對水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)的幾點看法

  0  引 言

  天瑞集團現(xiàn)在投產(chǎn)運行的有18條水泥熟料生產(chǎn)線，2條2 500 t/d線、15條5 000 t/d線、1條目前世界上最大的 12 000 t/d線，全部上有余熱發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)電水平多數(shù)能穩(wěn)定在月平均40 kWh / t熟料以上，少數(shù)能穩(wěn)定在41 kWh / t熟料以上，與兄弟企業(yè)相比，天瑞水泥還有一定的差距，尚需進一步努力。

  水泥窯余熱發(fā)電的潛力以及與窯系統(tǒng)之間的關(guān)系、優(yōu)化空間等，筆者在此根據(jù)這幾年天瑞水泥搞余熱發(fā)電的實踐談點個人看法，以供參考。

  1 余熱發(fā)電與小火電

  余熱發(fā)電不是小火電，是一項利國且利民、環(huán)保且創(chuàng)效、既節(jié)約資源又減少排放的技術(shù)，屬于廢棄物的綜合利用范疇，應(yīng)該大力提倡，應(yīng)該足額享受到國家的各項優(yōu)惠政策。

  水泥窯余熱發(fā)電單就發(fā)電系統(tǒng)來講，與小火電有很多可以通用的設(shè)備，裝備上還屬于小火電的范疇，事實上比現(xiàn)在要淘汰的小火電還要小。

  目前，我國正處在大量淘汰小火電的時期，這些被淘汰的設(shè)備經(jīng)過一些適應(yīng)性改造后，完全能夠滿足水泥窯余熱發(fā)電的要求，既避免了小火電淘汰中的浪費，又能降低余熱發(fā)電的建設(shè)投資，國家應(yīng)該給予鼓勵。

  應(yīng)該說，天瑞水泥在這方面帶了個好頭，目前有5條水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)采用了小火電廠的淘汰設(shè)備，實踐證明是完全可行的。降低了余熱發(fā)電的投資成本，也就是降低了余熱發(fā)電的建設(shè)門檻，更有利于余熱發(fā)電的推廣應(yīng)用。

  2 還有大量的低品質(zhì)余熱未得到利用

  有專家提出給余熱發(fā)電設(shè)置上限，以防企業(yè)為多發(fā)電變相補燃。其理由是：目前的純低溫余熱發(fā)電已經(jīng)達到40 kWh/t熟料，余熱幾乎挖掘殆盡，不補燃不可能再有大的進步了，再多發(fā)就不是余熱利用了。

  就水泥行業(yè)來講，不但現(xiàn)有的余熱發(fā)電技術(shù)，有大量的低于200 ℃的低品質(zhì)余熱未能利用，而且諸如窯筒體散熱、空壓機散熱等，也是一塊不小的資源，除少數(shù)企業(yè)冬季采暖利用了一部分外，大部分企業(yè)都白白地浪費掉了。

  我們來看看水泥熟料在生產(chǎn)過程中的熱效率是多少，它浪費了多少能源，如果把這些浪費的能源全部轉(zhuǎn)換成電，它又能夠發(fā)多少電？

  水泥熟料是由鈣質(zhì)原料、硅質(zhì)原料、鋁質(zhì)原料、鐵質(zhì)原料的混合物，經(jīng)高溫煅燒形成的以硅酸鹽礦物為主的多相組成燒結(jié)體。在高溫熱力學(xué)條件下，物料經(jīng)過了擴散分解反應(yīng)、固相反應(yīng)、液相燒結(jié)等多個主控反應(yīng)過程。由于所用的原料不同，所得熟料的礦物組成有別，其理論熱耗一般波動在1 630～1 800 kJ/kg范圍內(nèi)（約390～430 kcal/kg），這與所采用的生產(chǎn)工藝沒有關(guān)系。而我們現(xiàn)在的生產(chǎn)工藝，熟料熱耗能達到710 kcal/kg熟料就已經(jīng)是先進水平了。也就是說：現(xiàn)在熟料燒成的熱效率約為 54.93%～60.56%，單位熟料浪費的熱能約為 320～280 kcal/kg熟料，這些熱能折算成標煤約為 45 710～40 000 g標煤/t熟料，按國家規(guī)定的發(fā)電對標系數(shù)350 g/kWh折算，可發(fā)電130～114 kWh/t熟料。

