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[摘要]本文论述了我国水泥工业配套建设纯低温余热电站，要遵循余热电站是水泥生产企业中的副业，余热电站技术方案的确定应以不影响水泥生产为原则。其次再兼顾考虑技术、经济指标的先进性。
[关键词]纯低温余热发电工艺 节能降耗
中图分类号：Q7，9X8；T12，715 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）13-0069-01
1 概述
水泥生产过程中一方面有大量的中、低品位余热被排放掉，另一方面又消耗大量的电能（每生产一吨水泥需100～130kWh电能）。为了将中、低品位余热转换为电能并回用于水泥生产，从而进一步降低水泥生产能耗、节约能源，对于水泥生产企业：可以大幅减少向社会发电厂的购电量或大幅减少水泥生产企业燃烧燃料的自备电厂的发电量。另一方面又可以避免水泥窑废气余热直接排入大气造成的热岛现象，同时由于减少了社会发电厂或水泥生产企业燃烧燃料的自备电厂的燃料消耗，可减少CO2等燃烧废物的排放而有利于保护环境。
2 纯低温余热发电系统
2.1 主要设计原则
随着国内低参数进汽汽轮机的渐趋成熟和效率的提高，国产装备的纯中、低温余热电站也进入了成熟阶段，采用中、低品位余热动力转换机械的纯中、低温余热发电技术具有更显著的节能效果。利用该技术建设的许多水泥企业余热发电工程已陆续投入运行。总体技术方案要求在余热发电工程实施时不能影响水泥生产线的正常生产，总体技术方案要保证电站在正常发电时，不影响生产线的正常生产，在此前提下余热电站设计遵循“稳定可靠，技术先进，降低能耗，节约投资”的原则，认真研究项目建设条件，通过多方案比较，选择适宜的技术方案。主要如下：
（1）以稳定可靠为前题，采用经实践证明是成熟、可靠的工艺和装备，对于同类型、同规模项目暴露出的问题，要经过认真的剖析与调研不得在本工程中重复出现；
（2）在稳定可靠的前提下，提倡技术先进，要尽可能采用先进的工艺技术方案，以降低发电成本和基建投入；
（3）贯彻执行国家和地方对环保、劳动、安全、消防、计量等方面的有关规定和标准。
（4）为了保证电站事故时不影响水泥窑生产，各余热锅炉均设有旁通废气管道，一旦余热锅炉或电站发生事故时，可以将余热锅炉从水泥生产系统中解列，不影响水泥生产的正常运行。
2.2 余热锅炉系统设计方案
以一条2500t/d水泥熟料生产线为例，主要有窑头熟料冷却机及窑尾预热器废气余热可被有效回收并用于发电。
1）合理确定窑头熟料冷却机的废气取风位置：
熟料冷却机运转时，熟料料层及料层上方废气温度沿冷却机头部到尾部方向逐步降低。根据冷却机内废气温度分布情况及余热锅炉的生产特性，将取风口设在冷却机中部，仅回收废气中余热能够被有效利用的部分，则废气平均温度为360℃左右，从而避免冷却机尾部料层上方低温废气对可利用废气温度的影响，以提高余热利用效果。按此方式，冷却机尾部原有出口排出的废气量将大为减少，温度也大幅降低，无需喷水降温。
2）提高窑尾预热系统顶级预热器和出预热器风管的保温效果，减少窑尾废气热量损失。
传统的水泥生产线窑尾废气余热不被利用，从保护窑尾高温风机及减少增湿塔喷水量方面考虑，对窑尾预热系统顶级预热器及出预热器风管不按标准保温设计以增加散热量，使出预热器废气温度一般降到300～320℃。对于余热发电工程，应通过加强预热系统即顶级预热器及预热器至余热锅炉入口风管保温措施，减少系统散热以提高并稳定余热锅炉入口废气温度，从而提高余热发电能力。
3）根据以上余热分布情况经过理论分析并结合国内相同水平水泥生产线的生产数据，2500t/d水泥生产线废气余热条件为：
从冷却机中部取风，窑头可利用的余热量如下：
废气量（标况）： 85000m3/h
废气温度： 360℃
上述废气余热可全部回收用于发电。出AQC锅炉废气温度降至90℃。
窑尾可利用的余热资源为：
废气量（标况）： 169800m3/h，
废气温度： 330℃，
废气经余热锅炉后温度降至200℃～220℃用于生料粉磨烘干。
