水泥工業(yè)低溫余熱發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀

    1999年德國巴州海德堡水泥公司所屬的萊格福特水泥廠在一臺3000t/d的熟料篦冷機上，利用其電收塵器排出的（150000m3/h，275℃）的廢氣余熱，采用低沸點（36.1℃）介質(zhì)戌烷C5H12進行蘭肯循環(huán)，實現(xiàn)純低溫余熱發(fā)電。這是一條工業(yè)試驗生產(chǎn)線。6年的生產(chǎn)實踐表明，該系統(tǒng)運行可靠，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嗍袌鰵v年連續(xù)減縮，其進一步的研發(fā)試驗工作因此中斷，未能實現(xiàn)預(yù)期效果。
    1995年美國電氣與電子工程師學(xué)會（IEEE）的水泥專業(yè)委員會曾對低溫余熱發(fā)電技術(shù)進行了專門的研討，并制定了一個目標(biāo)，即就是在20年內(nèi)（2015年前）實現(xiàn)水泥工業(yè)的余熱發(fā)電量達(dá)到60kWh/t熟料或更高。因為按5級預(yù)熱器計，每臺PC窯及其篦冷機系統(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)時的平均先進水平僅為35kWh/t。說明整個余熱發(fā)電系統(tǒng)的效率只有15%，熱—電的實際轉(zhuǎn)化效率很低。如果以平衡來核算，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IEEE水泥專業(yè)委員會1995年研討得出的意見。10年過去了，卻始終未見美國IEEE在這方面有所作為。根據(jù)最近的信息，美國方面有關(guān)人士給筆者的答復(fù)是，首先是美國水泥工業(yè)沒有這樣的市場需求，所以不宜著力去研發(fā)。但是以現(xiàn)有的先進成熟的鍋爐與汽輪機發(fā)電技術(shù)及其裝備為基礎(chǔ)。如果中國水泥工業(yè)有較大市場需求的話，美國公司現(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、日本的有關(guān)人士進行了交流核實，均得到認(rèn)同。他們也表示了可以向中國水泥界提供先進的余熱發(fā)電全套技術(shù)裝備。
    綜上所述，根據(jù)日本、德國和美國的實踐，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節(jié)能技術(shù)，尤其是對于象我國這樣電力供應(yīng)緊缺的情況，市場需求空間相當(dāng)大，無疑將會對我國在這方面的技術(shù)與裝備研發(fā)和應(yīng)用發(fā)揮積極的促進作用。我國目前在這方面與國際先進水平的差距還比較大。1999年2月投產(chǎn)的江西萬年青2000t/d的純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)。全部為國產(chǎn)設(shè)備，熟料發(fā)電量為22～23kWh/t。寧國海螺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，全部采用國產(chǎn)設(shè)備，熟料發(fā)電量為26kWh/t。另外，長期以來，天津院在水泥窯余熱發(fā)電方面做了許多工作，除補燃方案外，在純低溫余熱發(fā)電項目中，2003年6月，上海萬安總公司PC窯4級預(yù)熱器1300t/d熟料生產(chǎn)線上采用了全部國產(chǎn)的余熱發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電機容量為2500kW，窯頭及窯尾廢氣是380℃。實際發(fā)電能力達(dá)1500～1800kW，相當(dāng)于28～33kWh/t熟料。對于5級預(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來說，我國在純低溫余熱發(fā)電方面，首先是全套技術(shù)裝備水平與國際先進相比尚有較大差距，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)用相對于PC窯的發(fā)展而言，數(shù)量太少，對整個水泥工業(yè)的節(jié)電實效不大。但是在試圖解決這一矛盾時，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)新和引進相結(jié)合，力爭高起點跨躍式發(fā)展，要加快引進消化吸收國際最先進的有關(guān)技術(shù)裝備，勇于創(chuàng)新。全套國產(chǎn)系統(tǒng)的水平應(yīng)盡快達(dá)到5000t/d。 五級預(yù)熱器，PC窯上熟料發(fā)電量30kWh/t以上。作為一項近期目標(biāo)，筆者相信是可以實現(xiàn)的。