水泥45MW余热发电项目可行性研究报告.docx
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水泥45MW余热发电项目可行性研究报告
2500t/d水泥熟料生产线低温余热电站工程（4.5MW）
可行性研究报告
1．总论
1.1企业简介
水泥有限公司位于合川市盐井镇工业园区建梁村，距合川市区9km，距重庆主城区46km。
厂址紧临212国道、渝合高速公路、遂渝快速铁路合川站及嘉陵江，陆路、水路交通十分便利。
我公司成立于2003年9月，注册资金7160万元。
在项目建设和生产过程中，吸纳和造就了一支高素质的干部职工队伍。
现有职工236人。
我公司2500t/d水泥生产线是以中国水泥发展中心为技术依托组建的大型现代化水泥生产企业。
企业占地300多亩，总资产3亿元，职工200余人，其中大中专毕业生占80%，工程技术人员100多人。
日产熟料2500吨，年产优质高标号水泥100万吨，生产线均采用DCS集散型计算机控制。
中央控制室，生产过程全部实现自动化，工艺装备水平代表了国内本世纪初的先进水平，是中国西南规模最大、现代化水平最高、世界领先、国内一流的大型现代化水泥生产企业，实现年产值2.5亿元。
我公司拥有一支训练有素、作风优良、崇尚职业道德的营销队伍。
现营销网络在重庆、成都、南充、合川、遂宁、广安等地区设有办事处。
实现销售收入2亿元，实现利税7000万元。
我公司矿山资源得天独厚，其所拥有的矿山品位高、含碱低、储量大、运距短。
企业主导产品P·O42.5级和P·C32.5级水泥。
产品适用于桥梁、大坝、隧道、高层建筑等大型重点建设项目。
我公司为了企业的进一步发展，根据企业现有生产规模、技术条件，并综合考虑拟建二期水泥熟料生产线所产生的余热及场地布置等因素，拟利用窑头、窑尾余热资源，建设一套装机容量为4.5MW的纯低温余热电站。
为此，委托天津水泥工业设计研究院有限公司（TCDRI）编制可行性研究报告。
1.2项目建设的必要性
随着我国人口的不断增加和经济的快速发展，资源相对不足的矛盾将日益突出，寻找新的资源或可再生资源，以及合理的综合利用现有的宝贵资源将是我国今后如何确保经济可持续发展的关键所在。
开展资源综合利用，是我国的一项长期的重大技术经济政策，也是我国国民经济和社会发展中一项长远的战略方针，对于节约资源、改善环境状况、提高经济效益，实现资源的优化配置和可持续发展具有重要的意义。
为贯彻落实国家资源综合利用的鼓励和扶持政策，加强资源综合利用管理，鼓励企业开展资源综合利用，促进经济社会可持续发展，国务院制定《国家鼓励的资源综合利用认定管理办法》，本办法自2006年10月1日起施行。
原国家经贸委、国家税务总局发布的《资源综合利用认定管理办法》（国经贸资源〔1998〕716号）和《资源综合利用电厂（机组）认定管理办法》（国经贸资源〔2000〕660号）同时废止。
《管理办法》中规定：
申报资源综合利用认定的综合利用发电单位，还应具备以下条件：
……按照国家审批或核准权限规定，经政府主管部门核准（审批）建设的电站……；以工业生产过程中产生的可利用的热能及压差发电的企业（分厂、车间），应根据产生余热、余压的品质和余热量或生产工艺耗气量和可利用的工质参数确定工业余热、余压电厂的装机容量。
对审定合格的资源综合利用企业，主管部门颁发《资源综合利用认定证书》，《资源综合利用认定证书》是各级主管税务机关审批资源综合利用减免税的必要条件。
利用水泥生产过程中的余热建设电站后，电站的产品——电力将回用于水泥生产，这套系统在回收水泥生产过程中产生的大量余热的同时，又减少了水泥厂对环境的热污染以及粉尘污染，这将给企业带来巨大的经济效益。
这套系统是一个典型的循环经济范例。
2004~2005年，国家发展改革委多次召开全国循环经济工作会议。