余热电站按年运行时间8000小时计，则年发电量为：3440万kW·h，扣除厂自用电量后约为3200万kW·h。年可节省标煤为12160t。
2500t/d水泥生产线平均用电负荷约为13150kW，年用电量约为9975万kW·h。当余热电站建成后，电站年总供电量约为3200万kW·h。通过电站运行调整，公司减少外购电量并使现有供配电系统损耗减少，在公司水泥生产线及电站正常运行的情况下，全厂供电自给率可达32%。从而减少了公司购电成本，提高了公司的整体经济效益。
4 纯低温余热发电采用的新技术
4.1 采用低参数进汽式汽轮机及低温余热发电系统技术，将水泥窑废气余热几乎全部回收并用于发电，大大降低了水泥生产的能耗。
4.2 除氧器采用锅炉的低压蒸汽取代汽轮机回热抽汽（取消低压加热器、除氧抽汽、高压加热器抽汽等），使汽轮机汽耗下降。
4.3 窑头熟料冷却机余热锅炉AQC炉采用多级受热面，最大限度地利用了窑头熟料冷却机废气余热。并根据窑头冷却机运行特点，对烟风系统局部进行防磨及耐高温处理，选用性能较好的材料，防止烟风超温时影响窑头锅炉的运行安全及使用寿命。
4.4 为了保证电站事故不影响水泥窑生产，各余热锅炉均设有旁通废气管道，一旦余热锅炉或电站发生事故时，可以将余热锅炉从水泥生产系统中解列，不影响水泥生产的正常运行。
4.5 引用正规电厂的自动化控制系统，实现了在集控制室集中控制与就地两种控制模式，增加了系统运行的安全性并大大降低了运行人员的劳动强度。
5 结束
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，无论是纯中低温余热发电技术还是设备（国产化）都已成熟可靠。对于上述余热发电技术，无论是循环系统、循环工质、还是各种专用设备（余热锅炉、汽轮机、锅炉给水除氧设备等）仍然有进一步发展、提高的余地，同时也存在着余热发电技术如何与水泥熟料煅烧技术进一步结合以开发出带有中低温余热发电的更加节能的新型干法水泥生产系统的问题。
参考文献
唐金泉等编制《水泥余热发电技术》
作者简介张伯忠，男，浙江省杭州市江干区，1973，9.27，浙江西子联合工程有限公司，工程师，发电厂热机专业.
[关键词]纯低温余热发电工艺 节能降耗
中图分类号：Q7，9X8；T12，715 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）13-0069-01
1 概述
水泥生产过程中一方面有大量的中、低品位余热被排放掉，另一方面又消耗大量的电能（每生产一吨水泥需100～130kWh电能）。为了将中、低品位余热转换为电能并回用于水泥生产，从而进一步降低水泥生产能耗、节约能源，对于水泥生产企业：可以大幅减少向社会发电厂的购电量或大幅减少水泥生产企业燃烧燃料的自备电厂的发电量。另一方面又可以避免水泥窑废气余热直接排入大气造成的热岛现象，同时由于减少了社会发电厂或水泥生产企业燃烧燃料的自备电厂的燃料消耗，可减少CO2等燃烧废物的排放而有利于保护环境。
2 纯低温余热发电系统
2.1 主要设计原则
随着国内低参数进汽汽轮机的渐趋成熟和效率的提高，国产装备的纯中、低温余热电站也进入了成熟阶段，采用中、低品位余热动力转换机械的纯中、低温余热发电技术具有更显著的节能效果。利用该技术建设的许多水泥企业余热发电工程已陆续投入运行。总体技术方案要求在余热发电工程实施时不能影响水泥生产线的正常生产，总体技术方案要保证电站在正常发电时，不影响生产线的正常生产，在此前提下余热电站设计遵循“稳定可靠，技术先进，降低能耗，节约投资”的原则，认真研究项目建设条件，通过多方案比较，选择适宜的技术方案。主要如下：
（1）以稳定可靠为前题，采用经实践证明是成熟、可靠的工艺和装备，对于同类型、同规模项目暴露出的问题，要经过认真的剖析与调研不得在本工程中重复出现；
（2）在稳定可靠的前提下，提倡技术先进，要尽可能采用先进的工艺技术方案，以降低发电成本和基建投入；
（3）贯彻执行国家和地方对环保、劳动、安全、消防、计量等方面的有关规定和标准。
