純余熱發(fā)電系統完全是利用水泥生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的余熱發(fā)電，因此投資這種項目可帶來(lái)如下好處:

1)余熱發(fā)電系統運行費用少，僅消耗部分水和少量藥品，增加少量管理人員，成本約0.08元/kW•h左右，在不增加水泥燒成熱耗的情況下，每噸熟料可發(fā)電25～40kW•h，可節約大量電力費用，降低水泥產(chǎn)品成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

2)對電力緊張的地區，可以緩解因供電不足影響生產(chǎn)的矛盾，發(fā)電自給率可達20%～30%。

3)建設用地可利用廠(chǎng)區空地，不需另外征地。項目的實(shí)施不會(huì )影響正常的水泥生產(chǎn)。

4)可為國家節約量的能源，減少環(huán)境污染。

1.水泥廠(chǎng)中溫純余熱發(fā)電的點(diǎn)及工藝流程

在水泥廠(chǎng)，中溫純余熱發(fā)電與中空窯余熱發(fā)電不同，有其特殊性。1)中溫純余熱發(fā)電僅用在帶預熱器的窯上且完全利用其余熱發(fā)電;2)廢氣余熱的品位比較低，廢氣溫度一般在200～400℃之間;3)可利用的廢氣余熱源在一個(gè)以上;4)余熱發(fā)電配置的熱力系統相對較復雜;5)熱力系統的壓力等級相對較;6)單位發(fā)電量的設備體積和重量相對較大。因此，在系統的選擇和配置、應用和投資分析上都是一個(gè)新的課題。中溫純余熱發(fā)電的基本工藝流程圖見(jiàn)圖1。

2.發(fā)電規模的確定

首先對工藝系統的余熱量進(jìn)行核算以便確定余熱發(fā)電的規模。一般來(lái)說(shuō)余熱量取決于生產(chǎn)規模和生產(chǎn)工藝。對于同一種生產(chǎn)規模若采用不同的生產(chǎn)工藝和設備，那么余熱量也有較大的差別。一般中溫純余熱發(fā)電系統的余熱回收分為兩部分:其一是窯尾預熱器出口的廢氣余熱;其二是窯頭冷卻機出口的廢氣余熱。

圖1某2500t/d水泥廠(chǎng)余熱發(fā)電工藝流程

對于窯尾余熱一般生產(chǎn)工藝考慮出預熱器的廢氣余熱部分回收作為生料磨的烘干熱源，多余部分經(jīng)增濕除塵排放。若增加余熱回收裝置，不能只簡(jiǎn)單地回收多余部分的廢氣余熱，而要與生料磨系統綜合起來(lái)考慮，盡可能將溫廢氣提供給余熱鍋爐，而將余熱鍋爐的排氣送給生料磨，這樣余熱鍋爐可以利用較的溫差生產(chǎn)蒸氣，回收的熱焓，鍋爐的受熱面小，耗鋼量小，產(chǎn)氣的壓力等級相對較高，有利于提高整個(gè)系統的效率。我們曾對某廠(chǎng)窯尾的余熱回收作過(guò)比較，其結果見(jiàn)表1。

表1窯尾余熱回收情況

注:廢氣量為標準狀況下。

鍋爐的排煙溫度受到給水溫度的限制，不可能很低，而生料磨的排氣溫度可到90℃左右。余熱鍋爐設在生料磨前，余熱鍋爐的排煙溫度就是入生料磨的廢氣溫度。這一溫度的確定受兩個(gè)條件的制約。1)入生料磨的原料綜合水分;2)生料磨的操作風(fēng)量。對此可通過(guò)生料磨系統的熱平衡計算來(lái)初定。然后兼顧考慮余熱回收熱力系統的蒸氣參數，可確定余熱鍋爐的排煙溫度，即可確定窯尾鍋爐的余熱量。若窯尾有煤磨系統也需一并考慮。窯頭冷卻機的余熱量的小除與生產(chǎn)規模有關(guān)外還與燒成熱耗和冷卻機的效率有關(guān)。一般是熱耗，余熱量小;冷卻機熱效率高，余熱量少。篦冷機的余熱回收有下面三種形式:1)余風(fēng)直接利用;2)中部抽氣;3)帶回熱循環(huán)。三種形式分別見(jiàn)圖2、圖3、圖4。

圖2余風(fēng)直接利用形式

圖3中部抽氣形式

圖4帶回熱循環(huán)形式

從三種情況看種系統簡(jiǎn)單，篦冷機無(wú)需改造，但廢氣溫度，溫差小，余熱鍋爐體積，耗鋼量;種系統簡(jiǎn)單，回收的廢氣溫度，可減小鍋爐體積和耗鋼量，且生產(chǎn)的蒸氣溫度、壓力均可提，但篦冷機需進(jìn)行一定的改造。第三種系統較復雜，但余熱回收量可明顯提。體采用何種形式要根據各個(gè)廠(chǎng)的實(shí)際情況確定。窯頭篦冷機的形式及取氣方式?jīng)Q定了窯頭回收的余熱量。終根據窯頭窯尾的余熱量可確定發(fā)電的規模。