  所以說，在水泥工藝沒有把熱耗降低到710×4.2 kJ/t熟料以下之前，我們可以挖掘的潛力應(yīng)在114 kWh/t熟料以上，而我們現(xiàn)在采用的純低溫余熱發(fā)電才僅僅挖掘了40 kWh/t熟料左右。所以，不能說我們今天的余熱發(fā)電技術(shù)已經(jīng)到頂了，純低溫余熱發(fā)電不應(yīng)該滿足于現(xiàn)狀，更不應(yīng)該排斥其他非純低溫技術(shù)的采用。我們的思路應(yīng)該再開闊一些，不能把剩余的多于70 kWh/t熟料的能量白白的浪費了。比如說：首先是純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的突破，把可利用的溫度再降低一些；能不能搞一些低品質(zhì)發(fā)電，用于對供電質(zhì)量要求不高的裝置上，比如一般的通風、照明、制冷、空調(diào)等；能不能搞一點不純低溫，用少量的其他綜合利用資源搞一點補燃，比如有機垃圾、煤矸石等；或者不發(fā)電，直接用汽輪機拖動設(shè)備；或者用于烘干、預(yù)熱等其他工藝。

  3 余熱發(fā)電對主工藝的影響

  中材節(jié)能公司的董總提出：“余熱發(fā)電的核心價值，是余熱利用，不是發(fā)電，不因發(fā)電犧牲主工藝的能效”，“建設(shè)余熱發(fā)電項目的最終目的，是安全穩(wěn)定高效運行實現(xiàn)節(jié)能降耗”。董總講得非常好。

  我們不應(yīng)該拿發(fā)電多少與主工藝能效相比較，而應(yīng)該用“余熱利用”和“節(jié)能降耗”與主工藝能效比較，必要時適當影響點主工藝能效未必就不合適。如果多發(fā)電增加的能效大于影響主工藝減少的能效，總的能效是增加的，有利于“余熱利用”和“節(jié)能降耗”，又有什么不可以呢？

  發(fā)電專業(yè)主要考慮的應(yīng)該是如何多發(fā)電，不應(yīng)該害怕對主工藝造成影響而束縛了手腳。至于是否對主工藝造成影響，發(fā)電專業(yè)可以向主工藝專業(yè)作出提醒，在征求主工藝專業(yè)意見后由主工藝專業(yè)定奪。因為隔行如隔山，是否對主工藝造成影響，只有主工藝專業(yè)才能說得清楚，即使有影響，主工藝專業(yè)還可能有其他的補救措施，這不是發(fā)電專業(yè)的優(yōu)勢。

  只有兩個專業(yè)加強溝通、優(yōu)勢互補，才能最終找到最佳的能效平衡點。

  4 余熱發(fā)電與熟料燒成煤耗

  這是大家爭論已久的問題，因為兩者互相有一定的影響，特別在對一條線的運行考核上，是以多發(fā)電為主還是以降煤耗為主，筆者認為要根據(jù)具體情況具體分析，要互相兼顧，不應(yīng)該因為重視這一方面而否定了另一方面。放之四海而皆準的真理，對局部的具體情況往往不是最佳的方案。

  冀東水泥在考核上提出了“熟料標煤耗發(fā)電量”的概念，用于某條線的前后對比，考核其是否取得進步，是一個不錯的想法。但對于集團內(nèi)不同生產(chǎn)線的對比，就顯出了他的局限性，由于其工藝、裝備、原燃材料不盡相同，決定了他們的煤耗不可能相同，當煤耗降不下來時更應(yīng)該多發(fā)電，更有條件多發(fā)電，如果強制的控制發(fā)電量，只能是造成人為的浪費而已。

  冀東水泥提出“熟料標煤耗發(fā)電量”的本意是：“防止為提高發(fā)電量多燒煤，在降低煤耗的基礎(chǔ)上多發(fā)電”。后半句是對的，但前半句值得商榷。為什么要“防止為提高發(fā)電量多燒煤”呢？國家規(guī)定的發(fā)電對標系數(shù)為350 g/kWh，如果因為多燒了300 g煤而多發(fā)了2 kWh的電，又有什么不可以呢？事實上這種可能性是存在的。

  在運行考核上，海螺水泥的提法更科學(xué)一些：對2005年以前建設(shè)的窯，考核指標為40 kWh/t熟料；2005年以后建成的非第四代篦冷機窯，考核指標為37 kWh/t熟料；2005年以后建成的第四代篦冷機窯，考核指標為34 kWh/t熟料。根據(jù)技術(shù)裝備水平的先進程度，考慮他們具有的潛力大小，分別設(shè)置不同的考核指標，才具有可操作性，才不至于造成考核誤導(dǎo)。舉一個極端的例子，設(shè)計為四級預(yù)熱器的窯，可以發(fā)到44～46 kWh/t熟料，而設(shè)計為五級預(yù)熱器的窯最多也就能發(fā)40～42 kWh/t熟料，不能按同一個“熟料標煤耗發(fā)電量”來考核。

