國產水泥回轉窯純低溫余熱發(fā)電技術和經驗介紹
水泥生產過程需要消耗大量的能源（煤或油）和天然礦物，而這些資源是不可再生的，所以這就制約了水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，如何降低水泥生產過程中原燃料的消耗是保證水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的最有效措施。水泥熟料煅燒過程需要較高的煅燒溫度，消耗大量的天然礦石能源------煤炭（或油），以目前先進的新型干法水泥窯為例，其單位熟料燒成熱耗在2900---3300kj/kg，以年產熟料50萬噸規(guī)模計，每年消耗原煤約6.5萬，但同時約占熟料燒成熱耗30%左右的大量350℃左右的廢氣從窯尾和窯頭收塵器排入大氣，而采用余熱發(fā)電技術將這部分熱量回收是一種非常有效的辦法，由于廢氣溫度較低，對裝備和技術的要求較高，采用純低溫余熱發(fā)電國內尚未有非常成熟和成功的技術和工程，寧國水泥廠純低溫余熱發(fā)電是引進日本的技術和裝備。目前國內新型干法窯主要采用的是帶補燃爐的余熱發(fā)電技術，但這種技術和國家有關政策有沖突，使這種技術的利用受到限制。2002年我公司日產1050噸（實際1350噸）φ3.5×88m四級旋風預熱器窯（SP窯）采用純低溫余熱發(fā)電技術進行了技術改造，項目由天津水泥設計研究院設計，于2003年5月建成投產，項目裝機容量2.5MW，設計發(fā)電能力1800kw/h，全部采用國產設備和技術，經過半年左右的運行，主要設備和整個系統都運轉正常，各項技術經濟指標達到設計要求。下面就我公司純低溫余熱發(fā)電系統作一介紹。
1． 熱力系統
系統主機為兩臺余熱鍋爐(窯頭AQC鍋爐和窯尾SP鍋爐)和一套補汽凝汽式汽輪發(fā)電機組，裝機容量為2.5MW，設計發(fā)電能力為1800kw/h。
余熱來源SP（窯尾預熱器）：廢氣流量95000Nm3/h，溫度390℃（實際360℃）；AQC（冷卻機）：廢氣流量40000Nm3/h，溫度350℃。
冷卻機中部設置抽風口作為AQC鍋爐的取風口，通過與冷卻機原抽風口之間的風門調節(jié)，保證中部抽風口的廢氣溫度達到350℃左右，為減輕廢氣對AQC鍋爐的磨損，在鍋爐前設置了沉降室，AQC省煤器出水分三路：一路進入AQC高壓汽包，一路進入AQC低壓汽包，另一路進SP鍋爐汽包。AQC鍋爐產生的蒸氣分為二路，一路由鍋爐Ⅰ段產生的1.6Mpa-300℃主蒸氣和SP鍋爐產生的主蒸氣混合后進汽輪機主進汽口,另一路由鍋爐Ⅱ段產生的0.25Mpa-150℃低壓蒸氣進入汽輪機補汽口。
SP鍋爐汽包進水由AQC省煤器供給，當AQC鍋爐未投用時也可由鍋爐給水泵直接供給而獨立運行，SP鍋爐產生1.6Mpa-300℃主蒸氣。兩臺鍋爐都設計有旁路系統，當鍋爐停用時水泥生產系統可正常運行。
汽輪機為補汽凝汽式汽輪機，設計能力2.5MW,原機型為3MW的抽汽凝汽式汽輪機，將原抽汽口改為補汽口。通過半年運行，該汽輪機運行可靠，對蒸汽質量適應范圍大，操作較方便，缺點是補汽較困難。
鍋爐給水中的溶解氧是造成熱力設備和管道腐蝕的主要原因，為防止和減輕氧腐蝕，必須對鍋爐給水進行除氧處理，目前鍋爐給水的除氧方式有熱力除氧、真空除氧、化學除氧等，寧國水泥廠采用的是化學除氧方式，我公司根據系統蒸氣溫度和壓力較低的情況，采用真空除氧方式，真空除氧是利用抽真空的方法，使水在常溫下呈沸騰狀態(tài)，除去水中溶解氧，其關鍵是在除氧器內形成和保持真空狀態(tài)，所以除了利用真空泵將真空除氧器抽為真空外，系統的密閉性非常重要。目前我公司的真空除氧系統運行真空度為-0.09Mpa，水中殘氧量小于0.05mg/L，運行方式為間歇式，即當補充新鮮軟水時以及鍋爐給水中含氧量超標時，除氧器才投入使用，所以系統運行成本較低，根據目前情況真空除氧器的運行費用約1.0元/小時。
