煤矸石制砖在煅烧过程中有大量的热量，随着排风机而排出窑外，主要是烟气余热和产品冷却余热。据调查，烧结砖生产中的余热总量约占其燃料消耗总量的30%-60%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的40%左右。这部分热量目前除掺入部分冷风降温到125℃左右用来烘干砖坯外，基本上未得到有效利用。这些热风在其高温段烟气温度达400℃，平均温度可达200℃左右，是很好的稳定低温热源，具有利用余热发电的潜力，若在全国推广，将具有广阔的市场前景。
从本文开始，将重点分析中国余热发电技术的现状，未来的发展潜力，以及所面临的问题与障碍。为项目后续的余热发电可行性分析奠定基础。
第一部分 中国余热发电产业现状
1、基本概念
1.1余热发电
余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%~67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。
余热的回收利用途径很多。一般说来，综合利用余热最好;其次是直接利用;第三是间接利用(产生蒸汽用来发电)。依据余热介质的不同，其合理利用顺序如下：
(1)余热蒸汽的合理利用顺序是：①动力供热联合使用;②发电供热联合使用;③生产工艺使用;④生活使用;⑤冷凝发电用。
(2)余热热水的合理利用顺序是：①供生产工艺常年使用;②返回锅炉及发电使用;③生活用。
(3)余热空气的合理利用顺序是：①生产用;②暖通空调用;③动力用;④发电用。
鉴于此，在工业上，余热一般优先供生产自用，当有剩余时，虽然直接利用(如暖通空调用或动力用)对能源的利用率要更高一些，但限于暖通空调用量较小且季节变化较大的特点，以及作为动力用要求负荷相对稳定的特点，该种利用方式具有一定的局限性。更多地，则是选择采用余热发电的技术对能源进行回收利用。
所谓余热发电技术，就是利用生产过程中多余的热能转换为电能的技术。余热发电不仅节能，还有利于环境保护。余热发电的重要设备是余热锅炉。它利用废气、 废液等工质中的热或可燃质作热源，生产蒸汽用于发电。由于工质温度不高，故锅炉体积大，耗用金属多。用于发电的余热主要有：高温烟气余热，化学反应余热，废气、废液余热，低温余热(低于200℃)等。
1.2 余热发电应用的行业
在钢铁、石油化工、建材、水泥、制糖等行业中，生产厂家具有大量低品位余热，包括低品位烟气、蒸汽和热水等，这些热量品位低、数量大、分布较散，基本不能为生产再利用。各行业专家及有关科研机构为了有效回收可资利用的余热资源，进一步就余热回收发电领域进行积极的探索、研究，相继开发出了纯低温余热发电技术及相配套的汽轮机研发、设计、应用技术，可使发电机增加25%的发电量。该技术能够将企业中大量的低品位废热集中发电，进一步提高企业能源的利用率，为各种类型企业节能环保开辟了一条新路。目前，已经投入运营或立项研究的余热发电技术主要包括(但不限于)如下行业：
(1)水泥行业余热发电技术
(2)焦化行业焦炉尾气余热回收发电技术
(3)钢铁行业转炉余热发电技术
(4)钢铁行业烧结余热发电技术
(5)建材行业浮法玻璃线余热发电技术
(6)石化行业余热发电技术
2.水泥行业余热利用现状
2.1 水泥行业余热发展历程
我国水泥窑余热发电大致经历了中空窑高温余热发电、预热器及预分解窑带补燃炉中低温余热发电、预热器及预分解窑低温余热发电三个发展阶段。
在20世纪50～70年代由于我国国民经济对水泥需求量的增加和电力供应紧张，为我国水泥窑余热发电的发展创造了条件，使水泥窑余热发电技术经历了第一个发展时期，70年代末80年代初完成了对日伪时期建设的余热发电窑的技术改造，并新建了若干条余热发电窑。80年代末至90年代初，在解决了余热锅炉所存在的许多重大技术问题和难题后，吨熟料余热发电量大于170kWh，运行成本0.08～0.12元/kWh，标志着我国中空窑余热发电技术达到了一个新的水平，为原有中空余热发电窑进行技术改造和新建一批类似生产线打下了良好的基础。
到90年代初，我国水泥工业以发展新型干法工艺为主。但由于国家对水泥的需求增加而电力供应紧张局面一时难于缓解，余热发电窑仍然有生存及发展的条件，主要以节能降耗、提高余热发电量、缓解供电不足的矛盾为目标，经历了第二个发展阶段。“八五”国家重大科技攻关课题“带补燃炉低温余热发电技术及装备的研究开发”的完成，以及在工程上的成功应用，形成了完整的综合利用电站的系统技术和装备，在充分回收利用水泥生产线低温余热的同时，配设环保型的循环流化床锅炉，燃用发热量小于3000kcal/kg以下的劣质煤(煤矸石)进行发电或热电联供，循环流化床锅炉所产生灰渣全部回用于水泥生产。既为企业带来显著的经济效益，同时还具有显著的社会和环境效益，使我国水泥窑余热利用上了一个新水平。上述技术的发展均以提高发电量，缓解电力供应不足为主要目的，为我国水泥工业的发展作出了重要贡献。
