摘要:
一、前言
近年來，隨著我國水泥工業(yè)工藝及裝備技術(shù)得以迅速發(fā)展，數(shù)百條數(shù)千噸級新型干法水泥熟料生產(chǎn)線（簡稱水泥窯）的陸續(xù)投產(chǎn)，為水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的開發(fā)、推廣、應(yīng)用創(chuàng)造了市場條件。在這個背景條件下，目前國內(nèi)具有水泥窯余熱發(fā)電工程設(shè)計、技術(shù)開發(fā)能力的數(shù)家單位，推出了幾種水泥窯純低溫余熱發(fā)電的熱力循環(huán)系統(tǒng)并已在水泥工業(yè)陸續(xù)推廣應(yīng)用。自2001年至2006年，水泥行業(yè)利用國產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)在數(shù)十條1200t/d級、2500t/d級、5000t/d級水泥窯上配套建設(shè)了裝機(jī)容量分別為2.0MW、2.5MW、3.0MW、4.5MW 、6.0MW、7.5MW、9.0MW的純低溫余熱電站，形成了國產(chǎn)成熟的水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備，為我國水泥工業(yè)節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟(jì)效益、形成循環(huán)經(jīng)濟(jì)提供了技術(shù)手段。
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目前在開發(fā)、應(yīng)用水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備過程當(dāng)中有許多新的情況產(chǎn)生，例如：從裝機(jī)容量上，同樣是5000t/d級的水泥窯，水泥生產(chǎn)條件、廢氣參數(shù)條件也類似,但裝機(jī)容量確有6.0MW、7.5MW、9.0MW等多種；從蒸汽參數(shù)上，有0.69～1.27MPa—280～340℃、1.57～2.47MPa-325～400℃等多種；從實際發(fā)電能力上，有的宣稱2500t/d窯裝機(jī)已達(dá)6000KW或發(fā)電功率已超過4000KW, 有的宣稱5500t/d窯發(fā)電已達(dá)9300KW等；從宣傳上，一些設(shè)計、承建單位為說明自己有先進(jìn)的水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)從而有很高的發(fā)電量，采用不報熟料熱耗、利用三次風(fēng)或其它水泥生產(chǎn)用的高溫氣體來發(fā)電、在發(fā)電機(jī)功率表上做手腳、低報熟料實際產(chǎn)量等不正當(dāng)手段進(jìn)行宣傳。
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由于上述新情況的產(chǎn)生，同時也由于為了規(guī)范水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究、開發(fā)、工程設(shè)計、工程建設(shè)工作，目前制定科學(xué)的水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)評價方法是十分必要的。
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二、目前水泥行業(yè)已經(jīng)推廣應(yīng)用的幾種純低溫余熱發(fā)電技術(shù)
???? 目前水泥行業(yè)已經(jīng)推廣應(yīng)用的幾種純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，以蒸汽參數(shù)來分，基本上有兩類：一類為0.69～1.27MPa—280～340℃的低壓低溫系統(tǒng)，一類為1.57～2.47MPa-325～400℃的次中壓中溫系統(tǒng)。
對于0.69～1.27MPa—280～340℃的低壓低溫系統(tǒng)，其熱力系統(tǒng)構(gòu)成有如下三種模式：
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其一：單壓不補(bǔ)汽式純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖1。
圖1
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其二：復(fù)合閃蒸補(bǔ)汽純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖2。
圖2
其三：多壓補(bǔ)汽式純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖3。
