中國水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)

    水泥熟料鍛燒過程中，由窯尾預熱器、窯頭熟料冷卻機等排掉的400℃以下低溫廢氣余熱，其熱量約占水泥熟料燒成總耗熱量30%以上，造成的能源浪費非常嚴重。水泥生產(chǎn)，一方面消耗大量的熱能（每噸水泥熟料消耗燃料折標準煤為100～115kg），另一方面還同時消耗大量的電能（每噸水泥約消耗90～115kwh）。如果將排掉的400℃以下低溫廢氣余熱轉(zhuǎn)換為電能并回用于水泥生產(chǎn)，可使水泥熟料生產(chǎn)綜合電耗降低60%或水泥生產(chǎn)綜合電耗降低30%以上，對于水泥生產(chǎn)企業(yè)：可以大幅減少向社會發(fā)電廠的購電量或大幅減少水泥生產(chǎn)企業(yè)燃燒燃料的自備電廠的發(fā)電量以大大降低水泥生產(chǎn)能耗；可避免水泥窯廢氣余熱直接排入大氣造成的熱島現(xiàn)象，同時由于減少了社會發(fā)電廠或水泥生產(chǎn)企業(yè)燃燒燃料的自備電廠的燃料消耗，可減少CO2等燃燒廢物的排放而有利于保護環(huán)境。

    能源、原材料、水、土地等自然資源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎，是經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要的物質(zhì)保證。而隨著經(jīng)濟的發(fā)展，資源約束的矛盾日益凸顯。為此中國政府在為貫徹實施《節(jié)能中長期專項規(guī)劃》而編制的《中國節(jié)能技術(shù)政策大綱》（2005年修訂稿）中明確支持“大中型新型干法水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)”的研究、開發(fā)、推廣工作。

     清潔發(fā)展機制是《京都議定書》第十二條確定的一個基于市場的靈活機制，其核心內(nèi)容是允許附件一締約方(即發(fā)達國家)與非附件一國家(即發(fā)展中國家)合作，在發(fā)展中國家實施溫室氣體減排項目。
    清潔發(fā)展機制的設立具有雙重目的：促進發(fā)展中國家的可持續(xù)發(fā)展和為實現(xiàn)公約的最終目標做出貢獻；協(xié)助發(fā)達國家締約方實現(xiàn)其在《京都議定書》第三條之下量化的溫室氣體減限排承諾。通過參與清潔發(fā)展機制項目，發(fā)達國家的政府可以獲得項目產(chǎn)生的全部或者部分經(jīng)核證的減排量，并用于履行其在《京都議定書》下的溫室氣體減限排義務。對于發(fā)達國家的企業(yè)而言，獲得的CERs可以用于履行其在國內(nèi)的溫室氣體減限排義務，也可以在相關(guān)的市場上出售獲得經(jīng)濟收益。由于獲得CERs的成本遠低于其在國內(nèi)采取減排措施的成本，發(fā)達國家政府和企業(yè)通過參加清潔發(fā)展機制項目可以大幅度降低其實現(xiàn)減排義務的經(jīng)濟成本。
    對于發(fā)展中國家而言，通過參加清潔發(fā)展機制項目合作可以獲得額外的資金和（或）先進的環(huán)境保護技術(shù)，從而可以促進本國的可持續(xù)發(fā)展。因此，清潔發(fā)展機制是一種“雙贏”的機制。清潔發(fā)展機制合作也可以降低全球?qū)崿F(xiàn)溫室氣體減排的總體經(jīng)濟成本。
1.4對于水泥生產(chǎn)企業(yè)  

     水泥生產(chǎn)企業(yè)建設余熱電站，投資小，見效快，可以大幅降低水泥生產(chǎn)能耗既成本，相應地可以大幅提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

     支持并促進“水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)”的研究、開發(fā)、推廣工作，可以使中國水泥窯余熱發(fā)電的總體技術(shù)水平達到或接近當前國外先進工業(yè)國家已經(jīng)達到的技術(shù)水平。

 

     1984年，根據(jù)當時水泥生產(chǎn)能力嚴重不足、供電能力十分緊張、新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)處于起步階段、煤電比價很低的實際情況，中國政府安排了救活十四個老水泥廠的工作。結(jié)合這項工作，國內(nèi)開展了中空余熱發(fā)電窯的高溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究、開發(fā)、推廣、應用工作。至1995年，利用高溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備，在國內(nèi)建設投產(chǎn)了約290條帶有高溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的中空余熱發(fā)電窯。形成了以主蒸汽參數(shù)、余熱鍋爐形式、余熱發(fā)電能力分別為2.45MPa—400℃—噸熟料余熱發(fā)電量90～110KW—臥式余熱鍋爐、3.82MPa—450℃—噸熟料余熱發(fā)電量130～150KW—臥式余熱鍋爐、3.82MPa—450℃—噸熟料余熱發(fā)電量170～180KW—立式余熱鍋爐的三代水泥窯高溫余熱發(fā)電技術(shù)，為我國開展水泥窯低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究開發(fā)奠定了基礎。

