【水泥人網】隨著我國經濟的高速發展，能源緊缺的矛盾日趨突出，多個地區鬧煤荒、電荒。但我國在能源使用上又客觀存在著一些不合理的現象，導致能源大量浪費。其中最突出的浪費是對能源沒有“量才而用”，普遍地把煤炭、石油、天然氣等高品級能源“降級使用”，只為取得100℃左右溫度較低的熱介質，用于采暖、空調、生活用熱等。同時，又有大量工業低溫余熱、廢氣丟棄不用。煤炭、石油、天然氣等高品級能源均是獲取電能、熱能的源泉，但是它們在轉換成電能、熱能的過程中，效率不高，且轉換過程中所產生的廢氣余熱、粉塵、有害氣體對環境污染很大。這樣的能源使用結果不僅造成了驚人的能源浪費，而且還污染了環境，給人們的生命健康帶來了危害。
純低溫余熱發電技術是利用中低溫的廢氣產生低品位蒸汽，來推動低參數的汽輪機組做功發電。它是當前節能和環保要求下的必然趨勢和產物。其與火電發電相比，不需要消耗一次能源，不產生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其他有害氣體，是控制大氣污染，保護臭氧層，減少能源消耗的有效手段和途徑，也是企業提高能源利用效率，降低成本，提高產品市場競爭力，減少CO2氣體排放和保護環境的重要措施之一，是切實貫徹我國實施可持續發展的戰略。因此，如何運用新技術和新設備提高能源利用效率成為了各行各業關注的焦點。
1 水泥工業能源使用現狀
水泥工業作為能源消耗大戶，對能源緊缺有切膚之痛。2003年下半年以來，國內煤電油運全面緊張，煤荒電荒矛盾加劇，劣質煤充斥煤炭市場。水泥企業對煤炭的質量有嚴格的要求，但是現在買到的煤炭質量太差，某些省份的煤炭的平均發熱量還不及正常值的一半，技術指標也達不到要求，許多水泥企業不得不調整水泥生產物料配方，以保證水泥質量。劣質煤也導致了火力發電廠發電量不足，間接影響了水泥企業的生產。
雖然近年來我國水泥工業技術取得了長足進步，系統能耗有所降低，噸熟料電耗已降至55～60kWh。但我們應看見，水泥工業在進一步節省能源的方面還可大有作為。
2004年我國水泥總產量約9．4億t，能源總耗量為1．5億多噸標煤。水泥工業是能源消耗大的產業，水泥生產的能源主要依靠煤炭、電力，而且要產生大量的廢氣，粉塵排放量占我國工業行業粉塵排放總量的40％，CO2的排放量占我國CO2排放總量的20％。尤其是我國現已加入《京都協議》后，水泥工業所面臨的能源和環保的壓力都非常巨大。目前新型干法水泥生產線已使單位水泥熟料的熱耗大幅下降，但其窯頭熟料冷卻機和窯尾預熱器仍排放了大量350℃以下的廢氣，其熱量約占水泥熟料燒成系統總熱耗量的30％。充分利用燒成系統所產生的廢氣余熱等低品級能源，成為當今我國水泥工業的重要研究課題和推廣項目。
?隨著純低溫余熱發電技術的日益成熟及其技術經濟的可行性，它已越來越受到人們的高度重視。從國務院制定并出臺的一系列開展資源綜合利用的政策和新型干法水泥生產線純低溫余熱發電項目被列為落實節能規劃的首批專項國債項目中，可以看到水泥工業純低溫余熱發電前景廣闊。
2 水泥工業純低溫余熱發電技術的應用現狀
純低溫余熱發電及余熱利用在我國的冶金、化工、食品等行業早已得到推廣使用。由于水泥工業廢氣溫度相對較低且含有大量粉塵，因此在實際運用中存在一定的難點。在水泥窯余熱發電領域，日本水泥工業是應用得最廣泛、最成功的。到目前為止，日本有80%以上的水泥廠配置了純低溫余熱發電系統，平均熟料發電量約40kWh／t。
1998年初，通過引進日本川崎重工的技術，我國水泥工業第一條純低溫余熱發電系統在海螺集團寧國水泥廠4 000t／d生產線建成，一次性并網發電成功。該系統采用四級預熱預分解系統、進口余熱鍋爐，進口混壓進汽式汽輪機，裝機容量6 480kW，設計噸熟料發電量33．8kWh，自投入正常生產運行以來，實際平均熟料發電量約38．6kWh／t。發電系統的運轉率相對于燒成系統在90％以上。廣西柳州水泥廠3 200t／d的四級預熱器預分解窯純低溫余熱發電工程于2004年7月建成投產，也是一次性并網發電成功。系統采用進口鍋爐，國產凝汽式汽輪機，余熱電站裝機容量6 000kW。投產以來發電量就基本穩定在5 500kW 以上，實際平均熟料發電量約37．95kWh／t。
在消化、吸收引進的日本純低溫余熱發電技術基礎之上，我國水泥工業開始了國產化的道路。1999年，國產化第一條純低溫余熱發電系統在江西萬年2 000t／d生產線得以建成投產，配套機組為3 000kW，實際發電約2 200kW，單位熟料發電量約23．76kWh／t。2003年，上海金山1350t/d生產線國產化純低溫余熱發電系統建成投產，配套機組為2 500kW(指汽輪機)，實際發電約1 800kW,單位熟料發電量約28.8kWh／t。國產化純低溫余熱發電技術已基本具備全面推廣的條件。
