中国水泥窑余热发电技术

A.水泥窑；D.汽轮机；E.发电机；F.冷凝器；G.凝结水泵；I.除氧器；J.锅炉给水泵；K.篦冷机；L.篦冷机废气余热锅炉（AQC炉）；M.分解炉及预热器；N.SP余热锅炉；P.补燃锅炉；R.窑尾高温风机

 

为了科学实用地得出比较结论，做如下假设：

水泥窑5500 t/d熟料产量，热耗小于750kcal/kg，生料烘干温度210℃；

窑尾废气参数353600Nm/h---330℃，出锅炉废气参数353600Nm/h---210℃；

窑头冷却机废气参数310000Nm3/h---290℃，出锅炉废气参数310000Nm3/h---100℃；

不考虑粉尘、散热、漏风、排污等因素；

发电机效率为96.5%；

第二代技术主蒸汽参数2.29Mpa—380℃（仅冷却机为双取风、汽轮机为补汽式），第一代技术主蒸汽参数0.98Mpa—310℃。

比较及计算过程见下表：

 

根据上表，发电能力的比较结论如下：

产生发电能力差异的根本原因是两类纯余热发电技术采用的主蒸汽参数不同,其中:第一代纯余热发电技术采用的是0.69～1.57MPa-饱和～340℃低压低温主蒸汽,而第二代纯余热发电技术采用的是1.6～3.82MPa-饱和～450℃中压中温或次中压中温主蒸汽。遵循的理论基础仍然是根据热力学热力循环基本理论得出的提高火力发电厂循环效率为如下的四点结论:a提高初参数（即汽轮机主蒸汽进口的蒸汽压力和温度），即提高循环参数或称主蒸汽压力和温度；b降低终参数，即降低汽轮机的排汽压力和温度；c采用在汽轮机不同压力级分别抽出不同压力的适量蒸汽用于逐级加热锅炉给水以提高锅炉给水温度的回热循环；d采用在汽轮机某个压力级将蒸汽全部抽出后将蒸汽全部回至锅炉继续加热升温，再将其回至汽轮机的再热循环。由于余热发电热源的特点，上述四点结论中的回热循环及再热循环不适用于水泥窑纯余热发电技术。

提高初参数的作用,以温度为例：1000kcal/h的热量,如果温度是1000℃（如1kg/h、1000℃的热水）,理论上可以转换为0.9135Kw的电力；同样是1000kcal/h的热量,如果温度是100℃（如10kg/h、100℃的热水）,理论上可以转换为的电力只有0.3118Kw。

除了发电能力外，第二代纯余热发电技术在如下三个方面也优于第一代：

(1)第二代纯余热发电技术可以解决第一代纯余热发电技术主蒸汽温度不能调温的问题；

(2)由于第二代余热发电技术采用相对高压、高温主蒸汽，其蒸汽及水管道、汽轮机体积、循环冷却水量等均小于第一代纯余热发电技术，因此对于同一条水泥窑来讲：第二代余热发电技术虽然发电能力高但其单位Kw装机投资却低于第一代技术；

(3)因采用较高的主蒸汽压力和温度，为汽机采用大范围变化主蒸汽压力和温度的滑参数运行创造了条件（当设计采用主蒸汽压力和温度为2.29MPa-370℃时，实际运行变化范围可以达到1.27～2.47Mpa、325℃～400℃）；而第一代纯余热发电技术的汽轮机主蒸汽压力和温度允许变化范围则要小得多（当设计采用主蒸汽压力和温度为0.98MPa-310℃时，实际运行变化范围只能达到0.69～1.27Mpa、290℃～330℃）。因此，第二代纯余热发电技术在可提高余热发电能力的同时，由于主蒸汽参数允许运行变化范围比第一代技术大得多，发电系统的运转率、可靠性、对水泥窑生产波动的适应性也将比第一代技术好的多。