（4）为了保证电站事故时不影响水泥窑生产，各余热锅炉均设有旁通废气管道，一旦余热锅炉或电站发生事故时，可以将余热锅炉从水泥生产系统中解列，不影响水泥生产的正常运行。
2.2 余热锅炉系统设计方案
以一条2500t/d水泥熟料生产线为例，主要有窑头熟料冷却机及窑尾预热器废气余热可被有效回收并用于发电。
1）合理确定窑头熟料冷却机的废气取风位置：
熟料冷却机运转时，熟料料层及料层上方废气温度沿冷却机头部到尾部方向逐步降低。根据冷却机内废气温度分布情况及余热锅炉的生产特性，将取风口设在冷却机中部，仅回收废气中余热能够被有效利用的部分，则废气平均温度为360℃左右，从而避免冷却机尾部料层上方低温废气对可利用废气温度的影响，以提高余热利用效果。按此方式，冷却机尾部原有出口排出的废气量将大为减少，温度也大幅降低，无需喷水降温。
2）提高窑尾预热系统顶级预热器和出预热器风管的保温效果，减少窑尾废气热量损失。
传统的水泥生产线窑尾废气余热不被利用，从保护窑尾高温风机及减少增湿塔喷水量方面考虑，对窑尾预热系统顶级预热器及出预热器风管不按标准保温设计以增加散热量，使出预热器废气温度一般降到300～320℃。对于余热发电工程，应通过加强预热系统即顶级预热器及预热器至余热锅炉入口风管保温措施，减少系统散热以提高并稳定余热锅炉入口废气温度，从而提高余热发电能力。
3）根据以上余热分布情况经过理论分析并结合国内相同水平水泥生产线的生产数据，2500t/d水泥生产线废气余热条件为：
从冷却机中部取风，窑头可利用的余热量如下：
废气量（标况）： 85000m3/h
废气温度： 360℃
上述废气余热可全部回收用于发电。出AQC锅炉废气温度降至90℃。
窑尾可利用的余热资源为：
废气量（标况）： 169800m3/h，
废气温度： 330℃，
废气经余热锅炉后温度降至200℃～220℃用于生料粉磨烘干。
余热电站按年运行时间8000小时计，则年发电量为：3440万kW·h，扣除厂自用电量后约为3200万kW·h。年可节省标煤为12160t。
2500t/d水泥生产线平均用电负荷约为13150kW，年用电量约为9975万kW·h。当余热电站建成后，电站年总供电量约为3200万kW·h。通过电站运行调整，公司减少外购电量并使现有供配电系统损耗减少，在公司水泥生产线及电站正常运行的情况下，全厂供电自给率可达32%。从而减少了公司购电成本，提高了公司的整体经济效益。
4 纯低温余热发电采用的新技术
4.1 采用低参数进汽式汽轮机及低温余热发电系统技术，将水泥窑废气余热几乎全部回收并用于发电，大大降低了水泥生产的能耗。
4.2 除氧器采用锅炉的低压蒸汽取代汽轮机回热抽汽（取消低压加热器、除氧抽汽、高压加热器抽汽等），使汽轮机汽耗下降。
4.3 窑头熟料冷却机余热锅炉AQC炉采用多级受热面，最大限度地利用了窑头熟料冷却机废气余热。并根据窑头冷却机运行特点，对烟风系统局部进行防磨及耐高温处理，选用性能较好的材料，防止烟风超温时影响窑头锅炉的运行安全及使用寿命。
4.4 为了保证电站事故不影响水泥窑生产，各余热锅炉均设有旁通废气管道，一旦余热锅炉或电站发生事故时，可以将余热锅炉从水泥生产系统中解列，不影响水泥生产的正常运行。
4.5 引用正规电厂的自动化控制系统，实现了在集控制室集中控制与就地两种控制模式，增加了系统运行的安全性并大大降低了运行人员的劳动强度。
5 结束
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，无论是纯中低温余热发电技术还是设备（国产化）都已成熟可靠。对于上述余热发电技术，无论是循环系统、循环工质、还是各种专用设备（余热锅炉、汽轮机、锅炉给水除氧设备等）仍然有进一步发展、提高的余地，同时也存在着余热发电技术如何与水泥熟料煅烧技术进一步结合以开发出带有中低温余热发电的更加节能的新型干法水泥生产系统的问题。
参考文献
唐金泉等编制《水泥余热发电技术》
作者简介张伯忠，男，浙江省杭州市江干区，1973，9.27，浙江西子联合工程有限公司，工程师，发电厂热机专业.