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摘要:

一、前言

近年來，隨著我國水泥工業(yè)工藝及裝備技術(shù)得以迅速發(fā)展，數(shù)百條數(shù)千噸級新型干法水泥熟料生產(chǎn)線（簡稱水泥窯）的陸續(xù)投產(chǎn)，為水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的開發(fā)、推廣、應(yīng)用創(chuàng)造了市場條件。在這個背景條件下，目前國內(nèi)具有水泥窯余熱發(fā)電工程設(shè)計、技術(shù)開發(fā)能力的數(shù)家單位，推出了幾種水泥窯純低溫余熱發(fā)電的熱力循環(huán)系統(tǒng)并已在水泥工業(yè)陸續(xù)推廣應(yīng)用。自2001年至2006年，水泥行業(yè)利用國產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)在數(shù)十條1200t/d級、2500t/d級、5000t/d級水泥窯上配套建設(shè)了裝機容量分別為2.0MW、2.5MW、3.0MW、4.5MW 、6.0MW、7.5MW、9.0MW的純低溫余熱電站，形成了國產(chǎn)成熟的水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備，為我國水泥工業(yè)節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟效益、形成循環(huán)經(jīng)濟提供了技術(shù)手段。

目前在開發(fā)、應(yīng)用水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備過程當中有許多新的情況產(chǎn)生，例如：從裝機容量上，同樣是5000t/d級的水泥窯，水泥生產(chǎn)條件、廢氣參數(shù)條件也類似,但裝機容量確有6.0MW、7.5MW、9.0MW等多種；從蒸汽參數(shù)上，有0.69～1.27MPa—280～340℃、1.57～2.47MPa-325～400℃等多種；從實際發(fā)電能力上，有的宣稱2500t/d窯裝機已達6000KW或發(fā)電功率已超過4000KW, 有的宣稱5500t/d窯發(fā)電已達9300KW等；從宣傳上，一些設(shè)計、承建單位為說明自己有先進的水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)從而有很高的發(fā)電量，采用不報熟料熱耗、利用三次風或其它水泥生產(chǎn)用的高溫氣體來發(fā)電、在發(fā)電機功率表上做手腳、低報熟料實際產(chǎn)量等不正當手段進行宣傳。

由于上述新情況的產(chǎn)生，同時也由于為了規(guī)范水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究、開發(fā)、工程設(shè)計、工程建設(shè)工作，目前制定科學的水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)評價方法是十分必要的。

二、目前水泥行業(yè)已經(jīng)推廣應(yīng)用的幾種純低溫余熱發(fā)電技術(shù)

???? 目前水泥行業(yè)已經(jīng)推廣應(yīng)用的幾種純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，以蒸汽參數(shù)來分，基本上有兩類：一類為0.69～1.27MPa—280～340℃的低壓低溫系統(tǒng)，一類為1.57～2.47MPa-325～400℃的次中壓中溫系統(tǒng)。

對于0.69～1.27MPa—280～340℃的低壓低溫系統(tǒng)，其熱力系統(tǒng)構(gòu)成有如下三種模式：

其一：單壓不補汽式純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖1。

圖1

其二：復(fù)合閃蒸補汽純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖2。

圖2

其三：多壓補汽式純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖3。

圖3

技術(shù)要點：利用水泥窯窯尾預(yù)熱器排出的350℃以下廢氣設(shè)置一臺窯尾預(yù)熱器余熱鍋爐（簡稱SP鍋爐）、利用水泥窯窯頭熟料冷卻機排出的400℃以下廢氣設(shè)置一臺熟料冷卻機廢氣余熱鍋爐（簡稱AQC爐）、兩臺鍋爐設(shè)置一臺蒸汽輪機、發(fā)電系統(tǒng)主蒸汽參數(shù)為0.69～1.27MPa—280～340℃。

上述三種技術(shù)沒有本質(zhì)的區(qū)別，共同的特點：都是利用在窯頭熟料冷卻機中部增設(shè)抽廢氣口或直接利用冷卻機尾部廢氣出口的400℃以下廢氣及窯尾預(yù)熱器排出的300～350℃的廢氣余熱；最重要的特點是采用0.69～1.27MPa-280～340℃低壓低溫主蒸汽。區(qū)別僅在于：窯頭熟料冷卻機在生產(chǎn)0.69～1.27MPa-280～340℃低壓低溫蒸汽的同時或同時再生產(chǎn)0.1～0.5MPa-飽和～160℃低壓低溫蒸汽、或同時再生產(chǎn)85～200℃的熱水；汽輪機采用補汽式或不補汽式汽輪機；復(fù)合閃蒸補汽式適用于汽輪機房與冷卻機距離較遠的情況而多壓補汽式適用于汽輪機房與冷卻機距離較近的情況。

對于1.57～2.47MPa—325～400℃的次中壓中溫系統(tǒng)，其熱力系統(tǒng)構(gòu)成有如下兩種模式：
其一：冷卻機多級取熱純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖4。

