【水泥人網(wǎng)】筆者曾在文獻(xiàn)中介紹了熱力系統(tǒng)采用單壓系 統(tǒng) 、 熱水閃蒸雙壓系統(tǒng) （簡(jiǎn)稱閃蒸系統(tǒng) ） 及雙壓鍋爐 的熱能 ， 提高其做功能力， 即熱氣體分流是預(yù)分解窯 余熱發(fā)電方法的技術(shù)核心。 具體方法是， 將預(yù)熱器系統(tǒng)進(jìn)氣端或中部的氣體 予以分流。一部分氣體入預(yù)熱器系統(tǒng)預(yù)熱物料 ， 由于 氣 固 比 的 降 低， 提 高 了 該 部 分 氣 體 在 預(yù) 熱 系 統(tǒng) 內(nèi) 的 熱效率 ， 降低了預(yù)熱器出口廢氣溫度 ， 加之氣體量減 少 ， 因此所含的熱能大幅度降低 ， 該部分熱能僅作為 原料烘干的熱源之一。分流出的另一部分氣體 ， 其溫 度高于預(yù)熱 器出口氣體， 例如從入窯 級(jí)預(yù)熱器出 口 分流時(shí) ， 其 氣體溫度 約 ８７０℃， 進(jìn)入余熱 鍋爐 用 于 發(fā) 電。 鍋爐出口煙氣的余熱也作為原料烘干的熱源組成 部分。 顯然分流出氣體中的熱能是來(lái)自未分流時(shí)的 熱 器 出 口 的 廢 氣， 即 通 過(guò) 氣 體 分 流 達(dá) 到 熱 能 轉(zhuǎn) 移 的 目的， 其流程見圖 １ 。 雙壓系統(tǒng)（ 簡(jiǎn)稱雙壓系統(tǒng)） 的常規(guī)余熱發(fā)電系統(tǒng)。本 文介紹常規(guī)擴(kuò)展余熱發(fā)電系統(tǒng)（ 即在常規(guī)的發(fā)電系統(tǒng) 中考慮一些擴(kuò)展因素， 從而提高取熱質(zhì)量） 以及非常 規(guī)余熱發(fā)電系統(tǒng)。希望通過(guò)大家的實(shí)踐， 為我國(guó)節(jié)能 事業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
１ 常規(guī)擴(kuò)展余熱發(fā)電系統(tǒng)
１．１ 常規(guī)余熱發(fā)電系統(tǒng)的擴(kuò)展方法
１．１．１ 窯頭冷卻機(jī)設(shè)兩個(gè)或多個(gè)中部取風(fēng) 口回收不同品位的余熱 改變傳統(tǒng)的抽取窯頭熟料冷卻機(jī)廢氣方式， 即在 靠冷卻機(jī)進(jìn)料端 （熱端 ）設(shè)置一個(gè)抽取 ４００～ ６００℃廢氣 的 抽 氣 口 ， 同 時(shí) 在 冷 卻 機(jī) 中 部 設(shè) 置 一 個(gè) 抽 取 ２５０～ ４００℃廢氣的抽氣口。根據(jù)廢氣溫度， 利用 ＡＱＣ 爐生 產(chǎn) １．６～ ３．８２ＭＰａ－ 飽和 ～ ４５０℃的次中 壓或中壓過(guò) 熱蒸 氣， 并同時(shí)生產(chǎn) ０．１～ ０．５ＭＰａ－ 飽和 ～ １８０℃的低壓低溫蒸氣、 ２００℃熱水 〔４〕。 ８５～ １．１．２ 回收 Ｃ１ 和 Ｃ２ 之間連接風(fēng)管的熱量 在利用 Ｃ１ 出口排出的 ２５０～ ４００℃廢氣的同時(shí)， 利 用 Ｃ２ 內(nèi)筒至 Ｃ１ 入口的 ４５０～ ６００℃廢氣， 通過(guò)設(shè)置的 過(guò)熱器及 ＳＰ 爐生產(chǎn) １．６～ ３．８２ＭＰａ－ 飽和～ ４５０℃的次中 壓或中壓過(guò)熱蒸氣〔４〕。 １．１．３ 窯尾廢氣分流〔５〕 提高余熱發(fā)電量的關(guān)鍵是提高余熱的 “ ， 其 質(zhì)” 途徑是將原廢氣中供發(fā)電部分熱能轉(zhuǎn)移至比之較高 溫 度 的 煙 氣 中， 即 將 較 低 溫 度 的 熱 能 換 成 較 高 溫 度圖１ 煙氣分流流程。生熟料結(jié)粒粗大并出現(xiàn)黃心熟料。在實(shí)際操作中， 假 如發(fā)現(xiàn)燒成帶物料發(fā)黏， 帶起高度比較高， 物料翻滾 這 不靈活， 有時(shí)出現(xiàn)餅狀物料， 這說(shuō)明窯內(nèi)溫度太高。 時(shí)應(yīng)適當(dāng)減少窯頭用煤量， 同時(shí)適當(dāng)減少內(nèi)流風(fēng)， 加 大外流風(fēng)， 使火焰伸長(zhǎng)， 緩解窯內(nèi)太高的溫度。 