圖3
技術(shù)要點：利用水泥窯窯尾預(yù)熱器排出的350℃以下廢氣設(shè)置一臺窯尾預(yù)熱器余熱鍋爐（簡稱SP鍋爐）、利用水泥窯窯頭熟料冷卻機(jī)排出的400℃以下廢氣設(shè)置一臺熟料冷卻機(jī)廢氣余熱鍋爐（簡稱AQC爐）、兩臺鍋爐設(shè)置一臺蒸汽輪機(jī)、發(fā)電系統(tǒng)主蒸汽參數(shù)為0.69～1.27MPa—280～340℃。
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上述三種技術(shù)沒有本質(zhì)的區(qū)別，共同的特點：都是利用在窯頭熟料冷卻機(jī)中部增設(shè)抽廢氣口或直接利用冷卻機(jī)尾部廢氣出口的400℃以下廢氣及窯尾預(yù)熱器排出的300～350℃的廢氣余熱；最重要的特點是采用0.69～1.27MPa-280～340℃低壓低溫主蒸汽。區(qū)別僅在于：窯頭熟料冷卻機(jī)在生產(chǎn)0.69～1.27MPa-280～340℃低壓低溫蒸汽的同時或同時再生產(chǎn)0.1～0.5MPa-飽和～160℃低壓低溫蒸汽、或同時再生產(chǎn)85～200℃的熱水；汽輪機(jī)采用補(bǔ)汽式或不補(bǔ)汽式汽輪機(jī)；復(fù)合閃蒸補(bǔ)汽式適用于汽輪機(jī)房與冷卻機(jī)距離較遠(yuǎn)的情況而多壓補(bǔ)汽式適用于汽輪機(jī)房與冷卻機(jī)距離較近的情況。
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對于1.57～2.47MPa—325～400℃的次中壓中溫系統(tǒng)，其熱力系統(tǒng)構(gòu)成有如下兩種模式：
其一：冷卻機(jī)多級取熱純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖4。
其一：冷卻機(jī)多級取熱純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖4。
圖4
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其二：冷卻機(jī)多級取熱及循環(huán)風(fēng)純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖5。
圖5
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技術(shù)要點：利用水泥窯窯尾預(yù)熱器排出的350℃以下廢氣設(shè)置一臺窯尾預(yù)熱器余熱鍋爐（簡稱SP鍋爐）或同時利用窯尾C2級預(yù)熱器內(nèi)筒設(shè)置過熱器；利用熟料冷卻機(jī)排出的400℃以下廢氣設(shè)置一臺熟料冷卻機(jī)廢氣余熱鍋爐（簡稱AQC爐），或者通過改變窯頭熟料冷卻機(jī)廢氣排放方式：利用熟料冷卻機(jī)排出的部分360℃以下廢氣設(shè)置一臺AQC余熱鍋爐、利用熟料冷卻機(jī)排出的部分500℃以下廢氣設(shè)置一臺熟料冷卻機(jī)廢氣余熱過熱器（簡稱ASH過熱器）；將AQC爐排出的廢氣部分或全部返回冷卻機(jī)，窯頭熟料冷卻機(jī)冷卻風(fēng)采用循環(huán)風(fēng)方式；利用兩臺鍋爐或者增設(shè)的余熱過熱器設(shè)置補(bǔ)汽式蒸汽輪機(jī)，發(fā)電系統(tǒng)主蒸汽參數(shù)為1.57～3.43MPa—340～435℃、補(bǔ)汽參數(shù)為0～0.15MPa—飽和～160℃。
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三、研究、開發(fā)、應(yīng)用純低溫余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)注意的幾個原則性問題
3.1研究、開發(fā)、應(yīng)用水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)遵循的基本原則
水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)是以節(jié)能降耗從而降低水泥生產(chǎn)成本為目的，它的內(nèi)涵是：將水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的并且水泥生產(chǎn)過程本身已不能再利用的余熱回收從而轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，因此，研究、開發(fā)、應(yīng)用水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)遵循的基本原則：不影響水泥生產(chǎn)、不增加水泥熟料熱耗及電耗、不改變水泥生產(chǎn)用原燃料的烘干熱源、不改變水泥生產(chǎn)的工藝流程及設(shè)備。