3.系統的主要設備及系統配置

3.1余熱鍋爐

余熱鍋爐按布置形式可分為立式和臥式兩種，按循環(huán)方式又可分為強制循環(huán)和自然循環(huán)。在中溫純余熱發(fā)電系統中，一般設置兩臺余熱鍋爐，一臺為窯尾鍋爐通常稱(chēng)SP爐，一臺為窯頭鍋爐通常稱(chēng)AQC爐。

SP爐設置在一級預熱器和窯尾主排風(fēng)機之間。廢氣溫度一般在300～400℃之間，含塵量，一般為標準狀況下50～80g/m3，廢氣的負壓較。要求鍋爐的換熱原件不易積灰，受熱面布置便于清灰，且鍋爐的密封性能要優(yōu)。采取的布置形式一般根據工廠(chǎng)的場(chǎng)地、粉塵的堆積性等條件確定。臥式鍋爐的點(diǎn)是煙氣在爐中水平流動(dòng)，受熱面是蛇形光管，豎直布置上端固定在構架上，下端為自由端，并焊有振打裝置之連桿，殊設計的振打裝置對受熱面定期振打，加之蛇形管為豎直懸吊在構架上，可使受熱面保持干凈無(wú)灰，從而保證了很的傳熱。由于工作介在蛇形管內上下流動(dòng)，無(wú)法利用其重度差進(jìn)行自然循環(huán)，所以采用強制循環(huán)。鍋爐下部用一內置式拉鏈機將灰輸送至鍋爐的一端經(jīng)一鎖風(fēng)喂料機輸出。立式鍋爐的點(diǎn)是煙氣在爐中垂直流動(dòng)，受熱面也采用蛇形光管，但水平布置，分組采用殊的掛件懸掛在構架上，分組設置振打裝置，從上至下逐組振打，也能滿(mǎn)足清灰的要求，但這種布置方式比起豎管的清灰干凈略差，所以在受熱面的設置上要考慮上述因素，以確保鍋爐的率。但立式鍋爐占地面積小，布置方便。

冷卻機的廢氣雖然含塵量不大，標準狀況下約10～20g/m3，但磨蝕性。所以AQC爐的設置分前置式和置式兩種。前置式即AQC爐設在冷卻機與電除塵器之間，這種設置一般還需加預除塵裝置以減輕粉塵對AQC爐內的換熱管磨蝕，因此系統阻力增加較多，但可以利用圖3、圖4流程。置式即AQC爐設在電除塵和窯頭排風(fēng)機之間，粉塵對換熱管磨耗小，且系統阻力增加不大，但電除塵器必須密封性能優(yōu)，漏風(fēng)量小，熱損失小。窯頭粉塵為熟料顆粒，粘附性不強，所以AQC爐的結灰不嚴重，一般均選為立式鍋爐。由于窯頭的廢氣溫度，量大，且對鍋爐的排氣無(wú)殊要求，應盡可能地回收余熱。為了增換熱面積，強化換熱，AQC爐的換熱管應采用螺旋翅片管或蟹形針管等能明顯增加換熱面積而又耐磨蝕的管形。

3.2汽輪發(fā)電機

用于余熱利用的汽輪發(fā)電機的點(diǎn)是以汽定電，所以要求帶負荷的能力可在較范圍內波動(dòng)，尤其是發(fā)電機的選型要考慮能過(guò)設計發(fā)電量的15%左右。目前市場(chǎng)上可用于中溫純余熱發(fā)電系統的汽輪發(fā)電機有兩種:一種為單壓系統的參數凝汽式汽輪機。點(diǎn)是系統簡(jiǎn)單，適合3000kW左右的小機組。另一種為混壓系統，除主蒸氣進(jìn)口外還有一至兩個(gè)補氣口，并輔助采用了熱水閃蒸，用閃蒸的飽和蒸氣混入汽輪機做功。點(diǎn)是系統較復雜，但系統熱效率較，適合6000kW以上機組。

3.3熱力系統

在熱力系統的設計上一般是根據廢氣溫度及廢氣量經(jīng)過(guò)合理配置來(lái)確定蒸氣參數和蒸氣量，一般選用的汽輪機的參數比較。在余熱鍋爐設置上，對SP爐來(lái)說(shuō)因出爐的廢氣還要用于原料的烘干，所以一般SP爐帶汽包僅設置過(guò)熱器和蒸發(fā)器。AQC爐的排煙無(wú)特殊要求，主要設置省煤器，也可帶汽包設置蒸發(fā)器，有可能的情況下也可適當的設置過(guò)熱器(如窯頭采用圖3、圖4流程)。余熱鍋爐的受熱面的配置，終是根據余熱資源及產(chǎn)氣量配置的。所以各水泥廠(chǎng)之間不盡相同，一般余熱鍋爐采用非標設計。由于系統用于水泥廠(chǎng)的余熱發(fā)電，所以汽輪機必須帶有前壓調節裝置，當機組在正常運行時(shí)，以汽輪機的進(jìn)口壓力作為主要控制參數，來(lái)調節機組輸出功率以保證壓力基本穩定，這種方式可適應廢氣余熱參數的變化，使整個(gè)系統有較的適應性和可靠性。