     中國政府根據(jù)新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，在1990年安排了國家重大科技攻關(guān)項目《水泥廠低溫余熱發(fā)電工藝及裝備技術(shù)的研究開發(fā)》工作。其課題之一是：《帶補燃鍋爐的中、低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究開發(fā)》，目的是在當時中國國內(nèi)尚不能解決中低品位余熱—動力轉(zhuǎn)換機械的條件下，采用中國國產(chǎn)標準系列汽輪發(fā)電機組回收400℃以下廢氣余熱進行發(fā)電。該課題在1996年完成了攻關(guān)工作并形成了《帶補燃鍋爐的水泥窯低溫余熱發(fā)電技術(shù)》。截止2005年底，利用這項技術(shù)，在中國國內(nèi)的23個水泥廠36條1000～4000t/d預分解窯生產(chǎn)線上建設投產(chǎn)了28臺、總裝機為45.36萬Kw的以煤矸石、石煤為補燃鍋爐燃料的綜合利用電站，各水泥廠取得了可觀的經(jīng)濟效益。這項技術(shù)的研究、開發(fā)、推廣、應用，為我國開發(fā)水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備工作積累了豐富的經(jīng)驗。

     根據(jù)研究、開發(fā)、推廣《帶補燃鍋爐的水泥窯低溫余熱發(fā)電技術(shù)》的經(jīng)驗，結(jié)合日本KHI公司1995年為中國一條4000t/d水泥窯提供的6480Kw純低溫余熱電站的建設，國內(nèi)分別于1997年、2001年在一條2000t/d水泥線、一條1500t/d水泥線上利用中國國產(chǎn)的設備和技術(shù)建設投產(chǎn)了裝機容量各為3000Kw、2500Kw的純低溫余熱電站。2001年至2005年，中國水泥行業(yè)利用中國國產(chǎn)的設備和技術(shù)在十數(shù)條1200t/d級、2500t/d級、5000t/d級新型干法窯上配套建設了裝機容量分別為2.0MW、3.0MW、6.0MW的純低溫余熱電站，形成了中國第一代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，綜合技術(shù)指標可以達到噸熟料余熱發(fā)電量為3140KJ/kg-28～33kwh/t。

     通過對十數(shù)條1200t/d級、2500t/d級、5000t/d級新型干法窯2.0MW、3.0MW、6.0MW純低溫余熱電站建設、運行經(jīng)驗的總結(jié)，自2003年起，中國研究、開發(fā)出了第二代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)。至2007年2月，利用第二代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)在中國國內(nèi)的1條1500t/d、1條1800t/d及1條2000t/d、1條3200t/d、4條2500t/d、 6條5000t/d共14條新型干法水泥生產(chǎn)線上設計、建設、投產(chǎn)了11臺裝機容量分別為1臺3MW、1臺3.3MW 、2臺7.5MW、3臺4.5MW 2臺9MW、2臺18MW的純低溫余熱電站，其噸熟料余熱發(fā)電量均為3140KJ/kg-38～42kwh/t。

 

     目前發(fā)達國家從事水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備研究、開發(fā)、推廣應用工作的國家主要有日本、荷蘭、以色列、德國等先進工業(yè)國家，其中尤以日本鋼管（JFE）、日本川崎重工（KHI）的技術(shù)及裝備在國際上推廣應用所占的比重最大。中國第二代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)與發(fā)達國家先進技術(shù)相比如下：

 

 

     大連易世達能源工程有限公司，主要從事新型干法水泥生產(chǎn)線純低溫余熱電站工程設計、技術(shù)咨詢、工程總承包、設備成套、安裝、調(diào)試、生產(chǎn)運行管理等業(yè)務。目前擁有熱能、工藝、機械、電氣、土建等各專業(yè)工程技術(shù)人員60多名，集中了原余熱發(fā)電“八五”國家攻關(guān)組主要技術(shù)力量，具有強大的開發(fā)、設計、工程管理和生產(chǎn)運營能力，是集開發(fā)、設計、工程建設、運營服務于一體的技術(shù)密集型企業(yè)。目前具有余熱發(fā)電三項實用新型及兩項發(fā)明專利，其專利技術(shù)涉及目前主蒸汽參數(shù)為1.57MPa-3.43 MPa—340⁰C-435⁰C的水泥窯純余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)。至2006年，在技術(shù)開發(fā)及工程建設方面取得了如下主要業(yè)績：