随着人们节能和环保意识的提高，世界上单纯以余热利用为目的的预热器及预分解窑低温余热发电在80年代初有了较大发展，其水泥窑废气温度为350℃左右、熟料热耗为2900～3300kJ/kg，所配套的纯低温余热发电系统的发电能力为每吨熟料30～40kW，这对水泥企业资源综合利用，提高经济效益具有重大意义。该项技术的应用，既可降低水泥的生产成本，提高企业的经济效益，又可以为国家节约大量的电能，减少环境污染，具有广阔的推广应用前景。
2.2 纯低温水泥余热发电行业现状
纯低温余热发电是完全利用余热，无外加热源的发电系统，即利用出预热器350℃的烟气余热产生低压过热蒸汽，并将出篦冷机的烟气出口前移，以获得350℃左右的烟气，可产生饱和热水和低压过热蒸汽。该系统的特点是系统简单，便于管理。
在国内，经过十几年的开发、研究和若干实际工程投产运行，对于水泥窑余热发电来讲，纯低温余热发电技术无论是热力循环系统还是设备(国产化)都已成熟可靠，尤其是补汽式汽轮机的研制成功，使我国余热发电技术及装备除了汽轮机本体效率比日本略低外，总体上的技术水平已经赶上国际先进工业国家，为我国众多的不同窑型水泥生产厂提供了可供选择的余热发电技术及装备。
水泥行业纯低温余热发电属于中国最为先进、推广最为成功的余热发电技术。其利用AQC窑头余热锅炉和SP窑尾余热锅炉分别对水泥窑的窑头和窑尾的废气余热进行回收，加热给水产生低温蒸汽冲动汽轮发电机组作功发电。目前对应于水泥生产线的生产能力，通常配置容量如下：
(1) 1300t/d级水泥生产线纯低温余热电站(余热发电容量1.5MW——低压不补汽)
(2) 2500t/d级水泥生产线纯低温余热电站(余热发电容量3.0MW——低压不补汽)
(3) 5000 t/d级水泥生产线纯低温余热电站(余热发电容量6.0MW——低压不补汽)此外，杭州易达公司专利设计方案，采用次中压参数设计，发电容量将在现有基础上提高20%～30%。水泥窑余热发电装置利用水泥窑排烟余热，发电时不影响水泥熟料的生产，也不需要额外的补燃燃料，是安全可靠的余热发电技术。水泥余热发电工程造价约为7000～8000元/kWh，投资回收期通常为3～4年。
3.焦炭行业余热利用现状
焦化工艺在生产过程中将产生大量温度约达到1000℃的烟气，在未被利用之前，直接通过烟囱排放，一方面造成了热污染，另一方面也浪费了大量能源。鉴于此，2005年，联合国工业发展组织(UNIDO)为促进中国的环保和节能降耗工作，以山西省焦化企业为试点推广焦炉尾气发电项目，选定高平兴高焦化有限公司和太原港源焦化有限公司2家为试点焦化企业，并取得成功。
总体而言，焦炭行业余热利用较水泥行业余热利用发展要较为缓慢，也未象水泥行业余热利用形成规模化和产业化，只是进入到21世纪后逐步发展，但限于认识和投资等因素，项目建设速度较为缓慢。在全国范围内，山西省内焦化企业相对较多，对应在该领域内也较全国其他地域发展较快，已经有一部分企业余热利用项目建成投产，经济效益和社会效益良好。以年产60万吨的焦化企业为例，其可配套建设2×12MW余热电站项目，工程投资约为1.2~1.3亿元人民币，投资回收期约为3年。
对于已经建成投产的装机容量占可供利用资源装机容量的比例现在还无从得知，但山西省政府于2008年6月就关于对山西省焦化企业烟气(余热)利用情况进行摸底调查，预计近期会有调查结果。
焦炭行业烟气余热利用其技术方案基本同水泥行业，配置余热锅炉(热交换器)+汽轮发电机组。
4.钢铁行业余热利用现状
烧结矿余热回收技术，用空气冷却热烧结矿(烧结设计规范中要求生产冷烧结矿)，高温空气使锅炉产生高压和中压蒸汽，再进行发电，低温空气可以用于热风烧结。而炼钢转炉中通过安装汽化冷却烟道，构成蒸汽发生系统，可产生饱和蒸汽用于发电。
目前，该两类余热利用方式包括济南钢铁、昆明钢铁、马鞍山钢铁等在内的多个钢铁企业都已经付诸实施，并取得了良好的收益。经测算，该类余热发电项目单位造价在6500元人民币/kWh，项目投资回收期为2.5~4年。钢铁工业领域低温余热发电的市场约合150亿元，而该行业的余热发电真正实施则是从2005年以后陆续有企业建设并投产，因此，于钢铁行业而言，其余热发电尚处于起步和推广阶段，其技术也在逐步完善和提高的阶段。相信在不久的将来，随着技术的成熟和市场的完善钢铁行业余热发电也将迎来一个发展的高峰。
5.浮法玻璃生产余热利用技术现状
目前，国内的平板玻璃行业大多采用浮法玻璃生产技术，一条500t/d的浮法玻璃生产线的烟气余热一般可生产饱和蒸汽7~8t/h，目前这些余热蒸汽主要用于冬季采暖，其他时间除极少量蒸汽用来加热重油外，大量蒸汽白白浪费掉，为此，广州市瑞溥能源环保科技有限公司在多年研发饱和蒸汽发电技术的基础上，开发出适合浮法玻璃生产线用的余热发电技术，每千瓦的投资仅需人民币4000元，投资回收期约1年，其经济效益和社会效益十分显著。
原标题：中国余热发电技术分析（一）
