水泥工業(yè)低溫余熱發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀

    1999年德國(guó)巴州海德堡水泥公司所屬的萊格福特水泥廠在一臺(tái)3000t/d的熟料篦冷機(jī)上，利用其電收塵器排出的（150000m3/h，275℃）的廢氣余熱，采用低沸點(diǎn)（36.1℃）介質(zhì)戌烷C5H12進(jìn)行蘭肯循環(huán)，實(shí)現(xiàn)純低溫余熱發(fā)電。這是一條工業(yè)試驗(yàn)生產(chǎn)線。6年的生產(chǎn)實(shí)踐表明，該系統(tǒng)運(yùn)行可靠，單位熟料發(fā)電量可達(dá)10.5kWh/t。以此推算，如果同時(shí)回收320℃的預(yù)熱器廢氣余熱，采用相同措施，將有可能提高熟料發(fā)電量達(dá)45～50kWh/t?？上в捎诘聡?guó)水泥市場(chǎng)歷年連續(xù)減縮，其進(jìn)一步的研發(fā)試驗(yàn)工作因此中斷，未能實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。
    1995年美國(guó)電氣與電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）的水泥專業(yè)委員會(huì)曾對(duì)低溫余熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了專門的研討，并制定了一個(gè)目標(biāo)，即就是在20年內(nèi)（2015年前）實(shí)現(xiàn)水泥工業(yè)的余熱發(fā)電量達(dá)到60kWh/t熟料或更高。因?yàn)榘?級(jí)預(yù)熱器計(jì)，每臺(tái)PC窯及其篦冷機(jī)系統(tǒng)廢氣余熱排放約為4.18×200kJ/kg熟料，這些熱量如果全部轉(zhuǎn)化為電能的話，則理論值應(yīng)為230kWh/t熟料，而當(dāng)時(shí)的平均先進(jìn)水平僅為35kWh/t。說(shuō)明整個(gè)余熱發(fā)電系統(tǒng)的效率只有15%，熱—電的實(shí)際轉(zhuǎn)化效率很低。如果以平衡來(lái)核算，雖然300℃廢氣的量只有其熱量的1/3，其發(fā)電系統(tǒng)的效率仍有較大潛力，達(dá)到60kWh/t熟料是有可能的。以上就是美國(guó)IEEE水泥專業(yè)委員會(huì)1995年研討得出的意見(jiàn)。10年過(guò)去了，卻始終未見(jiàn)美國(guó)IEEE在這方面有所作為。根據(jù)最近的信息，美國(guó)方面有關(guān)人士給筆者的答復(fù)是，首先是美國(guó)水泥工業(yè)沒(méi)有這樣的市場(chǎng)需求，所以不宜著力去研發(fā)。但是以現(xiàn)有的先進(jìn)成熟的鍋爐與汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)及其裝備為基礎(chǔ)。如果中國(guó)水泥工業(yè)有較大市場(chǎng)需求的話，美國(guó)公司現(xiàn)在就可以提供全套技術(shù)裝備，保證單位熟料發(fā)電量接近50kWh/t。筆者又將這一信息與德國(guó)、日本的有關(guān)人士進(jìn)行了交流核實(shí)，均得到認(rèn)同。他們也表示了可以向中國(guó)水泥界提供先進(jìn)的余熱發(fā)電全套技術(shù)裝備。
    綜上所述，根據(jù)日本、德國(guó)和美國(guó)的實(shí)踐，可以預(yù)言，現(xiàn)代水泥工業(yè)廢氣余熱發(fā)電是頗具潛力的一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)，尤其是對(duì)于象我國(guó)這樣電力供應(yīng)緊缺的情況，市場(chǎng)需求空間相當(dāng)大，無(wú)疑將會(huì)對(duì)我國(guó)在這方面的技術(shù)與裝備研發(fā)和應(yīng)用發(fā)揮積極的促進(jìn)作用。我國(guó)目前在這方面與國(guó)際先進(jìn)水平的差距還比較大。1999年2月投產(chǎn)的江西萬(wàn)年青2000t/d的純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)。全部為國(guó)產(chǎn)設(shè)備，熟料發(fā)電量為22～23kWh/t。寧國(guó)海螺4000t/d的余熱發(fā)電系統(tǒng)采用日本川崎設(shè)備，1998年2月投產(chǎn)，熟料發(fā)電量達(dá)35～36kWh/t。2004年10月投產(chǎn)的柳州魚峰3200t/d的余熱發(fā)電系統(tǒng)，采用日本川崎技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備，部分設(shè)備國(guó)內(nèi)分交制造。熟料發(fā)電量達(dá)36～38kWh/t。2004年9月中信重機(jī)與浙江客戶簽訂了二條5000t/d純低溫余熱發(fā)電工程總承包合同，全部采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備，熟料發(fā)電量為26kWh/t。另外，長(zhǎng)期以來(lái)，天津院在水泥窯余熱發(fā)電方面做了許多工作，除補(bǔ)燃方案外，在純低溫余熱發(fā)電項(xiàng)目中，2003年6月，上海萬(wàn)安總公司PC窯4級(jí)預(yù)熱器1300t/d熟料生產(chǎn)線上采用了全部國(guó)產(chǎn)的余熱發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)容量為2500kW，窯頭及窯尾廢氣是380℃。實(shí)際發(fā)電能力達(dá)1500～1800kW，相當(dāng)于28～33kWh/t熟料。對(duì)于5級(jí)預(yù)熱器的PC窯，因窯尾廢氣溫度較低，約310℃，其熟料單位發(fā)電量相應(yīng)地減少為27kWh/t左右。這基本上反映了我國(guó)目前的水平。南京院、成都院以及其他有些公司的情況大致相同，不贅述?？傮w來(lái)說(shuō)，我國(guó)在純低溫余熱發(fā)電方面，首先是全套技術(shù)裝備水平與國(guó)際先進(jìn)相比尚有較大差距，需要全面配套的跨躍式發(fā)展，加速迎頭趕上。其次是水泥工業(yè)純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用相對(duì)于PC窯的發(fā)展而言，數(shù)量太少，對(duì)整個(gè)水泥工業(yè)的節(jié)電實(shí)效不大。但是在試圖解決這一矛盾時(shí)，筆者也不贊同那些所謂大干快上，低水平重復(fù)的做法，應(yīng)該積極創(chuàng)新和引進(jìn)相結(jié)合，力爭(zhēng)高起點(diǎn)跨躍式發(fā)展，要加快引進(jìn)消化吸收國(guó)際最先進(jìn)的有關(guān)技術(shù)裝備，勇于創(chuàng)新。全套國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)的水平應(yīng)盡快達(dá)到5000t/d。 五級(jí)預(yù)熱器，PC窯上熟料發(fā)電量30kWh/t以上。作為一項(xiàng)近期目標(biāo)，筆者相信是可以實(shí)現(xiàn)的。