会议要求贯彻和落实科学发展观，大力推进循环经济的发展。
循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、资源化”为原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征，符合可持续发展理念的经济增长模式，是对“大量生产、大量消费、大量废弃”的传统增长模式的根本变革。
发展循环经济有利于形成节约资源、保护环境的生产方式和消费模式，有利于提高经济增长的质量和效益，有利于建设资源节约型社会，有利于促进人与自然的和谐，充分体现了以人为本，全面协调可持续发展观的本质要求，是实现全面建设小康社会宏伟目标的必然选择，也是关系中华民族长远发展的根本大计。
发展循环经济，要在五个环节加快推进循环经济发展。
在资源开采环节，要大力提高资源综合开发和回收利用率；在资源消耗环节，要大力提高资源利用效率；在废弃物产生环节，要大力开展资源综合利用；在再生资源产生环节，要大力回收和循环利用各种废旧资源；在社会消费环节，要大力提倡绿色消费。
本余热电站建成后，可大力回收和循环利用水泥窑废气，提高水泥生产线的整体资源利用水平，为资源的绿色消费贡献力量。
国外纯低温余热发电技术从六十年代末期即开始研制，到七十年代中期，无论是热力系统还是装备都已进入实用阶段。
此项技术的应用到八十年代初期达到了高潮，尤其是日本，此项技术较为成熟，不但在本国二十几条预分解窑水泥生产线上得到应用，并且出口到台湾、韩国等一些国家和地区。
他们开发研制的余热锅炉及中、低品位蒸汽汽轮机，经数十个工厂多年运转实践证明，技术成熟可靠并具有很大的灵活性。
1996年日本新能源产业株式会社（NEDO）向我国安徽省宁国水泥厂赠送了一套6480kW的纯中、低温余热电站设备，余热电站的工程设计、开发、技术转化由天津水泥工业设计研究院（TCDRI）承担，目前已投入运行。
TCDRI承担设计的广西鱼峰水泥股份有限公司纯低温余热电站工程，电站装机容量7000kW，设计发电功率5700kW，2004年7月并网发电成功，至今已正常发电。
2003年4月，TCDRI设计的全部国产装备的纯低温余热电站在上海万安集团金山水泥厂1200t/d四级预热器水泥熟料生产线正式投入运行，该电站装机2500kW，正常发电功率为1900~2100kW，吨熟料发电量达38~40kWh，接近同类电站的国际先进水平。
2005年6月，TCDRI设计的全部国产装备的纯低温余热电站在浙江小浦众盛水泥有限公司2500t/d五级预热器水泥熟料生产线正式投入运行，该电站装机3000kW，正常发电功率为3200~3300kW，吨熟料发电量达30~32kWh，使得2500t/d五级预热器水泥熟料生产线纯低温余热发电达到了一个崭新的技术水平。
2005年9月，TCDRI设计的全部国产装备的纯低温余热电站在浙江三狮有限公司2500t/d+5000t/d五级预热器水泥熟料生产线正式投入运行，该电站装机3000kW+6000kW，正常发电功率约10000kW，吨熟料发电量达31~33kWh，该厂每天因发电的建设而净利润12余万元，预计2.5年回收电站建设的全部投资。
经过对全厂热力系统的优化，对水泥线取风点的重新选择;同时由于汽轮发电机机组及锅炉设备效率的提升。
2007年2月,TCDRI设计的全部采用国产装备的，第三代改进型纯低温余热电站在浙江红狮水泥有限公司和江西高安红狮水泥有限公司5000t/d级熟料生产线投入运行,该电站装机容量为9000kW，正常发电量约9600~10000kW，吨熟料发电量达38~42kWh，谱写了5000t/d五级预热器水泥熟料生产线纯低温余热发电的崭新篇章。
TCDRI设计这些余热电站的相继建成及投产，收到了良好的经济效益与社会效益，在大幅度降低水泥生产成本的同时也为国家节约了能源，保护了环境，为可持续发展战略作出了贡献。