若發(fā)現(xiàn) 窯內(nèi)物料帶起高度很低， 并順著耐火磚表面滑落， 物 料發(fā)散沒有黏性， 顆粒細(xì)小， 熟料 ｆＣａＯ 高， 則說(shuō)明燒 成帶溫度過(guò)低， 應(yīng)加大窯頭用煤量， 同時(shí)加大內(nèi)流風(fēng)， 相應(yīng)減少外流風(fēng)， 使火焰縮短， 燒成帶相對(duì)集中， 提高 燒成帶溫度， 使熟料結(jié)粒趨于正常。假如發(fā)現(xiàn)燒成帶 窯筒體局部溫度過(guò)高或窯皮大量脫落， 則說(shuō)明燒成溫 度不穩(wěn)定， 火焰形狀不好， 火焰發(fā)散沖刷窯皮及耐火 磚。 這時(shí)應(yīng)減少甚至關(guān)閉內(nèi)流風(fēng)， 減少窯頭用煤量， 加 大外流風(fēng)， 使火焰伸長(zhǎng)或者移動(dòng)噴煤管， 改變火點(diǎn)位 置， 重新補(bǔ)掛窯皮， 使燒成狀況恢復(fù)正常。 總之， 掛好窯皮并在生產(chǎn)中保護(hù)好窯皮是窯操作 工的重要任務(wù)。 （ 編輯 王新頻） － ３６ － 水泥 ＣＥＭＥＮＴ ２００７．Ｎｏ．９ １．１．４ 回收水泥窯筒體或三次風(fēng)管外表面的輻射熱 這種方法與 １．１．２ 節(jié)中所述相同， 用窯筒體或三 近 ２０ 多年來(lái)， 以導(dǎo)熱油為熱載體的間接供熱技 術(shù)， 在石油、 化工、 紡織、 制藥及橡膠等行業(yè)得到了發(fā) 展和日益廣泛的應(yīng)用。 導(dǎo)熱油是一種良好的有機(jī)熱載體傳熱介質(zhì)， 具有 較高的熱容量和較低黏度， 在常壓下導(dǎo)熱油的初餾點(diǎn) 比水的蒸發(fā)溫度要高出數(shù)倍。高溫導(dǎo)熱油在 ３００℃的 條件下仍不氣化而保持常壓， 此時(shí)飽和壓力的水蒸氣 已高達(dá) ８．５ＭＰａ 。因此在中、 高溫傳熱的條件下， 用導(dǎo) 熱油代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水蒸氣熱載體， 就能以低壓管道系統(tǒng) 代替高壓管道系統(tǒng)， 降低管道投資， 使運(yùn)行的安全性 和可靠性得到保障。 此外， 導(dǎo)熱油還具有傳熱均勻， 熱 穩(wěn)定性好， 以及優(yōu)良的導(dǎo)熱特性。例如 ： 在 １００℃時(shí)， 飽 和 水 蒸 氣 的 導(dǎo) 熱 系 數(shù) 為 ０．０２３ ７Ｗ／（ｍ? ， 而 ℃）? Ｍｏｂｉｌｔｈｅｒｍ ６０５ 號(hào)導(dǎo)熱油為 ０．１２７Ｗ／（ｍ ℃）， 是水蒸氣 的 ５．３５ 倍， 傳輸距離 遠(yuǎn)、 熱損失小 ， 能在多種 不 同 溫 度下獲得熱量。 導(dǎo)熱油對(duì)普通的碳鋼設(shè)備和管道基本 上無(wú)腐蝕作用， 不需要采用類似蒸汽系統(tǒng)的給水脫 輸送方便 鹽、 除氧等復(fù)雜的處理過(guò)程， 具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、 和機(jī)組傳熱效率高的特點(diǎn)。 因此純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng) 可選用以導(dǎo)熱油作工質(zhì)的余熱鍋爐。 次風(fēng)管的外表輻射熱對(duì)發(fā)電的循環(huán)工質(zhì)進(jìn)行過(guò)熱， 從 而提高發(fā)電用的蒸汽品質(zhì)， 提高發(fā)電能力。
１．２ 常規(guī)擴(kuò)展發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用分析 １．１．１ 節(jié)所述方案， 符合能量分級(jí)利用的原理， 能夠減小煙氣與發(fā)電工質(zhì)的換熱溫差， 減小 火用 損， 從而 提高發(fā)電能力。但此系統(tǒng)有如下問(wèn)題需要仔細(xì)斟酌：