2． 鍋爐
SP、AQC兩臺余熱鍋爐是水泥窯純低溫余熱發(fā)電系統中最重要的設備，鍋爐是否能穩(wěn)定正常運行直接影響到項目的最終效果。我公司窯頭AQC鍋爐、窯尾SP鍋爐由我公司和杭州鍋爐廠一起合作研究，并由杭州鍋爐廠設計制造具有一定自主知識產權。為減少占地面積和漏風，二臺鍋爐都采用立式布置，廢氣流向自上而下。
SP鍋爐的設計較有特點，為立式、機械振打、自然循環(huán)。換熱管為蛇形光管，上端固定在框架上，下端呈自由狀態(tài)，振打裝置通過連桿對換熱管定期振打，整個鍋爐的振打形式為連續(xù)式，所以清灰較為均勻，同時灰斗設計合理，避免了因清灰原因而造成廢氣中含塵濃度過大而引起風機跳停，影響生產。該鍋爐最具特點的地方是采用自然循環(huán)方式，省掉了二臺強制循環(huán)熱水泵，降低了運行成本，提高了系統可靠性。SP鍋爐目前運行狀態(tài)穩(wěn)定，鍋爐阻力小于800Pa，廢氣進口溫度350---360℃，出口溫度230℃左右，基本達到設計目標。
AQC鍋爐為立式、自然循環(huán)。冷卻機廢氣中粉塵粘附性不強，所以不設置振打裝置，同時換熱管采用螺旋翅管，大大增加了換熱面積，鍋爐體積大幅下降，降低了投資成本。為減少漏風，AQC鍋爐沒有設計出灰裝置，在風管底部粉塵形成一定自然堆積后，粉塵隨廢氣一起進入電收塵。半年來AQC鍋爐運行狀態(tài)較好，鍋爐阻力小于700Pa，廢氣進口溫度在380℃左右，廢氣出口溫度在90℃左右，達到設計目標。
3． 與原生產系統的結合
在原水泥生產系統中接入余熱發(fā)電系統，對水泥生產系統的影響主要在以下幾個方面：
?。?）由于余熱鍋爐的接入，氣體流程的系統阻力增加，排風機能力是否適用。由于廢氣通過余熱鍋爐后氣體溫度和含塵濃度降低，排風機的抽風量得以增加，加上水泥廠原設計一般都有一定富裕能力，所以不用更換排風機，這在我公司的改造中及國內外工程實例得到證實，如果回轉窯及其它設備許可，由于排風機能力增加而提高了回轉窯產量（臺灣花蓮水泥廠裝配余熱發(fā)電后，窯產提高10%），我公司余熱發(fā)電投入使用后，窯尾排風機電流也有所下降。
?。?）窯尾SP鍋爐清灰會引起氣體含塵濃度變化而導致窯尾排風機工況突變，甚至風機因氣體含塵濃度過高而過載跳停。我公司由于在風管布置、灰斗設計較為合理，同時采用連續(xù)機械振打方式，氣體中含塵濃度較為均勻，所以窯尾風機電流波動沒有異常。
?。?）窯尾SP鍋爐廢氣出口溫度應根據生料磨工藝及入磨原料水份來確定，我公司生料磨為風掃式烘干磨，磨內氣體流量大，所以設計SP鍋爐出口溫度為225℃，一般烘干生料磨SP鍋爐的出口溫度在250℃以上（具體根據生料水份）。
4． 經濟分析
項目總投資1500萬元，設計發(fā)電能力1800KW/h，目前實際發(fā)電能力大于1800KW/h，以年發(fā)電7000小時計，每年發(fā)電量為1260×104kwh，扣除10%（實際8%）電站自用電，減少外購電1134×104kwh，電站運行成本約0.06元/kwh,外購平均電價0.48元/kwh(不含稅),每年可為企業(yè)節(jié)約電費476萬元,實際運行中通過電站運行調整用電系統功率因素并使現有供配電系統損耗減少,還可節(jié)約電費,所以根據此計算三年左右就可收回項目投資。