有鉴于此，我公司根据公司的具体情况，在对国家及重庆市资源综合利用的产业政策进行认真的学习和研究，同时在对国内现有的资源综合利用电站、尤其是TCDRI所拥有的纯低温余热电站的系统和技术进行了综合调研的基础上，为了实施可持续发展战略和执行资源综合利用政策，同时保证水泥生产能够顺利进行，根据企业现有生产规模、技术条件，并综合考虑现有和拟建的水泥生产线所产生的余热及场地布置等因素，拟利用水泥熟料生产线窑头、窑尾余热资源，建设一套装机容量为4.5MW的纯低温余热电站，以达到充分利用水泥生产线排放的废热资源，降低生产成本，提高企业经济效益之目的，在此基础上委托我公司编制可行性研究报告。
1.3工程名称
我公司二期2500t/d水泥熟料生产线低温余热电站工程（4.5MW）
1.4设计依据及建厂条件
1.4.1厂址选择
一期余热电站已经考虑到了为二期电站预留扩建端的措施。
二期电站主厂房（含汽轮发电机房、电站电力室、电站中控室）位于一期主厂房东侧的预留空地上；循环水泵站及冷却塔布置在主厂房北侧；窑头、窑尾余热锅炉布置在生产线附近的空地上。
1.4.2工程地质条件
拟建场地大部分为山地，地形有一定的起伏，基岩埋藏深度变化较大，局部基岩出露。
场区内地质构造简单，岩性单一，属合川向斜中段东翼，为单斜岩层，主要以紫红色泥岩、页岩为主，夹少量砂岩，未见有不良地质现象。
工程地质条件较好，主要地层地基承载力特征值一般在300kPa左右。
地下水埋藏相对较深，地下水对混凝土无腐蚀性。
本工程建设在已建好的水泥生产线中，根据水泥生产线建设情况看该地区地质情况较好。
在余热电站设计阶段应进一步查明场地的工程地质情况，为基础工程的合理设计提供可靠依据。
1.4.3自然条件
1.4.3.1气象资料
年平均气温
17.8℃
极端最高气温
42.5℃
极端最低气温
-3.7℃
年平均相对湿度
85％
年平均降雨量
1121mm
年平均气压
986.8hPa
年平均风速
1.6m/s
年最大风速
34m/s
全年主导风向
N
年平均气温
17.8℃
极端最高气温
42.5℃
极端最低气温
-3.7℃
年平均相对湿度
85％
1.4.3.2地震烈度
据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001），本场地建筑物抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g。
1.4.4化学药品供应
电站主要消耗药品有氯化钠、磷酸三钠等，均由当地市场采购，汽车运输。
1.4.5供水水源
本工程生产用水（循环水补水）水源拟采用嘉陵江水，公司现有供水设施最大供水能力为105m3/h，公司水泥生产线总用水量约为42m3/h，尚有63m3/h的裕量。
电站补水量为45m3/h（含管网和不可预见水量），现有供水设施可以满足电站建成后所有生产用水。
1.4.6资金筹措
本工程的项目总投资3014万元，本项目所需资金全部自筹。
1.5主要设计原则及指导思想
总体技术方案要求电站设计遵循“稳定可靠，技术先进，降低能耗，节约投资”的原则，具体指导思想如下：
1）以稳定可靠为前题，采用经实践证明是成熟、可靠的工艺和装备。
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艺技术方案，以降低发电成本和基建投入。
3）生产设备原则上采用国产设备，但部分关键控制设备和仪表考虑国内采购的国外技术产品（含组装、原装）。
4）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”。
1.6研究范围
本可行性研究的范围如下：
子项号
子项名称
备注
700
电站总平面图
712
