水泥窑纯低温余热发电系统研究

在对水泥窑纯低温余热发电系统整体分析的基础上，针对余热发电关键技术进行了较为详细的论述，并对废气参数和除氧系统进行了优化。

引 言

水泥的生产属于一个高能耗的过程，在生产过程中大量的热量没有加以充分的利用就被直接排放到外界环境当中，导致了能量的浪费和环境的污染。为此在生产企业大力的推广多级预热式干法水泥生产工艺，在一定程度上使得水泥的生产能耗明显降低。但是，根据当前的实际运行效果来看，依然有占水泥熟料25%的热量被直接排放到环境当中，造成了惊人的能源浪费。如何有效的对这部分热量加以充分利用，提高水泥生产的经济效益成为了当前水泥行业节能的一个关键问题。

1、水泥窑低温余热发电系统

利用水泥窑余热进行发电的系统主要包括这样几个基本的设备与系统：余热锅炉系统、汽轮发电机、发电机、水处理设备、循环冷却设备以及 DCS 控制设备。纯低温余热发电系统是一种完全意义上的余热发电系统，它能够完全利用余热，在不需要另外附加热源的基础上运行发电。在运行的过程中由于不需要外加的燃料来予以热量补充，因此其运行过程不会对环境产生二次污染。同时，整个系统中没有补燃锅炉，相对其他热力发电系统而言，其蒸汽参数较低，可以直接利用出预热器筒350℃左右的废弃余热来生产低压过热蒸汽来发电。这大大的简化了运行的操作程序和操作手段，提高了系统的运行可靠性与安全性，同时还提高了对整个系统的控制能力。

2、低温余热发电系统关键技术

对水泥窑低温余热发电系统的设计考核最终指标是余热的利用效率，因此在设计余热发电系统时应该针对具体的水泥生产线进行系统方案的设计，尽可能的提高余热的利用效率。同时，还应该考虑到与汽轮机和锅炉的匹配问题，以及投资的收益等，这些都需要对下面几个关键技术予以合理选择。

2.1 双压工艺系统

由于水泥窑余热的废气量大，而且温度通常都在350℃之下，为了能够充分的利用这些低温热源，根据热力学的相关原理，热蒸汽只有通过分段进入蒸汽机才能保证发电机工作的效率。

双压系统能够使得相对高温的热源(210～350℃的烟气)产生参数水平较高的蒸汽，同时使的相对低温的热源(100～210℃的烟气)产生参数水平较低的蒸汽，使得整个系统能量分布情况处于一个更加合理的水平，综合热效率更高。在常规的火力发电中主要是通过提高热力循环系统效率的方式予以实现。而对于水泥窑低温发电系统，其主蒸汽参数的选择则主要是根据水泥窑所排放的废气温度而定的，应该尽量的接近废气温度，同时考虑到传热温差以及受热面的经济学等综合因素，一般存在10～15℃的温度差别。而对于主蒸汽的压力，一般需要从多个方面予以选择和判断。

2.2 双压锅炉

在进行锅炉系统的设计工作时，需要控制的一个关键技术就是要对窑头AQC锅炉的受热面进行设计，同时结合对AQC锅炉以及SP锅炉的热平衡等进行计算，确保AQC锅炉的余气排放温度低于100℃，同时还可以有效的解决锅炉管道中出现灰尘粘附以及漏风等问题。由于主蒸汽温度是由余热锅炉的传热端差决定的，且通常的锅炉设计中传热端差一般在为15～20℃之间，同时考虑到管道热量存在的热损失，一般将汽轮机主汽门前的蒸汽温度设置为310℃左右。同时由于蒸汽压力变化较大，在稳定的工况下蒸汽压力与水泵的出口压力直接相关，而在动态工况下则与汽轮机的运行方式直接相关。

在考虑锅炉的参数时要根据汽轮机的具体做功条件，若一味的通过提高锅炉给水泵的压力来提高汽轮机的做功能力，可能会增加汽轮机低压部分气缸的排气湿度，由此导致汽轮机末级叶片出现比较明显的水蚀现象。通常情况下，单压锅炉难以将排气温度降到100℃以下的，通常在160℃左右，使得发电量减少了8%左右，而采用双压锅炉能够使得排气温度降至95℃以下，系统热量利用率达到了8%。因此，在水泥窑余热发电系统的锅炉系统设计时尽量采用双压锅炉。

2.3 控制系统

在汽轮机运行的过程中对蒸汽的控制，诸如在什么工况下进行补汽、什么工况之下不补汽，这些因素都能够利用补汽式汽轮机的设置来很好的解决。而对于主蒸汽气阀以及补气阀的连锁动作、调节等则需要采用先进而稳定的控制系统来保证汽轮机的正常运行。同时，通过在线的测试、对控制参数的调节等手段，确保整个系统能够稳定可靠的运行。

3、废气参数与除氧系统的优化

3.1 废气参数的优化

要对水泥窑纯低温发电系统进行优化，首先需要确定的是水泥窑排放的相关废气参数，然后对热量的利用进行进一步的利用。尤其是采用干法水泥生产时，低温发电系统如何在对二、三次风衣水利生产过程中的其他用风情况影响不大的情况下使得窑头的篦冷机余热利用率达到最高一直是水泥窑纯低温发电系统发展的一个关键领域。

在对废气参数优化的过程中，应该认识到国内干法水泥生产线的生产工艺相对成熟，所提供的参数也大多并非正常工况下设备的运行参数，而且在生产线的运行过程中也没有对运行设备等进行热工标定。因此，为了对余热锅炉以及贺岁你要纯低温余热发电系统进行合理的配置，确保锅炉以及水泥窑纯低温余热发电系统能够处于一个高效运转的状态，应该对水泥生产线长期稳定工况之下废气参数进行适当的热工标定。

3.2 除氧系统的优化

由于除氧系统相对简单，在操作运行管理的过程中较为方便，且减少了动力的消耗，能够对给水品质的提高起到积极作用，因此在余热发电系统中得到广泛应用。在活力发电厂中，通常都是采用大气式热力除氧方式，通过这种方式能够充分的利用低压蒸汽来驱动锅炉运行，使得水中的氧气溶解度降低，进而达到除氧的目的。采用这种系统虽然较为复杂，但是其除氧效果佳，锅炉的给水品质容易得到保证，消耗的电能也大大减少，对于水泥窑纯低温余热发电系统热效率的提高具有积极作用。

原标题：水泥窑纯低温余热发电系统研究