新型干法水泥廠純低溫余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)用與前景

一、概述
　　我國近年來新建設(shè)投產(chǎn)的新型干法水泥生產(chǎn)線，在工藝生產(chǎn)方法、自動(dòng)控制、投資、生產(chǎn)規(guī)模、勞動(dòng)生產(chǎn)率和環(huán)境保護(hù)等生產(chǎn)技術(shù)和裝備方面，已逐年接近國際先進(jìn)水平，但其整體水平還存在較大差距。
　　其中水泥熟料熱耗3100～3300KJ/kg，綜合電耗：100KWh/t ～114 KWh/t，比發(fā)達(dá)國家要高出20％左右。因此水泥作為高能耗的工業(yè)產(chǎn)品，強(qiáng)調(diào)其生產(chǎn)過程中的節(jié)能是非常必要的。但由于水泥熟料煅燒技術(shù)及目前國內(nèi)節(jié)能技術(shù)水平的限制，大量中、低溫余熱仍不能被充分利用，由其所造成的能源浪費(fèi)仍很大。如目前國內(nèi)技術(shù)先進(jìn)的窯外分解水泥熟料生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)過程中由窯頭熟料冷卻機(jī)和窯尾預(yù)熱器排掉的350℃以下廢氣，其熱量約占水泥熟料燒成系統(tǒng)總熱量的35％以上。如何更進(jìn)一步充分利用中、低品位的余熱成為國內(nèi)水泥工業(yè)需要解決的重要課題之一。
　　截止到2004年6月底，我國已投產(chǎn)的日產(chǎn)量700t以上的新型干法水泥生產(chǎn)線有403條，設(shè)計(jì)熟料總生產(chǎn)能力達(dá)24589萬t/a。這樣的建設(shè)規(guī)模和速度是前所未有的。隨著企業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)能耗，依靠科技進(jìn)步挖掘企業(yè)潛力，使企業(yè)當(dāng)前及今后必然選擇的技術(shù)路線。

二、提高水泥生產(chǎn)中的熱利用率，勢(shì)在必行
　　節(jié)能降耗是水泥工業(yè)持續(xù)發(fā)展的需要。在降低水泥熟料燒成熱耗和水泥綜合電耗的同時(shí)，充分利用水泥生產(chǎn)中的中低溫廢氣余熱發(fā)電，逐步最大限度地滿足自身用電需要，減少外供電量，節(jié)約成本，是世界水泥工業(yè)發(fā)展的趨向，20世紀(jì)80年代以來，先進(jìn)工業(yè)國家也正是一直這樣做的。
　　近兩年來，由于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展持續(xù)高揚(yáng)，電力需求量增長迅猛，電力供應(yīng)緊張，煤炭?jī)r(jià)格上漲，國家對(duì)工業(yè)企業(yè)節(jié)能提出了更高的要求，尤其是對(duì)高耗能產(chǎn)業(yè)，要求最大限度地回收利用余熱，降低能耗，節(jié)約能源，貫徹經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。
　　同時(shí)，水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整任務(wù)的具體內(nèi)容之一，是綜合利用窯系統(tǒng)排放廢氣的余熱發(fā)電，降低水泥生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的性價(jià)比，以市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，縮小以致淘汰立窯水泥的市場(chǎng)份額，用新型干法水泥取而代之。
　　因此，在用新型干法生產(chǎn)線取代耗能高的立窯和濕法窯水泥生產(chǎn)方法的同時(shí)，在已投產(chǎn)運(yùn)行和新建的新型干法窯生產(chǎn)線上，加設(shè)純中低溫余熱發(fā)電裝置，充分利用余熱發(fā)電，回收能源，將會(huì)成為我國水泥工業(yè)節(jié)能的一項(xiàng)重大舉措。