3 純低溫余熱發電技術簡介
3．1基本原理
30℃左右的軟化水經過除氧器除氧后，經水泵加壓進入窯頭AQC鍋爐省煤器，加熱成190℃左右的飽和水；飽合水分成兩部分，一部分進入窯頭AQC鍋爐汽包，另一部分進入窯尾SP鍋爐汽包；然后依次經過各自鍋爐的蒸發器、過熱器產生1.2MPa、310℃左右的過熱蒸汽，匯合后進入汽輪機做功，做功后的乏汽進入冷凝器，冷凝后的水和補充軟化水經除氧器除氧再進行下一個熱力循環。窯尾SP鍋爐出口廢氣溫度為220℃左右，用于烘干生料。
3．2技術特點
火力發電廠為了提高發電效率，節省燃料，不斷向高溫、高壓方向發展，目前已在研究試驗超臨界參數的發電技術。而純低溫余熱發電則完全不同，其熱源品位低，不需要任何補燃，直接利用水泥企業向大氣中排放的中低溫的廢氣余熱來發電，因此所采用的技術和設計原則與常規的火力發電截然不同。而且，水泥工業的廢氣與其他行業的可利用廢氣也還具有不同的特點：
(1)廢氣品位低，工況波動大。通常窯頭廢氣溫度為250～350℃，窯尾廢氣溫度為320～400℃。廢氣參數常有波動。由于回轉窯和窯尾系統熱容量大，熱慣性強，廢氣參數相對穩定，溫度波動通常可控制在15℃以內；但窯頭篦冷機的熱慣性則較弱，對窯況的變化較為敏感，窯頭廢氣參數波動大，溫度波動可達100～150℃。尤其是在換熱效果差的老式篦冷機上，這一點表現得更為明顯；
(2)廢氣含塵濃度大、磨蝕性強。窯尾廢氣含塵濃度約60～80g／Nm3，粉塵較黏；窯頭廢氣含塵濃度約30～40g/Nm3，粉塵磨蝕性強；
(3)系統可利用余熱通常由窯頭、窯尾兩個點提供；
(4)系統流程復雜，設備配置要求高。
3．3主機選型
可靠的國產主機設備是實現國產化余熱發電技術的前提，系統的設計也是基于有可靠的主機設備作保障。在純低溫余熱發電領域，國內的設備廠家經過多年的研究，已經開發出能夠適用于水泥廠純低溫余熱發電的相關設備。從已經建成的全國產化余熱發電項目來看，運行情況基本良好。主機設備的選型原則如下：
(1)AQC鍋爐為立式鍋爐，采用自然循環或強制循環方式，鍋爐前面設置沉降室或旋風筒除塵，避免熟料顆粒影響傳熱和磨損，換熱管為螺旋鰭管；SP鍋爐為立式鍋爐(進口鍋爐為臥式鍋爐)，自然循環或強制循環方式，換熱管為光管，采用機械振打清灰。余熱鍋爐一直是水泥行業余熱發電的關鍵設備，這在引進生產線中也反映出這一點。其關鍵在于針對廢氣特點：如窯尾廢氣中含塵濃度高，粉塵附著力強；窯頭廢氣含塵濃度相對較低，但熟料粉塵磨蝕性強。采取相應措施，確保系統有效清灰和高效率的熱交換，管線設計中避免粉塵堆積和管線磨損。從寧國、柳州及金山的運行情況看，SP余熱鍋爐的清灰還是機械振打效果好；萬年采用超聲波、壓縮空氣以及蒸汽吹掃進行清灰，效果均不好，影響系統正常運行。而在窯頭AQC鍋爐前，則需要增設沉降室或旋風筒進行預收塵處理。通過設計院和鍋爐供貨商的共同努力，現在已成功研制了性能可靠的余熱鍋爐。由于廢氣的特性，水泥行業余熱鍋爐的體積、質量都相對較大。
(2)汽輪機采用凝汽式汽輪機或補汽凝汽式汽輪機，發電機采用空冷式發電機。凝汽式汽輪機運轉可靠，但效率相對較低；補汽式汽輪機是發展的方向，但采用國產補汽式汽輪機的金山水泥廠使用效果欠佳，它是將原抽汽凝汽式汽輪機的抽汽口改為補汽口，加之窯頭廢氣工況波動大，設備運行不穩定，補汽常補不進去。現工廠已將此補汽口關閉。補汽凝氣式汽輪機的性能還需進一步改善和提高。
3．4系統設計
水泥廠燒成系統的運行狀況是其配套余熱發電系統的基礎，對此，我們必須引起充分的重視。
根據水泥廠廢氣的特點，在項目建設前期，就必須對水泥廠能源消耗和余熱狀況進行客觀地綜合分析，在此基礎上，進行余熱發電系統熱力系統計算和方案比較，選擇最適宜的熱力系統流程、配套最經濟的余熱鍋爐及發電機組。
由于燃、原料的變化和操作水平的差異性，相同規模燒成系統所產生的廢氣參數在不同工廠的運行中具有一定的差異性，尤其是窯頭廢氣參數波動相對較大。新建生產線配套余熱發電系統時，一定要對同規模的生產線的實際操作參數做詳細調查；已有生產線新增余熱發電系統時，更應結合現有生產數據，在熱工標定的基礎上，切實掌握余熱的參數，再確定系統流程、發電規模，選配適當的余熱鍋爐和發電機組，達到最大限度利用余熱的目的。切忌照搬照套，有針對性的設計，方可使企業和社會獲得最大效益。同時要求余熱電站在正常運行時不能影響原水泥生產線的正常生產。
各個水泥廠的可利用余熱條件不同，對純低溫余熱發電系統設計也有不同的要求，可有多種變化，但總體上可以分為三類：
(1)采用單壓進汽的凝汽式汽輪機組(見圖1)。系統簡單可靠；
圖1?? 采用凝汽式汽輪機組系統簡圖