有最新一代的：有單壓的，有雙壓的，還有閃蒸的；有立式的，有臥式的；有自行設(shè)計的，有來圖加工的；有配立磨的，還有配管磨的；有配電除塵的，還有配布袋除塵的；我們有條件通過比對，總結(jié)，改進我們的設(shè)計，不斷提高性能和可靠性，就像發(fā)達國家的制造商走過的歷程。
我們感謝業(yè)主和合作伙伴對我們提出了不足和改進意見，我們尤其歡迎與我們的老用戶探討改進意見，因為工程實踐往往出乎設(shè)計者的設(shè)想，我們只有針對出現(xiàn)的問題對我們的設(shè)計，材料，工藝等工程細節(jié)進行改進。只有這樣才能引導我們不斷進步!
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