三、純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀
1、純低溫余熱發(fā)電的特點(diǎn)
1）完全利用余熱發(fā)電；
2）廢氣余熱的品位比較低，廢氣溫度一般在200～400℃；
3）廢氣余熱源在一個(gè)以上；
4）余熱發(fā)電配置的熱力系統(tǒng)較為復(fù)雜；
5）蒸汽參數(shù)較低，對(duì)發(fā)電設(shè)備要求較高；
6）單位發(fā)電設(shè)備體積和重量相對(duì)較大。
2、寧國水泥廠純低溫余熱發(fā)電運(yùn)行狀況
　　安徽海螺集團(tuán)的寧國水泥廠在4000t/d水泥熟料生產(chǎn)線上采用了一套中低溫純余熱發(fā)電技術(shù)和設(shè)備，發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量6480KW。一次并網(wǎng)發(fā)電成功，在窯系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，發(fā)電機(jī)組運(yùn)行正常，發(fā)電功率基本保持在額定功率以上。設(shè)計(jì)年發(fā)電量為4087萬KWh；噸熟料發(fā)電能力為33.8KWh，實(shí)際運(yùn)行的小時(shí)發(fā)電量為7000KWh，噸熟料發(fā)電量為42KWh。以年發(fā)電7440h計(jì)，年發(fā)電量5208萬KWh，扣除系統(tǒng)自耗電8％，年外供電量4791萬KWh，相當(dāng)于噸熟料供電量為38.64KWh，而原材料消耗成本不足0.02元/KWh。在新型干法水泥窯生產(chǎn)線上配套建設(shè)中、低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，只是充分利用了水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量廢氣余熱進(jìn)行回收發(fā)電，只要適當(dāng)調(diào)整一些操作參數(shù)，使水泥窯能穩(wěn)定運(yùn)行，該發(fā)電系統(tǒng)亦能穩(wěn)定運(yùn)行，且回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率越高，發(fā)電成本越低。該技術(shù)的應(yīng)用既可降低水泥的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，也可為國家節(jié)約大量的電能，緩解供電的緊張狀況。
3、國內(nèi)純低溫余熱發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀
　　由于利用水泥生產(chǎn)線低溫余熱發(fā)電，可以降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，也符合國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)政策，因此，純低溫余熱發(fā)電在我國也得到了一定的發(fā)展。
　　萬年水泥廠在2000t/d帶分解爐和四級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器的水泥生產(chǎn)線上，配備了中低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，主要設(shè)備有：AQC余熱鍋爐、PH余熱鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組。汽輪發(fā)電機(jī)組采用的是3000KW標(biāo)準(zhǔn)汽輪機(jī)（1.2MPa～280℃），實(shí)際發(fā)電能力為2000～2400KW，今后仍需繼續(xù)攻關(guān)，解決遺留的難點(diǎn)，進(jìn)行工程系統(tǒng)優(yōu)化，以利于進(jìn)一步提高該系統(tǒng)的發(fā)電功率。
　　該項(xiàng)目于1998年1月動(dòng)工，1999年2月安裝完畢，1999年4月并網(wǎng)發(fā)電。
　　2002年上海某公司對(duì)一臺(tái)實(shí)際水泥熟料生產(chǎn)量為1350t/d的ø3.5m×88m四級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器窯（SP窯）進(jìn)行技術(shù)改造，利用窯頭和窯尾的中低溫廢氣余熱發(fā)電，2002年9月動(dòng)工，2003年5月建成投產(chǎn)，余熱電站裝機(jī)容量2500KW，設(shè)計(jì)平均發(fā)電能力1800KW，全部采用國產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)，經(jīng)過半年左右的運(yùn)行，主要設(shè)備和整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行正常。
　　該汽輪機(jī)為補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)，原機(jī)型為3MW的抽汽凝汽式汽輪機(jī)，設(shè)計(jì)將原抽汽口改為補(bǔ)汽口，實(shí)際設(shè)計(jì)能力2.5MW。經(jīng)過半年運(yùn)行，該汽輪機(jī)運(yùn)行可靠，對(duì)蒸汽質(zhì)量適應(yīng)范圍大，操作較方便，缺點(diǎn)是補(bǔ)汽較為困難。
　　2004年8月，中信重型機(jī)械公司與浙江三獅集團(tuán)建德三獅水泥有限公司就5000t/d干法水泥純余熱發(fā)電項(xiàng)目簽訂了總承包合同。該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案得到了國內(nèi)專家的高度評(píng)價(jià)，專家認(rèn)為中信重機(jī)礦山工程設(shè)計(jì)院對(duì)建德三獅5000t/d熟料生產(chǎn)線純余熱低溫發(fā)電項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)方案是可行的，采用雙壓鍋爐方案比較合理，對(duì)降低發(fā)電工藝設(shè)備的復(fù)雜性，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性具有現(xiàn)實(shí)意義。

四、純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的前景
　　純低溫余熱發(fā)電技術(shù)利用水泥生產(chǎn)線的中低溫廢氣余熱發(fā)電，對(duì)國家來說節(jié)約了大量的能源，并減少了溫室氣體的排放，保護(hù)了環(huán)境；對(duì)企業(yè)來說降低了水泥產(chǎn)品的成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。這是一項(xiàng)利國利民的建設(shè)工程。
　　只有大力推進(jìn)中低溫余熱發(fā)電技術(shù)的國產(chǎn)化，降低設(shè)備的造價(jià)，提高單位熟料的發(fā)電能力，減少投資成本，保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，才能使得中低溫余熱發(fā)電技術(shù)在我國水泥工業(yè)上得到普遍的推廣和廣泛的應(yīng)用。