水泥厂自备发电站设计介绍.pdf

'刘启元，等：水泥厂自备发电站设计介绍隧溺磷戳蕴涵菇蔷滋滋滋嚣麓露鍪瑟麓匿蚕麓避覆瑟瑟怒中图分类号：TQl72；TM6文献标识码：B文章编号：1007-0389(2010)06—21-03圃l水泥厂自备发电站设计介绍刘启元1，商建平1，许明芳1，徐凯1，竹瑞杰1，刘红霞2(I．中建材国际装备有限公司，北京100048；2．河南焦作坚同水泥有限公司，河南焦作454002)摘要：中东地区重油丰富，价格便宜，这些国家远离国家或区域电网建设的水泥厂以重油作燃料建自备电厂优势明显。以中东某3000t／d熟料生产线建设的自备电站为例，重点介绍了其柴油发电机选型及燃油品种的选择，以及主机性能和辅机设备(包括燃油、润滑及压缩空气。进气、排气等系统要求)的配套问题及经验总结。关键词：自备电站：重油：水泥厂；发电机；燃油系统Designself-supplypowerstationforcementplantLiuQiyuanl，ShangJianpin91，XuMingfan91,XuKai",ZhuRuijie",LiuHongxia2(1．CNBMInternationalEngineeringCo．，Ltd．，Bei—jing，100048)Abstract：CementplantinMiddleEastfarfromthestateorareapowergridhasobviousadvantagetOsetself-supplypowerplantusingmazoutasfuel，invirtueofabundantandcheapmazoutresourceinMiddleEast．Theself-supplypowerplantofa3000t／dclinkerpro．ductionlinewasenumeratedforexample．theselectionofdieselgeneratorandfueloilwasintroducedindetailaswellasthecoopera．tionbetweenthemainequipmentperformanceandtheauxiliaryequipments(fueloil，lubrication，compressedairandtheintakeandex-haustsystem)andtheexperience．Keywords：self-supplypowerplant；mazout；cementplant；powergenerator；,oil-firedsystem1概述1．1水泥工厂建设自备发电站的原因近些年来，中东地区发展中国家，由于经济发展，水泥供不应求，正在兴建一批水泥厂。往往新建的水泥厂远离城镇，有的石灰石和黏土等矿藏在沙漠中，不能利用国家或区域电网，而水泥工业是用电大户。由于该地区的一些国家盛产石油，例如：沙特阿拉伯已探明的石油储量为全世界的26％，而人口只占全世界的0．5％，重油丰富，价格便宜。所以，这类国家的一些水泥厂建设了以重油作燃料的白备电站，工厂需用全部电能由自备电站供应。这一做法是很有必要的。我们总包新建的中东某水泥厂工程(以下简称“本项目”)，建设了自备电站，今年初已经顺利投产。而邻近的一个水泥厂，没有建设自备电站，虽然比我们的工厂早开工半年，但水泥厂建成后，没有电力供应，不能投产；他们现在正补建自备电站，据说还要一年的时间才能投产，给投资者造成巨大经济损失。1．2水泥厂自备电站的燃料选择目前我国为节约能源的纯低温余热发电，都是通过余热锅炉，利用废气余热产生蒸汽，推动多段混压凝汽式汽轮机带动发电机发电。但是，在中东石油生产国的自备电站，则采用重油为柴油机燃料，柴油机带动发电机发电。在石油炼制过程中，会产生大量的渣油，渣油所占比例，视产区与炼制方法不同而异：若采用传统的蒸馏工艺，渣油的比例高达32％一57％；若采用现代的热裂化与催化裂化工艺，渣油的比例可降低至12％～25％，但比蕈更高，性能更差。将渣油与重质柴油按一定比例混合，这种混合燃料即称为重油。在中东原油价格很低，重油就更经济适用了，采用重油可以充分利用宝贵的石油资源与降低运行成本。现在人们在中、低速柴油机上正广泛使用重油。因此本项目我们选用重油为柴油发电机的主要燃料。但是，重油黏度高，流动性差，容易产生结焦及结炭，其中有害物质(如硫、钒)腐蚀性大，所含杂质SiO：颗粒磨损零件。因此在重油使用前，应对其进行沉淀、预热、滤清等预处理。另外，温度低时，重油流动性很差。