汽轮发电机房
715a
窑头余热锅炉
715c
窑尾余热锅炉
729
电站室外管线
含汽、水、等管线
751
化学水处理
设在主厂房内
752
电站循环水泵房
753
电站循环水冷却塔
754
电站生活、消防给水管网
755
电站生产、生活排水管网
756
电站循环水管网
761
电站接入系统
762
发电机及站用电高压系统
763
电站站用电力室
764
电站配电线路
765
电站防雷接地系统
766
电站计算机控制系统
767
电站调度电话系统
768
电站电话线路
769
电站中央控制室
1.7技术方案概述与主机设备选型
1.7.1技术方案简述
汽轮发电机房、化学水处理间、除氧间、电站控制室、站用电力室、发电机及站用电高压系统等合建一主厂房，其中：
汽轮机采用凝汽式机组，容量为4.5MW，汽机进汽参数为：
1.25MPa－310℃。
发电机采用空冷式发电机组；
电站站用电设集中电力室，电站启动时启动电源为电网供电，电站正常运行后，站用电即可由电网供电，也可由发电机直接供电；
电站设独立调度通讯系统，与电站生产有关的各岗位均设直通调度电话，电站与电网调度管理部门间按要求设置调度通信设施。
汽机循环冷却水设施采用组合逆流式机械通风冷塔；
电站的控制采用DCS计算机控制系统。
1.7.2主机设备选型
序号
设备名称及型号
数量
主要技术参数、性能、指标
1
4.5MW凝汽式汽轮机
1
型号：
N4.5－1.25
额定功率：
4.5MW
额定转速：
3000r/min
进汽压力：
1.25MPa
进汽温度：
310℃
额定汽耗：
≤5.2kg/kWh
排汽压力：
0.008MPa
2
4.5MW发电机
1
型号：
QF-J4.5－2
额定功率：
4.5MW
额定转速：
3000r/min
出线电压：
10500V
3
窑尾余热锅炉
1
入口废气参数：
170000m3/h（标况）—330℃
入口废气含尘浓度：
75g/m3（标况）
出口废气温度：
220℃
主汽参数：
11.3t/h—1.35MPa—310℃（过热）
给水参数：
11.6t/h—180℃—1.85MPa
锅炉总漏风：
≤3%
置方式：
露天
4
窑头余热锅炉
1
入口废气参数：
120000m3/h（标况）—360℃
入口废气含尘浓度：
15g/m3（标况）
出口废气温度：
～100℃
锅炉总漏风：
≤2%
I段主汽参数：
10.1t/h—1.35MPa—340℃（过热）
I段给水参数：
10.4t/h—180℃—1.85MPa
II段给水参数：
22.1t/h—42℃—2.5MPa
II段出水参数：
22.1t/h—180℃—2.1MPa
布置方式：
露天
5
除氧器及水箱
1
除氧能力：
25t/h
工作压力：
0.008MPa
工作温度：
42℃
除氧水箱：
10m3
6
锅炉给水泵（一用一备）
2
流量：
25t/h
扬程：
270m
功率：
45kW
7
干扰式分离器
1
入口废气参数：
120000m3/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）
8
电站循环冷却水泵
2
流量：
870～1320～1550m3/h
扬程：
33～26～21.5m
9
组合逆流式机械通风冷塔塔
2
冷却水量：
1200t/h
10
站用变压器
2
型号：
SCB9－500/10
容量：
500kVA
11
化学水制水设施
1
制水能力：
10t/h
12
计算机控制系统
1
DCS系统
1.8主要技术经济指标
序号
技术名称
单位
指标
备注
1
装机容量
MW
4.5
2
平均发电功率
kW
4169
3
年运转率
h
7200
注1
4
年发电量
104kWh
3001
5
年供电量
104kWh
2767
6
电站年向电网少购电量
104kWh
2957