上述三点已在山水集团余热电站调试及试运行中得以充分证明。

对于上述两代纯余热发电技术，行业中关心或有疑问的问题有如下几方面（1）对水泥生产是否有影响（如：物料烘干，窑系统的操做等）？

（2）对热耗的影响即对入炉三次风和入窑二次风是否有影响？

（3）对熟料冷确效果是否有影响？

（4）对水泥熟料生产波动的适应性？

         相对于第一代技术，对第二代技术关心或有疑问的特殊问题：

（1）除了发电能力外，其它方面是否比第一代更可靠？

（2）国外先进工业国家为何在中国采用低压低温参数？

根据近年已投产的余热电站生产运行及山东山水公司、浙江兴宝龙水泥公司余热电站调试试生产情况，上述问题已不再是问题。对于国外先进工业国家为何在中国采用低压低温蒸汽参数，首先国际上还没有新的热力循环理论产生，其次在国外先进工业国家本土及其在台湾等地区建成的水泥窑余热电站，基本上采用的都是中压中温或次中压中温主蒸汽参数，因此，这个问题是难以得出答案的。

目前水泥窑配套建设余热电站，可以做到不增加水泥熟料热耗及电耗、不改变水泥生产用原燃料的烘干热源、不改变水泥生产的工艺流程及设备。但无论是利用第一代还是第二代余热发电技术建设的余热电站，余热电站投入运行后对水泥生产总会是有一些影响的，这些影响有的是正面有的是负面，而且两代余热发电技术对水泥生产的影响基本是相同的，其主要为：

（1）窑尾高温风机：在窑尾SP锅炉漏风控制、结构设计、受热面配置、清灰设计、除灰设计、废气管道设计合适的条件下，电站投入运行后，窑尾高温风机负荷将有所降低。

（2）增湿塔：将随着电站的投入或解出调整喷水量，直至停止或全开喷水。

（3）生料磨及煤磨：随着电站的投入或解出，烘干废气温度将产生较大幅度的变化，需要根据烘干废气温度的变化调整烘干废气量或磨的运行方式。

（4）窑尾电收尘：如果窑尾采用电收尘，电站投入运行后对其收尘效果总是有影响的，只是由于地区不同、配料不同、燃料不同或其它条件不同，对收尘效果的影响程度不同。但当窑尾采用袋收尘时，电站投入运行对提高收尘效果是有显著作用的。

（5）熟料冷却机废气排风机：冷却机配套余热锅炉后对冷却机废气排风机的影响是没有规律的：有的冷却机反映废气排风机能力够，有的反映不够；有的反映废气排风机功率上升，有的反映下降。这种情况虽然与冷却机原设计配置的废气排风机能力有关，但主要还是与冷却机余热锅炉及冷却机余热锅炉配置的废气管道系统有直接关系。

冷却机废气排风机能力不够的现象不是由风机本身直接反映出来的。由于冷却机进入余热锅炉的废气量是可调整的，在实际生产运行中，当发现冷却机废气排风机能力不够时，一般是通过调整（减少）进入余热锅炉废气量的方式来满足排风机的运行。也就是通过减少发电量的方式来满足排风机的运行，或者说是以发电量不足的现象掩盖了排风机能力不够的矛盾。这是需要注意也是有经济帐可算同时也是需要各个工厂根据自己的实际情况分析、判断、解决的问题。

（6）窑头电收尘器：电站投入运行后，窑头电收尘器工作温度大为降低，粉尘负荷也相应降低。

（7）窑系统操作：由于窑系统增加了两台余热锅炉，而余热锅炉废气不但取自还要送回水泥窑系统，因此势必需要增加窑系统窑头、窑尾、废气处理、生料粉磨、煤制备系统的操作环节。

6.3其它几个问题

（1）并网问题：

（2）电站与水泥生产线同步建设时电站设计与水泥生产线设计的配合问题：

（a）变压器容量：

（b）电气系统：

（c）水系统：

（d）煤磨烘干热源：

（e）冷却机：

（3）装机容量问题：

（4）关于不同地区的发电热力系统构成问题：

(5)  关于废气参数的确定问题：

（6）关于汽轮机及补汽问题：