  前面講過，目前即使配套了余熱發(fā)電的水泥窯，仍然有大量的低品質(zhì)余熱未能被利用，所以中材的董總才搞什么“朗肯循環(huán)”。但在“朗肯循環(huán)”成熟以前怎么辦？我們能不能利用少量的高溫余熱（導(dǎo)致少量的煤耗增加）來帶動，或者說激發(fā)一部分低溫余熱的利用呢（產(chǎn)出大于投入）？這一點，琉璃河的余熱發(fā)電已經(jīng)給出了一個肯定的答案，是可以有所作為的。

  我們不應(yīng)該把自己禁錮在“余熱發(fā)電” 這個小概念上，而必須把自己放在“余熱利用”這個大概念中。就現(xiàn)有的水泥窯和純低溫余熱發(fā)電技術(shù)水平，正常的余熱利用應(yīng)該在40 kWh/t熟料左右，再增加發(fā)電量就會導(dǎo)致煤耗的增加。參照國家規(guī)定的350 g/kWh的發(fā)電對標系數(shù)，作為集團化的管理考核，為引導(dǎo)各公司尋求最佳的能效平衡點，應(yīng)“以40 kWh/t為基數(shù)，每多發(fā)一度電獎勵300 g/t熟料的煤耗指標”，讓各公司根據(jù)自己的實際情況追求最佳能效。

  進一步講，在余熱發(fā)電上，大家都比較避諱“補燃”這個概念，實際上，對于“補燃（或變相補燃）”，不應(yīng)該全盤否定。如果“補燃”能增加綜合能效就可以適當補燃；再說，補燃不一定是燒煤，生活垃圾、木業(yè)垃圾、矸石煤泥、工業(yè)有機垃圾、農(nóng)業(yè)秸稈稻殼、食品工業(yè)的排渣等，都可以作為補燃的材料，既避免了這些垃圾對環(huán)境的影響，又增加了單靠余熱發(fā)電沒有用完的低溫余熱的利用，不是很好嗎？國家在政策上應(yīng)該鼓勵多種綜合利用技術(shù)和多種環(huán)保措施的組合使用。

  5 熱力系統(tǒng)的優(yōu)化

  “余熱發(fā)電”與“火力發(fā)電”相比，相同點都是發(fā)電，但余熱發(fā)電沒有太多的新東西，而且裝備也要小得多，不會有太多的問題。

  所不同的是，一個是“余熱”，一個是“火力”，主要區(qū)別在熱力系統(tǒng)的不同上。進一步講就是熱源的不同，“余熱”這個熱源與“火力”相比，品質(zhì)要低得多，利用起來要復(fù)雜得多，這才是搞好余熱發(fā)電的關(guān)鍵所在。

  目前的水泥窯純低溫余熱發(fā)電，熱力系統(tǒng)采用較多的是 “雙壓系統(tǒng)”和“窯尾蒸汽到窯頭進一步加熱”的設(shè)計，應(yīng)該說比以前優(yōu)化了許多，也取得了明顯的效果，但還有進一步優(yōu)化的空間。主要是窯頭余熱的進一步細分，把短缺的優(yōu)質(zhì)余熱分離出來，用于鍋爐的關(guān)鍵部位，比如：

  （1）在篦冷機篦上的二三段之間加隔墻，防止三段低溫廢氣串入對二段中溫廢氣的貧化；

  （2）將余熱發(fā)電在篦冷機上的取風口一分為二，實現(xiàn)高溫廢氣與中溫廢氣的分開使用，進一步提高鍋爐的蒸發(fā)能力；

  （3）在篦冷機的低溫區(qū)增加一個取風口，作為煤磨用風的主風源，原中溫區(qū)取風口僅作調(diào)節(jié)溫度使用，把原來用于煤磨烘干的中溫風讓給發(fā)電；

  （4）利用窯頭排放的廢氣（還有100多℃）作為篦冷機一二段的冷卻風源，抬高余熱發(fā)電的取風溫度，也減少了廢氣排放；

  （5）進一步增加篦冷機一二段的料層

  （6）如有必要，可在三次風管內(nèi)或窯頭罩內(nèi)增設(shè)蒸發(fā)器，或直接取少量的三次風或二次風用于鍋爐的蒸發(fā)段，或采用有利于綜合利用的補燃措施。

  6  結(jié)束語

  水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)是國家實行節(jié)能減排的一項重大技術(shù)，不僅給企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟效益，在環(huán)保方面也帶來極大的社會效益。但在余熱發(fā)電運行中，還有非常大潛力可挖。我們應(yīng)該從各個方面入手，不斷優(yōu)化系統(tǒng)，提高余熱發(fā)電潛力，做到把“余熱利用”和“節(jié)能降耗”放在首位，實現(xiàn)經(jīng)濟效益與社會效益雙豐收。