线损按6.4%计算
7
全站劳动定员
人
12
8
劳动生产率
全员劳动生产率
104kWh/人·a
250
9
投资估算
固定资产投资总估算
万元
3002.52
其中：
建筑工程
万元
477.92
设备费
万元
1637.56
安装工程
万元
547.63
其它
万元
339.42
10
经济效益
生产期平均投资利润率
%
38.84
生产期平均投资利税率
%
47.73
全投资内部收益率
%
24.92
全投资投资回收期
年
4.00
注1:
依据一期水泥生产线2006年运行统计并参照行业同类型电站相对于水泥窑型平均运转率等计算所得。
1.9结论与建议
1）本项目建设条件具备；
2）生产过程中所需的药品、电力、水源供应有保障；
3）建设资金落实；
4）我公司有一支建设、生产、经营、管理等诸方面具有经验丰富和现代意识的职工队伍；
5）项目设计严格遵循“稳定可靠、技术先进、降低能耗、节约投资”的设计原则，吸取了其他同类型、同规模项目的经验和教训；
6）财务评价表明本项目效益较好。
综上所述，本项目做到了余热回收利用、节约能源、改善环境，符合国家提倡的方针政策，具有较好的社会效益与一定的经济效益，符合可持续发展战略思想，是一个理想的投资项目。
本项目经济效益明显，各方面条件具备，建议有关部门尽快批准该项目，尽快建设，尽早产生经济效益。
2．水泥厂电力系统
我公司一期工程建设有35kV总降压变电站一座，内设内设有35/10.5kV，20000kVA主变压器一台，同时留有二期扩建的位置。
本工程为二期工程，即扩建一条2500t/d新型干法水泥熟料生产线，因此利用一期总降压变电站内预留位置增设35/10.5kV，12500kVA主变压器一台，总降35kV及10.5kV母线均为单母线分段接线方式。
35kV电源架空引自合川东津沱变电站。
3．技术方案
3.1电站总平面布置及交通运输
3.1.1区域位置及建设场地
我公司位于合川市盐井镇工业园区建梁村，距合川市区9kM，距重庆主城区46kM。
厂址紧临212国道、渝合高速公路、遂渝快速铁路合川站及嘉陵江，陆路、水路交通十分便利。
3.1.2工程地质
拟建场地大部分为山地，地形有一定的起伏，基岩埋藏深度变化较大，局部基岩出露。
场区内地质构造简单，岩性单一，属合川向斜中段东翼，为单斜岩层，主要以紫红色泥岩、页岩为主，夹少量砂岩，未见有不良地质现象。
工程地质条件较好，主要地层地基承载力特征值一般在300kPa左右。
地下水埋藏相对较深，地下水对混凝土无腐蚀性。
本工程建设在已建好的水泥生产线中，根据水泥生产线建设情况看该地区地质情况较好。
3.1.3电站总平面布置
本工程包括：
主厂房（包括汽轮发电机房、主控配电楼）、循环水泵站及冷却塔、化学水处理、窑头余热锅炉、窑尾余热锅炉等车间。
根据二期2500t/d熟料生产线的布置及发电工艺流程，汽轮机房布置在一期主厂房预留二期扩建端的空地上；循环水泵站及冷却塔布置在主厂房南侧的空地上，窑头余热锅炉及干扰式分离器、窑尾余热锅炉分别布置在各自熟料生产线烧成窑头和烧成窑尾的附近，详见“F01-总平面布置图”。
3.1.4道路工程
电站内道路设计同现有水泥生产线为城市型道路，水泥混凝土路面，主要道路宽为7m，次要道路宽为4m，成环行布置，并与老厂现有道路相接，以利于消防、生产、检修及各种交通运输。
3.1.5竖向设计
根据水泥生产线已有的台段布置，进行本工程的竖向设计。
电站主厂房、循环水泵房及循环水冷却塔标高在222.4m。
土方工程在水泥生产线建设时已统一考虑，并且在水泥生产线建设时已经平整完毕，本工程不考虑土方工程量。
3.1.6雨水排除
电站区域雨水沟布置在道路的单侧或两侧，采用明沟排水方式，局部地段道路边采用加盖板明沟。
明沟采用浆砌片石明沟，盖板采用钢筋混凝土盖板。
雨水经汇集后最终排入水泥生产线雨水排除系统，将雨水排出厂外。