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3.2對水泥生產(chǎn)影響的控制：水泥窯配套建設(shè)余熱電站，原則上要求不影響水泥生產(chǎn)，但由于在一條完整的熟料生產(chǎn)線窯頭、窯尾各串接相應(yīng)的余熱鍋爐，因此，余熱電站對水泥生產(chǎn)不產(chǎn)生任何影響是不可能的。根據(jù)已投產(chǎn)的余熱電站實際生產(chǎn)運行情況，對于遵循上述原則配套建設(shè)的余熱電站，投入運行后對水泥生產(chǎn)的影響主要集中在如下幾個方面：
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（1）窯尾高溫風(fēng)機(jī)：在窯尾SP鍋爐漏風(fēng)控制、結(jié)構(gòu)設(shè)計、受熱面配置、清灰設(shè)計、除灰設(shè)計、廢氣管道設(shè)計合適的條件下，電站投入運行后，窯尾高溫風(fēng)機(jī)負(fù)荷將有所降低，這種影響是正面的。
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（2）增濕塔：將隨著電站的投入或解出調(diào)整噴水量，直至停止或全開噴水。
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（3）生料磨及煤磨：隨著電站的投入或解出，烘干廢氣溫度將產(chǎn)生較大幅度的變化，需要根據(jù)烘干廢氣溫度的變化調(diào)整烘干廢氣量或磨的運行方式。
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（4）窯尾電收塵：如果窯尾采用電收塵，電站投入運行后對其收塵效果總是有影響的，只是由于地區(qū)不同、配料不同、燃料不同或其它條件不同，對收塵效果的影響程度不同。但當(dāng)窯尾采用袋收塵時，電站投入運行對提高收塵效果是有顯著作用的。
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（5）窯頭電收塵器：電站投入運行后，窯頭電收塵器工作溫度大為降低，粉塵負(fù)荷也相應(yīng)降低。
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（6）窯系統(tǒng)操作：由于窯系統(tǒng)增加了兩臺余熱鍋爐，而余熱鍋爐廢氣不但取自還要送回水泥窯系統(tǒng)，因此勢必需要增加窯系統(tǒng)窯頭、窯尾、廢氣處理、生料粉磨、煤制備系統(tǒng)的操作環(huán)節(jié)。
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對水泥窯生產(chǎn)造成的上述幾方面的影響，綜合起來為兩個方面：一是增加了水泥窯生產(chǎn)的操作環(huán)節(jié)（例如：隨著電站的投入、運行和解出，水泥窯需調(diào)整窯尾高溫風(fēng)機(jī)、增濕塔噴水、生料磨及煤磨、窯頭排風(fēng)機(jī)等系統(tǒng)的運行參數(shù)；二是如果窯尾采用電收塵，電站投入運行后對其收塵效果總是有或大或小的影響。
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對水泥窯生產(chǎn)造成的影響應(yīng)當(dāng)而且必須控制在上述范圍以內(nèi)，在目前水泥熟料燒成工藝技術(shù)及設(shè)備、純低溫余熱發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)配置技術(shù)及設(shè)備條件下，為了提高發(fā)電量而采用抽取三次風(fēng)或窯頭罩等高溫風(fēng)、生料或燃料烘干改用燃燒燃料而將原來用于烘干的廢氣用于發(fā)電等措施都是不可取的。采用這些措施，表面上增加了發(fā)電量，實際不但不會有助于水泥生產(chǎn)綜合能耗的降低，反而由于熟料熱耗的增加會使水泥生產(chǎn)綜合能耗增加（當(dāng)水泥廠建設(shè)余熱電站不是以節(jié)能為主要目的，在一公斤標(biāo)準(zhǔn)煤的價格與一度電的購電價格之比小于0.7的條件下，采用這些措施可以增加水泥生產(chǎn)綜合效益）。
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3.3準(zhǔn)確的余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)電能力指標(biāo)
目前對于余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)電能力指標(biāo)，大家往往只注意每噸熟料發(fā)電量，而很少注意相關(guān)因素對發(fā)電量的影響，這是目前產(chǎn)生許多新情況的主要原因。對于水泥窯純余熱發(fā)電，影響噸熟料發(fā)電量的因素很多，如：熟料熱耗（涉及窯頭、窯尾廢氣溫度等）；熟料形成熱（涉及生料配料成份）；原料、燃料烘干所需要的廢氣溫度、廢氣量（涉及可用于發(fā)電的余熱量）；電站熱力系統(tǒng)構(gòu)成方式及蒸汽參數(shù)（涉及發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)效率）；熟料實際產(chǎn)量和規(guī)模（涉及鍋爐、汽輪機(jī)等設(shè)備效率）；廢熱取熱方式（涉及對窯生產(chǎn)及熟料熱耗的影響）等等。