圖4

其二：冷卻機多級取熱及循環(huán)風純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖5。

圖5

技術(shù)要點：利用水泥窯窯尾預(yù)熱器排出的350℃以下廢氣設(shè)置一臺窯尾預(yù)熱器余熱鍋爐（簡稱SP鍋爐）或同時利用窯尾C2級預(yù)熱器內(nèi)筒設(shè)置過熱器；利用熟料冷卻機排出的400℃以下廢氣設(shè)置一臺熟料冷卻機廢氣余熱鍋爐（簡稱AQC爐），或者通過改變窯頭熟料冷卻機廢氣排放方式：利用熟料冷卻機排出的部分360℃以下廢氣設(shè)置一臺AQC余熱鍋爐、利用熟料冷卻機排出的部分500℃以下廢氣設(shè)置一臺熟料冷卻機廢氣余熱過熱器（簡稱ASH過熱器）；將AQC爐排出的廢氣部分或全部返回冷卻機，窯頭熟料冷卻機冷卻風采用循環(huán)風方式；利用兩臺鍋爐或者增設(shè)的余熱過熱器設(shè)置補汽式蒸汽輪機，發(fā)電系統(tǒng)主蒸汽參數(shù)為1.57～3.43MPa—340～435℃、補汽參數(shù)為0～0.15MPa—飽和～160℃。

三、研究、開發(fā)、應(yīng)用純低溫余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)注意的幾個原則性問題

3.1研究、開發(fā)、應(yīng)用水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)遵循的基本原則

水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)是以節(jié)能降耗從而降低水泥生產(chǎn)成本為目的，它的內(nèi)涵是：將水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的并且水泥生產(chǎn)過程本身已不能再利用的余熱回收從而轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，因此，研究、開發(fā)、應(yīng)用水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)遵循的基本原則：不影響水泥生產(chǎn)、不增加水泥熟料熱耗及電耗、不改變水泥生產(chǎn)用原燃料的烘干熱源、不改變水泥生產(chǎn)的工藝流程及設(shè)備。

3.2對水泥生產(chǎn)影響的控制：水泥窯配套建設(shè)余熱電站，原則上要求不影響水泥生產(chǎn)，但由于在一條完整的熟料生產(chǎn)線窯頭、窯尾各串接相應(yīng)的余熱鍋爐，因此，余熱電站對水泥生產(chǎn)不產(chǎn)生任何影響是不可能的。根據(jù)已投產(chǎn)的余熱電站實際生產(chǎn)運行情況，對于遵循上述原則配套建設(shè)的余熱電站，投入運行后對水泥生產(chǎn)的影響主要集中在如下幾個方面：

（1）窯尾高溫風機：在窯尾SP鍋爐漏風控制、結(jié)構(gòu)設(shè)計、受熱面配置、清灰設(shè)計、除灰設(shè)計、廢氣管道設(shè)計合適的條件下，電站投入運行后，窯尾高溫風機負荷將有所降低，這種影響是正面的。

（2）增濕塔：將隨著電站的投入或解出調(diào)整噴水量，直至停止或全開噴水。

（3）生料磨及煤磨：隨著電站的投入或解出，烘干廢氣溫度將產(chǎn)生較大幅度的變化，需要根據(jù)烘干廢氣溫度的變化調(diào)整烘干廢氣量或磨的運行方式。

（4）窯尾電收塵：如果窯尾采用電收塵，電站投入運行后對其收塵效果總是有影響的，只是由于地區(qū)不同、配料不同、燃料不同或其它條件不同，對收塵效果的影響程度不同。但當窯尾采用袋收塵時，電站投入運行對提高收塵效果是有顯著作用的。

（5）窯頭電收塵器：電站投入運行后，窯頭電收塵器工作溫度大為降低，粉塵負荷也相應(yīng)降低。

（6）窯系統(tǒng)操作：由于窯系統(tǒng)增加了兩臺余熱鍋爐，而余熱鍋爐廢氣不但取自還要送回水泥窯系統(tǒng)，因此勢必需要增加窯系統(tǒng)窯頭、窯尾、廢氣處理、生料粉磨、煤制備系統(tǒng)的操作環(huán)節(jié)。

對水泥窯生產(chǎn)造成的上述幾方面的影響，綜合起來為兩個方面：一是增加了水泥窯生產(chǎn)的操作環(huán)節(jié)（例如：隨著電站的投入、運行和解出，水泥窯需調(diào)整窯尾高溫風機、增濕塔噴水、生料磨及煤磨、窯頭排風機等系統(tǒng)的運行參數(shù)；二是如果窯尾采用電收塵，電站投入運行后對其收塵效果總是有或大或小的影響。

對水泥窯生產(chǎn)造成的影響應(yīng)當而且必須控制在上述范圍以內(nèi)，在目前水泥熟料燒成工藝技術(shù)及設(shè)備、純低溫余熱發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)配置技術(shù)及設(shè)備條件下，為了提高發(fā)電量而采用抽取三次風或窯頭罩等高溫風、生料或燃料烘干改用燃燒燃料而將原來用于烘干的廢氣用于發(fā)電等措施都是不可取的。采用這些措施，表面上增加了發(fā)電量，實際不但不會有助于水泥生產(chǎn)綜合能耗的降低，反而由于熟料熱耗的增加會使水泥生產(chǎn)綜合能耗增加（當水泥廠建設(shè)余熱電站不是以節(jié)能為主要目的，在一公斤標準煤的價格與一度電的購電價格之比小于0.7的條件下，采用這些措施可以增加水泥生產(chǎn)綜合效益）。