为保证重油在管道内正常流动，在重油输送管下面附设一根伴热管(里面流动着温度较高的伴热油)，以便及时加热重油，使它温度不至于过低，保证其流动性。2自备发电站的柴油发电机选型2．1发电机功率的确定本项目的自备电站，只是为本厂生产区及生活区供电，该水泥厂只有一条3000t／d熟料生产线，总安装负荷约30000kW。因为一般设备选择电机时都有足够的储备系数，实需功率比铭牌功率小。而且有的设备是备用的(例如有的罗茨风机是一用一备，有的空气压缩机是二用一备)，有些设备是间歇工作的(例如绝大多数阀门的电动执行机构，动作的时间很少)，因此总运转负荷比总安装负荷低很多，一般为安装负荷的50％。55％。所以，一座3000t／d的水泥厂，总运转负荷为16000kW左右。水淀工程型丝堡。2卜 刘启元，等：水泥厂自备发电站设计介绍电机启动电流与负载情况有关，若负载阻力大，启动电流就很大，如一些小风机的启动电流就为额定电流的数倍。大型设备，如球磨机、大型风机的电机功率很大(例如中5mx15m水泥磨，电机功率6300kW，中4．6m×13．5m水泥磨电机功率4500kW；又如某3000t／d水泥厂生料磨循环风机，电机功率2500kW，窑尾排风机电机功率1600kW，高温风机电机功率l800kW)，启动大型设备电机时，若启动电流大于额定电流很多倍，则会带来一系列问题。这样的大电机，我们都用水电阻或调频电机等方法来降低启动电流。经过这一系列处理后，一个水泥厂发电站总功率略等于总安装负荷即可。具体到本项目，自备发电站采用的是内燃机式发动机带动发电机，共有4台规格相同的机组，设计为三用一备；总装机容量为32MW，单台机组在环境温度35℃的情况下输出为8MW。电厂90％的设备由欧洲芬兰瓦锡兰公司提供，发动机型号为18V32。在发动机启动和停止时采用的燃料为柴油，正常运转的时候采用的燃料为重油。2．2主机性能简介本项目发电站将每台内燃机式发动机和发电机连接成一个整体，安装在一个机座上，每个机座固定在一个独立的混凝土地基上，4台机组安装在同一个厂房内，见图1，其发动机和发电机性能见表l。图1电站中内燃机式发动机和发电机的布置3工艺流程中的辅机设备3．1燃油系统重油是本项目发动机的主要燃料，开停机用的柴油为辅助原料，外购的重油或柴油用油罐车运到厂内。其中，重油用三台重油卸油泵泵入两个5000m3容量的重油罐内；而柴油用一台轻油泵泵入1个轻油罐内。进厂重油的质量性能要求为：氮含量(质量分数)≤0．50％(干燥情况下)；密度。<965kg／m3(15oC时)；运动黏度。<280mmZ／s(50oC时)；硫酸含量≤一22一表1发动机和电机的规格与性能名称型号、规格和性能由肿,*--2号：W18V32；4台(三用一备)；气缸数：18：转：：?速：750r／min；气缸内径：qb320mm；活塞行程：?0400m舶；平均活塞速度：9．6m／s；压缩比：16：l；平0咧均有效压力：2．09MPa；每个气缸工作容积：节。32．1L；制造商：Wartsilii(芬兰)输出功率：7978kW；&er出电压：6．3kV；功率因素：。。0．8；输出频率：50Hz；有效额定输出量：97％；额定：电流：0．914kA；绝缘种类，温升等级：F／B；冷却水：温：45℃；海拔高度：180m；功率保证点：发电机线伽接头；75％负载下热耗(燃料LHV40400kJ&g)：最大8712U／kWh(包含润滑油泵及水泵损失)；润滑油消耗最大值：(0．8+0．3)g／kWh3．50％(干燥情况下)；灰含量≤0．05％(干燥情况下)；LHVI>40．7％MJ／kg。重油罐中的重油，需要通过重油分离机进行分离。合格的重油进入重油日用罐，再由燃油供给单元的增压系统给发动机，多余的油进入回油系统。增压系统和回油系统以及柴油系统集成在一个安装在发动机厂房里的集成辅助模块上，通过气动三通阀控制。3．2润滑油系统为保证发动机正常工作，各轴承温升要控制在正常范围内，保证充分润滑十分重要。润滑油一定要满足设备说明书中规定的性能指标，特别是润滑油中的硫酸灰质量分数不大于6％(干燥情况下)。外购的润滑油由油罐车运到卸载站，然后通过一台固定和一台移动式的4．8m‰的传送泵输送到3个罐组成的新润滑油罐里储存，再通过4台规格为56．4m3／d的润滑油离析器分离合格后，由供油系统输送到发动机本体的润滑油箱里。在发动机运转前，预润滑泵工作，进行润滑循环。发动机正常运行后，发动机本体自带的润滑油系统工作，进行连续不断地给各润滑点供油，保证润滑效果。在发动机运行到一定时限时，需要更换所有的润滑油，利用发动机本体的润滑油泵，将使用过的废旧润滑油输送到旧润滑油罐里外排。3．