水泥窯純低溫余熱發(fā)電有機工質循環(huán)技術的應用探討

1 前言 
　　
水泥生產工藝，簡單來說就是“兩磨一燒”，即把石灰石等原料組成的生料先進行初步粉磨，然后在窯內進行煅燒，燒成的熟料再添加復合材料進行粉磨，形成了水泥。因此水泥工業(yè)是一個高能耗和高電耗的產業(yè)。我國的水泥工業(yè)基本上是從50年代初期開始起步的，隨著我國經濟建設的蓬勃發(fā)展以及國家對基礎設施的建設投入不斷加大，我國水泥工業(yè)的建設規(guī)模和技術水平有了長足的進步，水泥的生產形式由立窯轉為旋轉窯，建設規(guī)模由100t/d、300t/d發(fā)展到5000t/d、8000t/d及10000t/d，水泥燃料熱耗也由原來的4600～6700kJ/kg降低到3000～3600kJ/kg。但即使如此，我國目前最先進的水泥生產工藝仍然有大量的350℃以下的低溫余熱不能被充分利用，其浪費的熱量約占總輸入熱量的1/3左右。隨著水泥生產規(guī)模的加大，其造成的熱量浪費更加驚人。并且最先進的水泥生產工藝其生產電耗仍居高不下，大約為105～110kWh/t水泥熟料，水泥生產成本僅電費一項就達40～50元/t，約占總成本的1/3。因此，回收水泥生產工藝過程中的余熱，用來發(fā)電并且回用于水泥生產本身，具有很現實的節(jié)能意義。 

2 目前水泥窯余熱發(fā)電技術現狀 
　　
2.1 水泥窯可利用的余熱參數 
　　
水泥生產工藝本身也在不斷進行節(jié)能降耗的工作，比如在生料進回轉窯之前加裝預熱器，利用水泥煅燒后的高溫煙氣進行生料的預加熱或預分解，從而降低排煙溫度降低熱損失。目前預熱器普遍由過去的4級加到了5級，因此廢氣溫度比過去有所降低。在這種情況下，從水泥窯窯尾預熱器出口排出的煙氣參數為： 
　　風量：1.4～1.6m3(標)/kg水泥熟料 
　　溫度：330℃ 
　　含塵：65g/m3(標) 
　　從窯頭冷卻機排出的廢氣參數為： 
　　窯頭：1.1～1.3m3(標)/kg水泥熟料 
　　溫度：220℃ 
　　含塵：10g/ m3(標) 
　　不同產量的水泥窯具有不同的余熱保有量。 
　　
2.2 帶補燃的資源綜合利用發(fā)電系統(tǒng) 
　　
資源的綜合利用，是我國的一項長期的重大技術經濟政策，也是我國國民經濟和社會發(fā)展中一項長遠的戰(zhàn)略方針，對于節(jié)約資源、改善環(huán)境狀況、提高經濟效益，實現資源的優(yōu)化配置和可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。 
　　
水泥生產過程中，有大量的余熱產生，并且高電耗，另外還需購買大量的灰渣作為復合材。而國家目前鼓勵煤矸石的綜合利用，并且非常重視環(huán)境保護。在這些前提下，建設充分利用水泥窯余熱，再加上適當的補燃，燃用熱值小于12550kJ/kg煤矸石的資源綜合利用電站，具有重要的資源綜合利用意義：這樣的電站建成后，水泥窯的余熱可全部回收，補燃鍋爐可處理掉當地的大量的煤矸石，補燃鍋爐產生的灰、渣可全部回用于水泥生產，做到零排放，電站發(fā)出的電可直接供給工廠使用，降低了輸配電的線損。在大幅度降低水泥生產成本的同時也為國家節(jié)約了能源，保護了環(huán)境，經濟效益與社會效益均很顯著，為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略作出了努力。 
　　
為貫徹《國務院批轉國家經貿委等部門關于進一步開展資源綜合利用意見的通知》（國發(fā)[1996] 36號）等文件的精神，國家經貿委于二○○○年七月下發(fā)了“關于印發(fā)《資源綜合利用電廠（機組）認定管理辦法》的通知”，該辦法適用于全國所有的資源綜合利用電廠（機組）。該管理辦法中明確指出：資源綜合利用電廠（機組）是指利用余熱、余壓、城市垃圾、煤矸石（石煤、油母頁巖）、煤泥……等低熱值燃料生產電力、熱力的企業(yè)單位。該管理辦法進一步明確指出：申報資源綜合利用電廠，必須具備①機組單機容量在500kW及以上，機組設備沒有超期服役或淘汰，②發(fā)供電質量符合國家標準，燃料屬于就近利用，③對廢棄物采取綜合利用措施，污染物實現達標排放……。對于以煤矸石、煤泥作為燃料的資源綜合利用電廠，必須燃用煤矸石為主，且入爐燃料的低位發(fā)熱量不大于12550千焦/千克，必須使用循環(huán)流化床鍋爐，當燃料應用基含硫量超過1％時，應采取脫硫措施；對于以工業(yè)余熱、余壓為工質的資源綜合利用電廠，應依據產生余熱、余壓的品質和余熱量或生產工藝耗汽量和可利用的工質參數確定工業(yè)余熱、余壓電廠的裝機容量，并且特別是指回收利用工業(yè)生產過程中產生的可利用的熱能及壓差進行發(fā)電的企業(yè)。 
　　
建設此類電站，需在窯頭預熱器塔架旁以及窯頭冷卻機旁加設余熱鍋爐，余熱鍋爐與水泥窯的相對位置關系見圖1，電站的原則性熱力配置見圖2。 


這類電站的建設投產，的確給水泥廠帶來了諸多好處。但是在運行中，也出現了一些問題，如： 
　　
在運行中，缺少必要的監(jiān)督，設計煤種為煤矸石，但是在實際運行中，煤種的變化范圍很大，劣質煤、好煤都可能使用。 
　　
余熱回收系統(tǒng)，因其操作要配合水泥生產進行，操作上比一般電廠復雜。并且水泥廠在余熱回收方面沒能建立適當的鼓勵措施，因此帶來余熱投入率低于設計值。 
　　
這類電站的建立實際上在降低了水泥廠生產成本的同時，也減少了電力系統(tǒng)的收入，因此在目前的體制下，此類電站在一定程度上受到了有關部門的抵制。