水泥窯純低溫余熱發(fā)電項目由于將廢氣中熱能轉化為電能，減少了能源消耗，廢氣通過余熱鍋爐降低了廢氣排放溫度，減輕了對環(huán)境的熱污染，具有顯著的環(huán)保節(jié)能效果，所以水泥窯純低溫余熱發(fā)電項目具有較好的經濟效益和社會效益。
5． 結言
我公司水泥窯純低溫余熱發(fā)電系統是國內第一條達到設計指標的生產線，實際每噸熟料發(fā)電量達到33---35kwh/t，電站自用電比例小于8%，達到了國際先進水平（AQC廢氣沒有二次循環(huán)）。整個系統運行可靠，操作簡易靈活，整個電站定員15人，每班操作人員僅2人，由于全部采用國產設備和技術，投資成本低，具有很好的推擴價值和前景。（中國水泥網 轉載請注明出處）
1． 熱力系統
系統主機為兩臺余熱鍋爐(窯頭AQC鍋爐和窯尾SP鍋爐)和一套補汽凝汽式汽輪發(fā)電機組，裝機容量為2.5MW，設計發(fā)電能力為1800kw/h。
余熱來源SP（窯尾預熱器）：廢氣流量95000Nm3/h，溫度390℃（實際360℃）；AQC（冷卻機）：廢氣流量40000Nm3/h，溫度350℃。
冷卻機中部設置抽風口作為AQC鍋爐的取風口，通過與冷卻機原抽風口之間的風門調節(jié)，保證中部抽風口的廢氣溫度達到350℃左右，為減輕廢氣對AQC鍋爐的磨損，在鍋爐前設置了沉降室，AQC省煤器出水分三路：一路進入AQC高壓汽包，一路進入AQC低壓汽包，另一路進SP鍋爐汽包。AQC鍋爐產生的蒸氣分為二路，一路由鍋爐Ⅰ段產生的1.6Mpa-300℃主蒸氣和SP鍋爐產生的主蒸氣混合后進汽輪機主進汽口,另一路由鍋爐Ⅱ段產生的0.25Mpa-150℃低壓蒸氣進入汽輪機補汽口。
SP鍋爐汽包進水由AQC省煤器供給，當AQC鍋爐未投用時也可由鍋爐給水泵直接供給而獨立運行，SP鍋爐產生1.6Mpa-300℃主蒸氣。兩臺鍋爐都設計有旁路系統，當鍋爐停用時水泥生產系統可正常運行。
汽輪機為補汽凝汽式汽輪機，設計能力2.5MW,原機型為3MW的抽汽凝汽式汽輪機，將原抽汽口改為補汽口。通過半年運行，該汽輪機運行可靠，對蒸汽質量適應范圍大，操作較方便，缺點是補汽較困難。
鍋爐給水中的溶解氧是造成熱力設備和管道腐蝕的主要原因，為防止和減輕氧腐蝕，必須對鍋爐給水進行除氧處理，目前鍋爐給水的除氧方式有熱力除氧、真空除氧、化學除氧等，寧國水泥廠采用的是化學除氧方式，我公司根據系統蒸氣溫度和壓力較低的情況，采用真空除氧方式，真空除氧是利用抽真空的方法，使水在常溫下呈沸騰狀態(tài)，除去水中溶解氧，其關鍵是在除氧器內形成和保持真空狀態(tài)，所以除了利用真空泵將真空除氧器抽為真空外，系統的密閉性非常重要。目前我公司的真空除氧系統運行真空度為-0.09Mpa，水中殘氧量小于0.05mg/L，運行方式為間歇式，即當補充新鮮軟水時以及鍋爐給水中含氧量超標時，除氧器才投入使用，所以系統運行成本較低，根據目前情況真空除氧器的運行費用約1.0元/小時。
2． 鍋爐
SP、AQC兩臺余熱鍋爐是水泥窯純低溫余熱發(fā)電系統中最重要的設備，鍋爐是否能穩(wěn)定正常運行直接影響到項目的最終效果。我公司窯頭AQC鍋爐、窯尾SP鍋爐由我公司和杭州鍋爐廠一起合作研究，并由杭州鍋爐廠設計制造具有一定自主知識產權。為減少占地面積和漏風，二臺鍋爐都采用立式布置，廢氣流向自上而下。