3压缩空气系统电站的压缩空气系统有二个，一是发动机启动用的压缩空气系统，二是工作用压缩空气系统。每个系统的组成介绍如下。(1)发动机启动用的压缩空气系统。瓦锡兰所提供的发动机是采用高压力压缩空气启动，系统由启动压力为303．975kPa、风量为74m3／h的空压机一备一用，1个3m3容量的启动空气罐和1个0．25m3的术艉工疆—2mo年—!96坶l 刘启元，等：水泥厂自备发电站设计介绍隧渤澄鋈蓬懑激澄缀黼潮臻翦篾漓懋麓豳戮蕊缀黧麓麓黼隰。。控制空气罐组成。(2)工作用压缩空气系统。电厂运行时，还有大量的气动泵工作需要压缩空气；同时发动机本体运行也需要压缩空气保持正压，即发动机工作时需要提供不小于58．840kPa压力的压缩空气气源。所以电站还设置了一台风量为162m3／h的空压机，以维持发动机正常工作。(3)启动用压缩空气系统与工作用压缩空气系统互通。为了保证发动机长期安全可靠的运行，上述两个压缩空气系统设计成互通的，但两者压力不同，为解决这一问题，启动用压缩空气系统通过减压罐向工作用压缩空气系统供气。3．4进气、排气系统(1)进气系统。为使进入发动机内部的空气满足发动机制造商的要求，设置了进气系统，将进口空气过滤成清洁气体。(2)排气系统。排气系统由消音器和排气模块构成。由于排气系统温度较高，所以设有保温系统。另为使排出废气含尘浓度不超标，设有除尘系统，除尘后废气由烟囱排出。(3)排出废气指标。在电站运行正常、装载稳定的情况下，排放废气相关数据指标为：每标准立方米排放废气中，S0：最大浓度为2040mg；NO。最大浓度为(以NO：计算)2000mg；粉尘(为干燥灰尘)浓度为100rag；干燥情况下，排放废气0：的体积分数为15％。3．5其他系统(1)冷却系统。发动机的冷却主要是使用水冷和风冷。其中水冷系统由排管式冷却器、高位水箱、补水水箱、发动机本体冷却水套组成。在工作中利用高温水泵将发动机内部的高温水打到排管式冷却器中；通过强制风冷后，温度下降的冷却水再由低温水泵打回发动机内部，不断循环从而达到冷却效果。(2)渣油系统。渣油系统由油水罐、渣油罐、油水处理单元、油水传输泵组成。由于发动机在正常运行过程中有泄漏，同时润滑油分离机工作使外排的渣油都需要先回到油水罐中，然后再由油水处理单元进行处理，处理完毕后渣油回到渣油罐里，而水就外排了。(3)自动化控制系统。瓦锡兰提供的自动化控制系统，由9台控制柜和3台控制电脑组成，所有系统的运行、开启、停止、报警都由自动化控制系统来控制，操作员可以在操作站上方便地操作整个电厂的运行。(4)供配电系统。由17台中压配电柜构成，主要目的是给水泥线各个子项供电，所供电的指标为6．3kV，50Hz。(5)应急系统。应急系统由一台1000kW的柴油发动机和联络柜组成，当电厂发电机非正常停机时开启应急系统的发电机给冷却系统、润滑系统的设备供电，保证电厂不出现大的故障。4一些体会这个3000t／d水泥厂是我们公司的总包工程，我们是第一次设计建设水泥厂自备发电站，克服种种困难后，在水泥生产线投产前，发电厂已摸索出一套操作、管理、维护经验。在水泥厂建成投产时，已能够保证水泥厂的正常生产。通过这个工程的设计、建设和操作，我们感到还有以下一些应当改进的地方。(1)电气控制问题。一是应急负荷和正常负载的切换问题，原设计中我们采用的是手动切换，但实际运行后达不到要求，因此不得已在现场重新改装控制柜，加装ATS自动切换开关，才使问题得到了解决。二是自动化控制系统存在干扰问题，后采用单独接地系统才解决了此问题。(2)供水系统问题。一是因电厂的冷却水系统和水泥线的冷却水系统共用一个储水罐，所以电站冷却水存在污染问题。为此我们加装了放水阀，并要求在运行润滑油分离机前必须将管中的脏水全部放掉。建议此类项目，电站冷却水系统一定要和水泥线的分开，且电站冷却水系统最好采用不锈钢管材。二是供水系统的增压泵没有采用变频技术，但发动机需要的是恒压供水，所以建议采用变频技术的恒压供水系统。(3)降低建设成本的途径。一是本项目发电站．结构部分大多采用的是混凝土结构，若能大量采用钢结构和彩板，既可缩短工期又能节约总投资。二是电气设计和施工中，电缆采用了直埋方式安装。其实瓦锡兰所提供的设备自身带有防爆功能，所以采用桥架安装方式则能节省成本。三是电厂的非标部分大多采用现场加工的方式制作，若采用工厂制作，现场组装，可加快进度。(4)伴热管道口径设计过小，致使从水泥生产线窑头过来的伴热油在电厂区域循环困难，使发动机所用重油温度达不到标准，燃烧不充分。今后设计中，建议伴热管道直径应加大。(编辑：刘翠荣)(收修改稿日期：2010-08—10l水淀工程型些一23—'