*（1）完成了水泥窯余熱發(fā)電“八五”國家重點科技攻關(guān)項目“帶補燃鍋爐的低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究開發(fā)”工作，開發(fā)成果《帶補燃鍋爐的低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備》獲國家“八五”科技攻關(guān)重大科技成果獎，技術(shù)核心人員榮獲“八五”國家重點科研攻關(guān)全國先進個人，受到了江澤民等黨和國家領(lǐng)導人的接見。

*（2）完成了日本NEDO贈送寧國水泥廠純低溫余熱電站設備的技術(shù)談判、工程立項、日方資料轉(zhuǎn)化、工程設計工作。

*（3）完成了水泥窯余熱發(fā)電“八五”國家重點科技攻關(guān)項目成果《帶補燃鍋爐的低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備》的技術(shù)升級工作（補燃鍋爐燃料由煤粉升級為：煤矸石、石煤等劣質(zhì)燃料及生活垃圾），此項技術(shù)已投產(chǎn)應用于近40個工程：浙江紅火集團、福建龍麟集團、牡丹江水泥集團、葛洲壩水泥廠、杭州錢潮集團倉前水泥廠等。

（4）完成中空余熱發(fā)電窯高溫二級余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究開發(fā)工作，開發(fā)成果至2003年4月已工業(yè)實驗性應用于二個實際工程，每噸熟料余熱發(fā)電量提高到1500×4.1868kJ/kg——190～200kWh/t。

*（5）完成水泥窯余熱發(fā)電“八五”國家重點科技公關(guān)延續(xù)性項目——水泥窯純低溫余熱發(fā)電——低參數(shù)混壓進汽式（補汽式）汽輪機的研究開發(fā)工作，其實際應用工程及補汽式汽輪機組已通過部級鑒定，該套機組已應用于九個實際工程。

（6）完成了水泥窯窯頭熟料冷卻機余熱鍋爐與補燃鍋爐一體化的研究開發(fā)工作，其開發(fā)成果目前已完成中間實驗運行考核階段。

（7）完成了中空余熱發(fā)電窯熟料提產(chǎn)降耗的技改研究、開發(fā)、工程設計工作，使中空余熱發(fā)電窯熟料產(chǎn)量提高200%～400%。

（8）完成了帶有二級預熱器、分解爐配套純中低溫二級余熱電站的新型干法水泥熟料生產(chǎn)線的技術(shù)開發(fā)工作。

*（9）完成了國內(nèi)第一代水泥窯純中低溫余熱發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)工作，其標志為：主蒸汽參數(shù)為0.69～1.27MPa-280～340℃，實現(xiàn)了理論上采用這種主蒸汽參數(shù)時的最大發(fā)電量750kcal/kg-28～33kwh/t。

（10）完成了提高型（也稱為第二代）水泥窯純中低溫余熱發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)工作（其標志為：主蒸汽參數(shù)為1.57～3.43MPa-340～435℃，實現(xiàn)了理論上采用這種主蒸汽參數(shù)時的最大發(fā)電量750kcal/kg-38～42kwh/t），確定了提高水泥窯純低溫余熱發(fā)電能力的技術(shù)途徑，相應地發(fā)明了若干具體技術(shù)措施（三項實用新型專利、兩項發(fā)明專利），使水泥窯純低溫余熱發(fā)電能力比目前推廣應用的第一代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)提高14.5～31.25%。

（11）歷年來先后完成15種余熱發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)、32種余熱發(fā)電裝備技術(shù)的開發(fā)工作，完成了46個水泥廠的余熱發(fā)電工程設計工作、9條水泥生產(chǎn)線技改或新建設計工作、15個水泥廠的水泥生產(chǎn)線及余熱發(fā)電工程啟動調(diào)試工作。

在純低溫余熱發(fā)電工程實例上，大連易世達能源工程有限公司利用第二代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，至2007年2月在國內(nèi)水泥行業(yè)的1條1500t/d、1條1800t/d、1條2000t/d、1條3200t/d、4條2500t/d、6條5000t/d等共計13條新型干法水泥生產(chǎn)線投產(chǎn)、建設、設計了1臺3MW、1臺3.3MW、3臺4.5MW、2臺7.5MW、2臺9MW、2臺18MW共計11臺總裝機為89MW的純余熱電站，噸熟料余熱發(fā)電量均為750kcal/kg-38~42kwh/t。