提高余热发电量的技术措施探讨

1.前言

2015年，中国水泥行业进入饱和期，量价齐跌的局面对企业的成本控制提出了更高的要求，如何在众多企业中成为龙头企业，就得在现有的节能基础上继续深挖节能空间，降低能耗。近年来，作为能源消耗大户之一的水泥工业，随着各地新型干法水泥生产线的余热发电建设迅速增加，因而余热资源的综合利用与减排CO2的环境保护成为水泥工业保持可持续发展的焦点。目前国内新型干法水泥生产线的余热发电建设规模由1000t/d*1.5MW、2000t/d*4.5MW迅速发展到5000t/d*9MW、8000t/d*15MW、10000t/d*18MW。水泥熟料热耗已由原来的4600～6700kJ/kg降低到3000～3300kJ/kg，但即使如此，水泥生产过程中仍然有约占熟料烧成热耗35%左右的、温度为350℃以下的中、低温废气余热不能被充分利用，不仅造成能源浪费，同时也产生严重的热污染。因此，对余热发电增效节能技术的探讨，已成今年来研究的关键课题之一。

2.余热发电专利技术的好处

日趋成熟的专利资源综合利用技术，可大量回收和充分利用余热电站不能回收的中、低品位的余热，并用以余热发电的增效、采暖，已成为目前国内水泥余热电站外的节能降耗的有效途径。

余热发电的专利技术不增加粉尘、废渣、烟气及二氧化硫的排放，因而更具有节能和环保的效果。推广应用这项技术，能够提高能源综合利用率，保护环境，促进水泥工业向循环经济、绿色环保的方向健康发展。还可有效的提高水泥熟料质量。

3.专利增效原理

结合多年的余热发电安装经验，以及对余热发电专利技术的研究，笔者对专利增效的原理概括如下：

3.1对窑头锅炉增加烟风分配除尘换热设备

窑头余热锅炉废气入口在原来的烟风道的基础上再增加烟风分配除尘换热设备，烟气采用板式除尘换热进行处理，以减轻熟料颗粒或减少对锅炉的堵塞和冲刷磨损，又能增加烟气的换热，换热后的热量进锅炉产生过热蒸汽进行发电，使发电比原来增加20%左右。

3.2对窑头窑尾锅炉内部进行合理风量分配

对窑头窑尾锅炉内部进行合理风量分配，避免风温过热使熟料粉尘粘性增加堵塞过路的换热管片降低蒸汽产量影响发电。避免风温过低也影响产汽量降低发电量。此技术有效的使锅炉产汽量得到长期平衡状态，使发电长期平衡运行。此技术做了特殊的设计和位置安装，能够调节灵活，不积灰、不漏风。

3.3.窑头低温废气余热的循环利用

窑头余热锅炉(AQC炉)在设置锅炉热水段后排烟温度可做到130℃左右，这部分废气与窑头篦冷机余风混合后的温度为110℃左右，一般经窑头收尘后排放。通过对窑头低温废气余热的循环利用，可将窑头废气经篦冷机风机引回中温段，通过循环利用其热焓提高AQC炉的产汽量。此方案的要点在于将110℃左右目前难于利用的低温废气通过管道引入，与篦冷机内的中温(500℃左右)熟料换热升温后加以利用，实现低温废气余热资源的转换。分析篦冷机的风量分配关系：冷却用风由各段风机分别鼓入，风温为常温20℃左右，高中低温三个区段的进风量分别占总风量的31%、50%和19%左右。换热后出篦冷机的风量分配为;入窑二次风占15%左右(标况、风温1050℃左右);入分解炉三次风占25%左右(标况、风温950℃左右);其余作为余风排放。

在无纯低温余热发电项目时，余风混合后降至200℃左右后经除尘排入大气，;实施纯低温余热发电项目后，余风风量中45%左右的中低温风(500℃和300℃左右)通过窑头余热锅炉(AQC炉)加于利用，排放的余风风温为110℃左右。将110℃左右的低温废气代替常温风(20℃左右，简称循环风)引入篦冷机中温区，不会影响篦冷机对出窑熟料的骤冷;因中温区大部分余风引入AQC炉也不会影响出窑熟料温度。另外还有15%余热风利用专利技术充分利用发电。

3.4对窑尾锅炉废气出口管道进行合理设计

通过对窑尾锅炉废气出口管道进行合理设计，可以充分利用锅炉出口160度的风温用于水泥生料的烘干。

3.5回转窑筒体散热的利用

回转窑筒体内部温度高，窑外分解窑为900～1600℃。尽管采用各种隔热措施(目前主要是耐火砖和窑皮)，窑筒体表面温度仍较高，窑外分解窑筒体表面温度沿窑筒体轴向分布变化范围在120-400℃之间，平均温度为270℃左右，由此带来的散热损失占水泥熟料烧成热耗的5%以上。以2500t/d窑外分解窑为例，按年有效运转300天，吨熟料热耗770kcal/t-cl、窑筒体散热5%计算，窑筒体一年的散热损失为2.89×107kcal、折合标准煤4130吨。此外，窑筒体温度较高部分还需要使用风机鼓风冷却，再耗费一部分电能，仍以2500t/d窑外分解窑为例，年耗电约25万kwh左右。

到目前为止，水泥行业对回转窑筒体散热还没有较好的利用方法。国内一些水泥厂有产生热水取暖的利用方法，但未曾合理的设计，只是利用于洗澡。

为直接解决其问题，笔者认为所要解决的技术问题是提供一种可实用的水泥回转窑筒体散热回收利用装置，可以有效换热并解决可能引起回转窑筒体表面超温等问题。在回转窑筒体上分段装设换热罩，换热罩与回转窑筒体之间采用特殊设计，使回转窑筒体与换热罩之间形成换热腔。换热腔管束内充满水，对回转窑筒体上进行对流传导换热;换热后可直接产生低温低压蒸汽用于水泥厂纯低温余热发电。在回转窑筒体上安装6组换热装置，位于窑尾的6#换热装置用于给水预热。位于窑烧成带的1#、2#、3#换热装置和位于窑过渡带的5#换热装置作蒸发器使用，用于产生饱和蒸汽(汽水混合物)进入窑头低压汽包，形成低温低压过热蒸汽(过热度30℃左右)用于汽轮机的补汽，以2500t/d窑外分解窑为例估算，每年可发电300×104kwh左右。

4.结束语

随着国家各项节能减排政策的出台，如何才能更好地实现水泥余热行业节能减排并增效等问题已刻不容缓，通过对余热发电技改专利技术进行多年的理论研究与实践，笔者认为水泥余热增效节能技术还有待进一步研究，进一步提升该领域的发展空间。

原标题：提高余热发电量的技术措施探讨