3.3準確的余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)電能力指標

目前對于余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)電能力指標，大家往往只注意每噸熟料發(fā)電量，而很少注意相關(guān)因素對發(fā)電量的影響，這是目前產(chǎn)生許多新情況的主要原因。對于水泥窯純余熱發(fā)電，影響噸熟料發(fā)電量的因素很多，如：熟料熱耗（涉及窯頭、窯尾廢氣溫度等）；熟料形成熱（涉及生料配料成份）；原料、燃料烘干所需要的廢氣溫度、廢氣量（涉及可用于發(fā)電的余熱量）；電站熱力系統(tǒng)構(gòu)成方式及蒸汽參數(shù)（涉及發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)效率）；熟料實際產(chǎn)量和規(guī)模（涉及鍋爐、汽輪機等設(shè)備效率）；廢熱取熱方式（涉及對窯生產(chǎn)及熟料熱耗的影響）等等。

由于影響余熱發(fā)電能力的上述因素,加之這些因素在實際生產(chǎn)中的復(fù)雜性，僅采用噸熟料余熱發(fā)電量來評價純低溫余熱發(fā)電技術(shù)是不科學、不完整、不準確的，不能全面代表純低溫余熱發(fā)電技術(shù)水平。因此，根據(jù)目前的情況，研究、確定水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的評價方法既是必要的,條件也是成熟的而且也是急需的。

四、水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的評價方法初探

盡管影響余熱發(fā)電能力的因素較多也比較復(fù)雜，但水泥熟料煅燒過程及純低溫余熱發(fā)電必定都是熱工過程，因此，研究、確定出全面、科學、準確的純低溫余熱發(fā)電技術(shù)評價方法是可能的。本文提出的評價方法是初步的，僅供同行討論、參考，其由如下二部分構(gòu)成：

第一部分:實用部分,即“每公斤熟料熱耗－噸熟料余熱發(fā)電量”。

目前水泥行業(yè)已經(jīng)習慣用噸熟料余熱發(fā)電量來做為衡量余熱發(fā)電技術(shù)水平的指標，因此，評價方法中保留這個指標是必要的。但由于噸熟料余熱發(fā)電量沒有考慮熟料熱耗、熟料形成熱、原燃料烘干所需廢氣溫度及廢氣量等因素對發(fā)電量的影響，因此，為了考慮影響余熱發(fā)電量的主要因素即熟料熱耗對余熱發(fā)電能力的影響，應(yīng)改為采用“每公斤熟料熱耗－噸熟料余熱發(fā)電量”(仍簡稱“噸熟料余熱發(fā)電量”)這一指標來評價。盡管如此，由于這個指標仍然沒有考慮熟料形成熱、原燃料烘干所需廢氣溫度及廢氣量對發(fā)電能力的影響，對于這個指標:

(1)在建設(shè)余熱電站之前比較、確定余熱電站技術(shù)方案時，在熟料產(chǎn)量、熟料熱耗、用于發(fā)電的廢氣參數(shù)(廢氣溫度、廢氣量、含塵濃度等，下同)、用于原燃料烘干的廢氣參數(shù)條件都相同的條件下，采用“噸熟料余熱發(fā)電量”來對不同的余熱電站技術(shù)方案進行評價是準確、可靠的；

(2)對于已投產(chǎn)的余熱電站，采用“噸熟料余熱發(fā)電量”來對余熱電站及水泥窯自身進行綜合考核同樣也是準確、可靠的；

(3)對于已投產(chǎn)的不同水泥窯間的余熱電站進行比較:當熟料產(chǎn)量、熟料熱耗、用于發(fā)電的廢氣參數(shù)、用于原燃料烘干的廢氣參數(shù)等生產(chǎn)條件大體相同的條件下，采用“噸熟料余熱發(fā)電量”進行比較是相對準確、可靠的。當上述生產(chǎn)條件差別較大，如:一條窯的熟料熱耗是750×4.1868kj/kg，而另一條窯為780×4.1868kj/kg；或一條窯的生料烘干廢氣溫度為200℃，而另一條窯為230℃時，采用“噸熟料余熱發(fā)電”進行比較則是不準確、不可靠的。

對于熟料熱耗對發(fā)電能力的影響：根據(jù)研究及實際生產(chǎn)情況，一般來講，當熟料熱耗增加或減少7～8Kcal/Kg時，噸熟料余熱發(fā)電量也響應(yīng)增加或減少1kwh以上。也就是說，余熱電站每多發(fā)1kwh電，窯系統(tǒng)將多消耗1～1.12Kg標準煤的燃料（這種結(jié)果，間接說明了采用提高熟料熱耗增加發(fā)電量的辦法是浪費能源的不可取的辦法）。

水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)評價方法的探討