SP鍋爐的設計較有特點，為立式、機械振打、自然循環(huán)。換熱管為蛇形光管，上端固定在框架上，下端呈自由狀態(tài)，振打裝置通過連桿對換熱管定期振打，整個鍋爐的振打形式為連續(xù)式，所以清灰較為均勻，同時灰斗設計合理，避免了因清灰原因而造成廢氣中含塵濃度過大而引起風機跳停，影響生產。該鍋爐最具特點的地方是采用自然循環(huán)方式，省掉了二臺強制循環(huán)熱水泵，降低了運行成本，提高了系統可靠性。SP鍋爐目前運行狀態(tài)穩(wěn)定，鍋爐阻力小于800Pa，廢氣進口溫度350---360℃，出口溫度230℃左右，基本達到設計目標。
AQC鍋爐為立式、自然循環(huán)。冷卻機廢氣中粉塵粘附性不強，所以不設置振打裝置，同時換熱管采用螺旋翅管，大大增加了換熱面積，鍋爐體積大幅下降，降低了投資成本。為減少漏風，AQC鍋爐沒有設計出灰裝置，在風管底部粉塵形成一定自然堆積后，粉塵隨廢氣一起進入電收塵。半年來AQC鍋爐運行狀態(tài)較好，鍋爐阻力小于700Pa，廢氣進口溫度在380℃左右，廢氣出口溫度在90℃左右，達到設計目標。
3． 與原生產系統的結合
在原水泥生產系統中接入余熱發(fā)電系統，對水泥生產系統的影響主要在以下幾個方面：
?。?）由于余熱鍋爐的接入，氣體流程的系統阻力增加，排風機能力是否適用。由于廢氣通過余熱鍋爐后氣體溫度和含塵濃度降低，排風機的抽風量得以增加，加上水泥廠原設計一般都有一定富裕能力，所以不用更換排風機，這在我公司的改造中及國內外工程實例得到證實，如果回轉窯及其它設備許可，由于排風機能力增加而提高了回轉窯產量（臺灣花蓮水泥廠裝配余熱發(fā)電后，窯產提高10%），我公司余熱發(fā)電投入使用后，窯尾排風機電流也有所下降。
?。?）窯尾SP鍋爐清灰會引起氣體含塵濃度變化而導致窯尾排風機工況突變，甚至風機因氣體含塵濃度過高而過載跳停。我公司由于在風管布置、灰斗設計較為合理，同時采用連續(xù)機械振打方式，氣體中含塵濃度較為均勻，所以窯尾風機電流波動沒有異常。
?。?）窯尾SP鍋爐廢氣出口溫度應根據生料磨工藝及入磨原料水份來確定，我公司生料磨為風掃式烘干磨，磨內氣體流量大，所以設計SP鍋爐出口溫度為225℃，一般烘干生料磨SP鍋爐的出口溫度在250℃以上（具體根據生料水份）。
4． 經濟分析
項目總投資1500萬元，設計發(fā)電能力1800KW/h，目前實際發(fā)電能力大于1800KW/h，以年發(fā)電7000小時計，每年發(fā)電量為1260×104kwh，扣除10%（實際8%）電站自用電，減少外購電1134×104kwh，電站運行成本約0.06元/kwh,外購平均電價0.48元/kwh(不含稅),每年可為企業(yè)節(jié)約電費476萬元,實際運行中通過電站運行調整用電系統功率因素并使現有供配電系統損耗減少,還可節(jié)約電費,所以根據此計算三年左右就可收回項目投資。
水泥窯純低溫余熱發(fā)電項目由于將廢氣中熱能轉化為電能，減少了能源消耗，廢氣通過余熱鍋爐降低了廢氣排放溫度，減輕了對環(huán)境的熱污染，具有顯著的環(huán)保節(jié)能效果，所以水泥窯純低溫余熱發(fā)電項目具有較好的經濟效益和社會效益。
5． 結言
我公司水泥窯純低溫余熱發(fā)電系統是國內第一條達到設計指標的生產線，實際每噸熟料發(fā)電量達到33---35kwh/t，電站自用電比例小于8%，達到了國際先進水平（AQC廢氣沒有二次循環(huán)）。整個系統運行可靠，操作簡易靈活，整個電站定員15人，每班操作人員僅2人，由于全部采用國產設備和技術，投資成本低，具有很好的推擴價值和前景。（中國水泥網 轉載請注明出處）
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