3.1.7消防
主厂房位于一期水泥生产线原料磨及废气处理的南侧，在主厂房周围均设有消防车道，主干道宽7米，次要道路宽4米；道路均与水泥生产线道路相连，便于消防车出入。
各建筑物、构筑物之间距离满足防火间距的要求；
对建筑物无法满足防火间距要求的，在相应建筑中设置防火墙等规范要求的防火设施；本工程的工厂出入口仍利用现有水泥生产线出入口。
3.1.8绿化
本工程所占场地在水泥厂现有区域内，电站建成后为工厂的一个车间。
根据条件变化，结合原绿化设计方案，本工程因地制宜地进行绿化设计。
在道路两侧种植行道树及绿篱，在余热发电主厂房周围空地上尽量种植草皮及四季花卉，充分美化环境并与整个公司区域绿化协调统一。
3.2电负荷分析
3.2.1我公司现有用电负荷
我公司一期2500t/d新型干法水泥生产线用电负荷情况：
公司总装机容量：
22500kW
公司总用电负荷：
15750kW
公司年耗电量：
10026×104kW·h
我公司拟建二期2500t/d新型干法水泥熟料生产线用电负荷情况：
公司总装机容量：
11920kW
公司总用电负荷：
8310kW
公司年耗电量：
4650×104kW·h
3.2.2拟建纯低温电站站用电负荷
一期4.5MW低温余热电站站用电负荷：
一期电站平均发电功率：
3885kW
一期电站站用电计算负荷：
310kW
拟建二期4.5MW余热电站站用电负荷电站
二期平均发电功率：
4169kW
二期站用电计算负荷：
325kW
当两座电站及两条水泥生产线正常运行时，需外购电负荷平均为：
~16643kW
3.3热力系统及装机方案
3.3.1热力系统及装机方案设计原则
根据一期水泥熟料生产线废气可利用的余热量，推测二期生产线废气余热量为：
a．二期2500t/d水泥生产线窑头熟料冷却机中部取风废气余热量为120000m3/h（标况）－360℃↓100℃，具有约4056×104kJ/h的热量。
b．二期2500t/d水泥生产线窑尾预热器废气余热量为170000m3/h（标况）－330℃↓220℃（排出的废气考虑用于生料烘干），具有约2730×104kJ/h的热量；
上述两部分余热利用总量为6786×104kJ/h。
计算余热发电平均功率为4169kW。
热力系统及装机方案设计原则：
1）充分利用该公司生产线窑头熟料冷却机及窑尾预热器废气余热。
2）本工程实施后电站不应向电网返送电；
3）余热电站的建设及生产运行应不影响水泥生产系统的生产运行；
4）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。
5）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资源综合利用及环境保护的目的。
3.3.2热力系统及装机方案确定
根据目前国内纯余热发电技术及装备现状，结合水泥窑生产线余热资源情况，本工程装机方案采用纯低温余热发电技术。
1）装机方案比较
针对工艺参数，现分三种压力参数计算如下：
主汽压力（MPa）
窑尾主汽温度（℃）
窑头主汽温度（℃）
窑尾蒸汽
（t/h）
窑头蒸汽
（t/h）
窑尾排烟温度（℃）
窑头排烟温度（℃）
发电功率
（kW）
方案1
1.35
310
340
11.3
10.1
220
98
～4169
方案2
1.25
310
340
11.6
10.3
220
100
～4125
方案3
1.0
310
340
11.8
10.6
219
102
～4113
以上计算结果是基于汽轮机排汽压力均为0.008MPa，汽轮机及内效率为80％，发电机效率98％，的条件得到的。
经比较方案一的发电功率最高，可达到4169
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