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由于影響余熱發(fā)電能力的上述因素,加之這些因素在實際生產(chǎn)中的復(fù)雜性，僅采用噸熟料余熱發(fā)電量來評價純低溫余熱發(fā)電技術(shù)是不科學(xué)、不完整、不準(zhǔn)確的，不能全面代表純低溫余熱發(fā)電技術(shù)水平。因此，根據(jù)目前的情況，研究、確定水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的評價方法既是必要的,條件也是成熟的而且也是急需的。
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四、水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的評價方法初探
盡管影響余熱發(fā)電能力的因素較多也比較復(fù)雜，但水泥熟料煅燒過程及純低溫余熱發(fā)電必定都是熱工過程，因此，研究、確定出全面、科學(xué)、準(zhǔn)確的純低溫余熱發(fā)電技術(shù)評價方法是可能的。本文提出的評價方法是初步的，僅供同行討論、參考，其由如下二部分構(gòu)成：
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第一部分:實用部分,即“每公斤熟料熱耗－噸熟料余熱發(fā)電量”。
目前水泥行業(yè)已經(jīng)習(xí)慣用噸熟料余熱發(fā)電量來做為衡量余熱發(fā)電技術(shù)水平的指標(biāo)，因此，評價方法中保留這個指標(biāo)是必要的。但由于噸熟料余熱發(fā)電量沒有考慮熟料熱耗、熟料形成熱、原燃料烘干所需廢氣溫度及廢氣量等因素對發(fā)電量的影響，因此，為了考慮影響余熱發(fā)電量的主要因素即熟料熱耗對余熱發(fā)電能力的影響，應(yīng)改為采用“每公斤熟料熱耗－噸熟料余熱發(fā)電量”(仍簡稱“噸熟料余熱發(fā)電量”)這一指標(biāo)來評價。盡管如此，由于這個指標(biāo)仍然沒有考慮熟料形成熱、原燃料烘干所需廢氣溫度及廢氣量對發(fā)電能力的影響，對于這個指標(biāo):
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(1)在建設(shè)余熱電站之前比較、確定余熱電站技術(shù)方案時，在熟料產(chǎn)量、熟料熱耗、用于發(fā)電的廢氣參數(shù)(廢氣溫度、廢氣量、含塵濃度等，下同)、用于原燃料烘干的廢氣參數(shù)條件都相同的條件下，采用“噸熟料余熱發(fā)電量”來對不同的余熱電站技術(shù)方案進(jìn)行評價是準(zhǔn)確、可靠的；
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(2)對于已投產(chǎn)的余熱電站，采用“噸熟料余熱發(fā)電量”來對余熱電站及水泥窯自身進(jìn)行綜合考核同樣也是準(zhǔn)確、可靠的；
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(3)對于已投產(chǎn)的不同水泥窯間的余熱電站進(jìn)行比較:當(dāng)熟料產(chǎn)量、熟料熱耗、用于發(fā)電的廢氣參數(shù)、用于原燃料烘干的廢氣參數(shù)等生產(chǎn)條件大體相同的條件下，采用“噸熟料余熱發(fā)電量”進(jìn)行比較是相對準(zhǔn)確、可靠的。當(dāng)上述生產(chǎn)條件差別較大，如:一條窯的熟料熱耗是750×4.1868kj/kg，而另一條窯為780×4.1868kj/kg；或一條窯的生料烘干廢氣溫度為200℃，而另一條窯為230℃時，采用“噸熟料余熱發(fā)電”進(jìn)行比較則是不準(zhǔn)確、不可靠的。
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對于熟料熱耗對發(fā)電能力的影響：根據(jù)研究及實際生產(chǎn)情況，一般來講，當(dāng)熟料熱耗增加或減少7～8Kcal/Kg時，噸熟料余熱發(fā)電量也響應(yīng)增加或減少1kwh以上。也就是說，余熱電站每多發(fā)1kwh電，窯系統(tǒng)將多消耗1～1.12Kg標(biāo)準(zhǔn)煤的燃料（這種結(jié)果，間接說明了采用提高熟料熱耗增加發(fā)電量的辦法是浪費能源的不可取的辦法）。
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