4.注意事項

1)工藝系統的操作參數要提供準確，這些參數是余熱回收系統的設計依據。

2)對工藝系統中部分設備要進(jìn)行核算。①窯頭、窯尾風(fēng)機因系統阻力增加，介質(zhì)溫度變化，運行工況點(diǎn)要進(jìn)行變化，所以要對運行工況下的風(fēng)機能力和裝機功率進(jìn)行核算，能力不夠的要采取相應的措施。②生料磨系統。在未考慮余熱發(fā)電系統以前，一般窯尾的廢氣作為生料磨的烘干熱源熱量都有富余，所以對生料磨系統密封要求不是很?chē)栏?增加了余熱發(fā)電系統，余熱要做到限度的回收，這就需要對生料磨系統加強密封，盡可能減少漏風(fēng)。漏風(fēng)量會(huì )產(chǎn)生兩方面的不利影響:①提入磨的熱風(fēng)溫度即提鍋爐的排煙溫度，鍋爐可回收的熱量減少;②入磨的熱風(fēng)溫度越低，生料磨的烘干效率越低，而磨尾的排風(fēng)量隨之增大，耗電量增加。

3)系統的總體設計上汽輪機房盡可能與窯尾鍋爐靠近。而循環(huán)冷卻水池的位置靠近汽輪機房，以減少熱損失和自耗電。

4)增加余熱發(fā)電系統，會(huì )對水泥生產(chǎn)工藝的一些操作參數產(chǎn)生影響，要作適當調整。如窯頭篦冷機的操作，生料磨系統的操作，窯頭、窯尾風(fēng)機、電除塵器的操作等。因此，要做優(yōu)這一工作必須要有的水泥工藝人員負責協(xié)調生產(chǎn)系統和余熱發(fā)電系統的關(guān)系，參與系統的設計和管理工作。調整優(yōu)各自的操作，才能真正做到不影響水泥工藝的生產(chǎn)，并使余熱發(fā)電系統率運行。

5.經(jīng)濟評價(jià)及投資分析

純余熱發(fā)電系統完全是利用水泥生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的余熱發(fā)電，因此投資這種項目可帶來(lái)如下好處:

1)余熱發(fā)電系統運行費用少，僅消耗部分水和少量藥品，增加少量管理人員，成本約0.08元/kW•h左右，在不增加水泥燒成熱耗的情況下，每噸熟料可發(fā)電25～40kW•h，可節約量電力費用，降水泥產(chǎn)品成本，提企業(yè)的經(jīng)濟效益。

2)對電力緊張的地區，可以緩解因供電不足影響生產(chǎn)的矛盾，發(fā)電自給率可達20%～30%。

3)建設用地可利用廠(chǎng)區空地，不需另外征地。項目的實(shí)施不會(huì )影響正常的水泥生產(chǎn)。

4)可為國家節約量的能源，減少環(huán)境污染。

6.仟億達水泥窯余熱發(fā)電案例

唐山弘也水泥6MW余熱發(fā)電項目

仟億達股份是能源項目投資、資源循環(huán)利用項目投資集團，以金融資本推動(dòng)節能環(huán)保事業(yè)。主要采用合同能源管理服務(wù)模式，為客戶(hù)提供工業(yè)整體節能環(huán)保解決方案。業(yè)務(wù)涵蓋分布式能源項目投資，包括園區熱電聯(lián)產(chǎn)、冷熱電三聯(lián)供、光伏發(fā)電、利用余熱及可燃氣體進(jìn)行余熱發(fā)電、余熱余壓回收利用，煤改氣投資建設，脫硫脫硝，電機拖動(dòng)節能，包括中壓變頻節能、節能泵改造，同時(shí)公司自行研發(fā)能源管理平臺、在線(xiàn)監測平臺。公司主要服務(wù)領(lǐng)域為工業(yè)領(lǐng)域，包括冶金、建材、電力、化工、煤炭、石油、機械、紡織、輕工、醫藥等大型生產(chǎn)耗能企業(yè)。

仟億達堅持“誠信、優(yōu)先、奉獻、共享”的經(jīng)營(yíng)理念，致力于推進(jìn)工業(yè)節能、生態(tài)文明。仟億達股份注冊資本1.01億元，目前市值約19億元，立志成為節能減排企業(yè)!