新型干法水泥厂纯低温余热发电技术应用与前景

一、概述
　　我国近年来新建设投产的新型干法水泥生产线，在工艺生产方法、自动控制、投资、生产规模、劳动生产率和环境保护等生产技术和装备方面，已逐年接近国际先进水平，但其整体水平还存在较大差距。
　　其中水泥熟料热耗3100～3300KJ/kg，综合电耗：100KWh/t ～114 KWh/t，比发达国家要高出20％左右。因此水泥作为高能耗的工业产品，强调其生产过程中的节能是非常必要的。但由于水泥熟料煅烧技术及目前国内节能技术水平的限制，大量中、低温余热仍不能被充分利用，由其所造成的能源浪费仍很大。如目前国内技术先进的窑外分解水泥熟料生产技术，生产过程中由窑头熟料冷却机和窑尾预热器排掉的350℃以下废气，其热量约占水泥熟料烧成系统总热量的35％以上。如何更进一步充分利用中、低品位的余热成为国内水泥工业需要解决的重要课题之一。
　　截止到2004年6月底，我国已投产的日产量700t以上的新型干法水泥生产线有403条，设计熟料总生产能力达24589万t/a。这样的建设规模和速度是前所未有的。随着企业现代化发展战略的实施及市场竞争的日趋激烈，提高产品质量，降低生产能耗，依靠科技进步挖掘企业潜力，使企业当前及今后必然选择的技术路线。

二、提高水泥生产中的热利用率，势在必行
　　节能降耗是水泥工业持续发展的需要。在降低水泥熟料烧成热耗和水泥综合电耗的同时，充分利用水泥生产中的中低温废气余热发电，逐步最大限度地满足自身用电需要，减少外供电量，节约成本，是世界水泥工业发展的趋向，20世纪80年代以来，先进工业国家也正是一直这样做的。
　　近两年来，由于我国经济发展持续高扬，电力需求量增长迅猛，电力供应紧张，煤炭价格上涨，国家对工业企业节能提出了更高的要求，尤其是对高耗能产业，要求最大限度地回收利用余热，降低能耗，节约能源，贯彻经济可持续发展战略。
　　同时，水泥工业结构调整任务的具体内容之一，是综合利用窑系统排放废气的余热发电，降低水泥生产成本，提高产品的性价比，以市场竞争机制，缩小以致淘汰立窑水泥的市场份额，用新型干法水泥取而代之。
　　因此，在用新型干法生产线取代耗能高的立窑和湿法窑水泥生产方法的同时，在已投产运行和新建的新型干法窑生产线上，加设纯中低温余热发电装置，充分利用余热发电，回收能源，将会成为我国水泥工业节能的一项重大举措。

三、纯低温余热发电技术的应用现状
1、纯低温余热发电的特点
1）完全利用余热发电；
2）废气余热的品位比较低，废气温度一般在200～400℃；
3）废气余热源在一个以上；
4）余热发电配置的热力系统较为复杂；
5）蒸汽参数较低，对发电设备要求较高；
6）单位发电设备体积和重量相对较大。
2、宁国水泥厂纯低温余热发电运行状况
　　安徽海螺集团的宁国水泥厂在4000t/d水泥熟料生产线上采用了一套中低温纯余热发电技术和设备，发电机装机容量6480KW。一次并网发电成功，在窑系统稳定的前提下，发电机组运行正常，发电功率基本保持在额定功率以上。设计年发电量为4087万KWh；吨熟料发电能力为33.8KWh，实际运行的小时发电量为7000KWh，吨熟料发电量为42KWh。以年发电7440h计，年发电量5208万KWh，扣除系统自耗电8％，年外供电量4791万KWh，相当于吨熟料供电量为38.64KWh，而原材料消耗成本不足0.02元/KWh。在新型干法水泥窑生产线上配套建设中、低温余热发电系统，只是充分利用了水泥生产过程中产生的大量废气余热进行回收发电，只要适当调整一些操作参数，使水泥窑能稳定运行，该发电系统亦能稳定运行，且回转窑的运转率越高，发电成本越低。该技术的应用既可降低水泥的生产成本，提高企业的经济效益，也可为国家节约大量的电能，缓解供电的紧张状况。
3、国内纯低温余热发电技术现状
　　由于利用水泥生产线低温余热发电，可以降低企业生产成本，提高企业经济效益，也符合国家产业结构政策，因此，纯低温余热发电在我国也得到了一定的发展。
　　万年水泥厂在2000t/d带分解炉和四级旋风预热器的水泥生产线上，配备了中低温余热发电系统，主要设备有：AQC余热锅炉、PH余热锅炉、汽轮发电机组。汽轮发电机组采用的是3000KW标准汽轮机（1.2MPa～280℃），实际发电能力为2000～2400KW，今后仍需继续攻关，解决遗留的难点，进行工程系统优化，以利于进一步提高该系统的发电功率。
　　该项目于1998年1月动工，1999年2月安装完毕，1999年4月并网发电。
　　2002年上海某公司对一台实际水泥熟料生产量为1350t/d的ø3.5m×88m四级旋风预热器窑（SP窑）进行技术改造，利用窑头和窑尾的中低温废气余热发电，2002年9月动工，2003年5月建成投产，余热电站装机容量2500KW，设计平均发电能力1800KW，全部采用国产设备和技术，经过半年左右的运行，主要设备和整个系统运行正常。
　　该汽轮机为补汽凝汽式汽轮机，原机型为3MW的抽汽凝汽式汽轮机，设计将原抽汽口改为补汽口，实际设计能力2.5MW。经过半年运行，该汽轮机运行可靠，对蒸汽质量适应范围大，操作较方便，缺点是补汽较为困难。
　　2004年8月，中信重型机械公司与浙江三狮集团建德三狮水泥有限公司就5000t/d干法水泥纯余热发电项目签订了总承包合同。该项目的设计方案得到了国内专家的高度评价，专家认为中信重机矿山工程设计院对建德三狮5000t/d熟料生产线纯余热低温发电项目初步设计方案是可行的，采用双压锅炉方案比较合理，对降低发电工艺设备的复杂性，提高设备运行的可靠性具有现实意义。

四、纯低温余热发电技术的前景
　　纯低温余热发电技术利用水泥生产线的中低温废气余热发电，对国家来说节约了大量的能源，并减少了温室气体的排放，保护了环境；对企业来说降低了水泥产品的成本，提高了企业的经济效益，增强了企业的竞争力。这是一项利国利民的建设工程。
　　只有大力推进中低温余热发电技术的国产化，降低设备的造价，提高单位熟料的发电能力，减少投资成本，保证系统运行稳定可靠，才能使得中低温余热发电技术在我国水泥工业上得到普遍的推广和广泛的应用。