纯低温余热发电的技术与装备

本文简要介绍了我国水泥工业低温余热利用的技术与装备的发展历史及现状，指出了回收并充分利用水泥生产过程中的低温余热，是耗能大户的水泥工业节能降耗、提高经济效益的有效途径。

1. 前言

随着我国人口的不断增加和经济的快速发展，资源相对不足的矛盾将日益突出，合理的利用和节约现有的宝贵资源将是我国今后如何确保经济可持续发展的关键所在。节约资源、改善环境状况、提高经济效益，实现资源的优化配置和可持续发展将是我国国民经济和社会发展中一项长远的战略方针。

社会主义市场经济的建立和不断完善，使我国的经济建设日益蓬勃且快速健康的向前发展。在此带动之下，我国的水泥产量已雄居世界第一，水泥工业的建设规模和技术水平也有了长足的进步，“上大改小、结构调整”战略的实施，更使得我国水泥工业的建设规模由1000t/d、2000t/d快速发展到5000t/d、10000t/d，水泥熟料的热耗也由4000kJ/kg左右降低到2700～3300kJ/kg。但水泥工业是一个传统的高能耗行业，就目前国内最先进的水泥生产工艺，仍然有大量的350℃以下的低温余热不能被完全利用，其浪费的热量约占系统总热量的30%左右。因此，回收水泥生产工艺过程中的低温余热，用来供热或发电，具有非常现实的节能环保意义，符合循环经济和可持续发展的战略方针。

2. 低温余热和资源综合利用电站的技术和装备

水泥的生产，需要消耗大量优质的自然矿产资源，还需掺杂一定量的混合材，在同时消耗大量煤炭和电力等优质能源的时候，也伴有大量被排放而浪费掉的低温余热资源。

一段时间以来，受电力供应紧张和电价持续上涨的影响，许多地方的水泥生产单位面临运转率不足和经济效益下滑的困难局面。因此，在国家资源综合利用产业政策的鼓励下，同时结合天津水泥工业设计研究院成熟的资源综合利用技术及国内成熟的电站设备，多家水泥生产单位建设了能够充分利用水泥生产线排放的低温余热，再加上适当的补燃，燃用热值小于12550kJ/kg的劣质燃料的资源综合利用电站。

这样的电站建成后，水泥生产线排放掉的低温余热可基本被回收和利用，在补燃量一定的条件下，电站单位发电量的煤耗和单位发电量的成本得到了大幅度的降低;循环流化床补燃锅炉还可以有效的利用工程建设所在地的煤矸石等劣质煤资源，所产生的灰、渣又可全部回用于水泥生产，做到零排放;电站生产的电力可直接供给水泥生产使用，并减少了输配电系统的有功损耗。

由此可见，这类电站的建设投产，可有效的缓解水泥生产用电紧张的困难;在大幅度降低水泥生产成本的同时，也为国家节约了优质的能源，保护了环境，其经济效益与社会效益是十分显着的，给高能耗的水泥企业带来了诸多的利益和好处，也为我国的可持续发展的战略作出了贡献。

因此，对于水泥生产企业而言，只要我们认真贯彻和坚定不移的执行国家资源综合利用的产业政策，切实落实好劣质燃料(或工业垃圾)的来源和供应渠道，符合当地环保部门提出的排放要求，建立一整套内部有效的鼓励余热回收和利用的激励机制，理顺与当地电力部门的管理和利益分配关系，笔者认为，有成熟的技术和装备为后盾，这种既有利于企业，也有利于国家的补燃型的资源综合利用电站，一定会有持久的推广和应用前景。

3. 纯低温余热电站的技术及装备

相对于补燃型的资源综合利用电站而言，利用水泥窑纯低温余热所建设的余热电站不配置任何的燃烧设备，所以也不增加任何的烟气、粉尘和废渣的排放点，因此，具有更好的节能和环保效果。

由于窑头和窑尾的废气温度较低，采用纯低温余热进行发电，对装备和系统技术的要求较高。国外对于利用水泥窑低温余热进行发电的技术及装备的研究与开发从上世纪六十年代即已开始，到七十年代中期，无论是热力系统还是设备都已进入应用阶段。据我们所知，技术较为成熟的是日本的几家公司(如川崎公司)，他们开发研制的余热锅炉及中、低品位的混压进汽式汽轮机，经数十个工厂多年运转实践证明，技术成熟可靠并具有很大的灵活性。宁国水泥厂纯低温余热发电系统就是日本川崎公司的技术和装备的应用工程。

为了实现国产化的纯低温余热发电技术及装备，在充分学习和借鉴宁国水泥厂纯低温余热发电的系统技术和混压进汽式汽轮机的性能参数后，以天津水泥工业设计研究院为主，会同国内的汽轮机生产制造单位于1997年首先开始了适合于水泥厂低温余热发电专用设备--混压进汽式汽轮机的研究和开发。

经过近两年的共同努力，终于研制并生产制造出了首台4500kW的补汽式汽轮机的样机，并推广应用于杭州钱潮建材有限公司4500kW的补燃式资源综合利用电站。该电站于1999年成功并网发电，并通过了相应的生产运行考核，投入正常运行以来的结果证明，混压进汽式汽轮机的研究和开发取得了成功。其结构方式及参数配置填补了国内汽轮机制造行业的空白。它的研制成功，为实现我国水泥工业纯低温余热发电的系统技术和装备的完全国产化，并在国内水泥工业推广应用奠定了坚实的基础。

在此基础之上，天津水泥工业设计研究院根据参与并完成施工设计且正常投运的宁国水泥厂纯低温余热发电系统的特点、配合日本川崎公司进行的柳州水泥厂纯低温余热发电系统设计的体会、以及天津水泥工业设计研究院已经成熟的带补燃锅炉的余热发电技术，对纯低温余热发电的系统技术和装备进行了认真细致的研究，形成了完全国产化的利用窑头、窑尾的纯低温废气余热进行发电的技术思路和实施方案。

2002年5月，天津院与上海万安企业总公司达成了共识，对该公司日产1350吨的四级旋风预热器窑实施了纯低温废气余热发电的技术改造。工程于2002年9月正式动工，2003年5月建成投产，余热电站装机容量2.5MW，实际平均发电能力1800～2100kw，全部采用国产设备和技术。经过一年多的生产运行，主要设备和整个系统基本运转正常，各项技术经济指标全部达到设计要求。

2003年3月，天津院承担了广西鱼峰集团有限公司日产3200吨的四级旋风预热器窑的纯低温余热电站技改工程的施工图设计任务(日本川崎公司承担方案设计及)。工程于2003年7月正式动工，2004年7月建成投产，余热电站装机容量6MW，目前主要设备和整个系统运转正常，各项技术经济指标完全达到设计要求。

至此，以海螺集团宁国水泥厂4000t/d预分解窑配套建设的纯低温余热发电系统、广西鱼峰集团3200t/d预分解窑配套建设的纯低温余热发电系统、上海金山水泥厂1350t/d预分解窑配套建设的纯低温余热发电系统，形成了国内纯低温余热发电技术及装备的示范工程。

3.1 纯低温余热电站的系统配置

由于受水泥生产工艺流程、原料特性、主机设备、气候条件等诸多因素的制约，相同规模的水泥生产线，其余热品位和余热量不尽相同，因此，尽管针对纯低温余热进行回收并进行发电的理论技术基本一致，但纯低温余热发电系统的规模和配置、设备性能和特性则不完全相同。

原标题：纯低温余热发电的技术与装备