?① 根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)， 當(dāng)冷卻機(jī)中部取風(fēng)溫度超過(guò) ４５０℃ 時(shí)， 可能對(duì)三次風(fēng)溫產(chǎn)生影響。
② 冷卻機(jī)的風(fēng)溫變化快、 幅度大， 因此過(guò)于復(fù)雜的取風(fēng)方案將帶來(lái)系統(tǒng)調(diào) 節(jié)上的困難。 對(duì)于 １．１．２ 節(jié)和 １．１．３ 節(jié)方案， 由于煙氣熱量提前 被發(fā)電工質(zhì)吸收一部分， 因此直接導(dǎo)致生料預(yù)熱溫度 降低， 會(huì)增加水泥熟料的熱耗。對(duì)于 １．１．４ 節(jié)， 水泥窯 筒體散熱量大約為 １４０￣１８０ｋＪ／ｋｇ， 如果能把這部分熱 量利用好， 將是對(duì)余熱回收的重大貢獻(xiàn)。但在利用過(guò) 程中， 不應(yīng)改變?cè)械谋亟Y(jié)構(gòu)， 也不應(yīng)以增加熟料 熱耗為代價(jià)。 以上常規(guī)擴(kuò)展余熱發(fā)電系統(tǒng)大多還停留在理論 階段， 實(shí)踐起來(lái)會(huì)有諸多問(wèn)題， 尤其是水泥窯熱耗是 否增加成為人們關(guān)注的要點(diǎn)。 由于一次能源越來(lái)越緊 張， 過(guò)去通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較， 只要能使企業(yè)獲得經(jīng)濟(jì) 利益的事就可以去做， 但是現(xiàn)在， 必須把是否節(jié)約能 源放在首位。 ２．１．３ 有機(jī)工質(zhì)及導(dǎo)熱油余熱發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成 以有機(jī)烷類透平機(jī)組和導(dǎo)熱油組成的余熱發(fā)電
系統(tǒng)如圖 ２ 所示。 ２２．１ 非常規(guī)余熱發(fā)電系統(tǒng)導(dǎo)熱油及有機(jī)工質(zhì)循環(huán) 以色列 ＯＲＭＡＴ 公司有機(jī)工質(zhì)透平機(jī)組〔６〕 以色列 ＯＲＭＡＴ 公 司 生 產(chǎn) 一 種 利 用 有 機(jī) 烷 類 為 ２．１．１ 工質(zhì)的透平機(jī)組， 以異戊烷最常用。異戊烷一般為無(wú) 色液體， 能與醚、 烴類和油類任意混溶， 難溶于醇， 不 溶于水， 沸點(diǎn)為 ３６℃。用異戊烷作工質(zhì)的透平機(jī)組有 如下優(yōu)點(diǎn)：圖２ 有機(jī)工質(zhì)及導(dǎo)熱油余熱發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成 ２．１．４ 系統(tǒng)應(yīng)用 １） 有機(jī)工質(zhì)沸點(diǎn)低， 易產(chǎn)生蒸汽， 因此可以回收低溫余熱； １９９９ 年在德國(guó)某 ３ ０００ｔ／ｄ 新型干法窯 的篦式冷卻機(jī)上， 采用低沸點(diǎn)工質(zhì)實(shí)現(xiàn)余熱發(fā)電， 這是工業(yè)試 驗(yàn)生產(chǎn)線， 噸熟料余熱發(fā)電量達(dá) １０．５ｋＷｈ 。如以此推 算， 同時(shí)將窯尾預(yù)熱器的廢氣余熱也采取相同措施回 收， 預(yù)計(jì)噸熟料余熱發(fā)電量可達(dá) ４５～ ５０ｋＷｈ。但由于 德國(guó)水泥市場(chǎng)不景氣， 余熱電站投資又較大， 試驗(yàn)沒 有繼續(xù)下去， 但該冷卻機(jī) 的余熱發(fā) 電裝置一直 在正 常運(yùn)行。 經(jīng)調(diào)查， 目前國(guó)內(nèi)汽輪機(jī)廠都沒有開發(fā)此類設(shè)備 的計(jì)劃， 因此目前透平機(jī)組只能外購(gòu)， 價(jià)格高。 ２００２ 年和 ２００５ 年， 我院和中國(guó)聯(lián)合水泥有限責(zé)任公司先 ２） 有機(jī)工質(zhì)蒸汽密度比水蒸氣密度大得多， 因此透平機(jī)轉(zhuǎn)速可降低， 效率高， 體積??； ３） 冷凝壓力接近或稍大于大氣壓， 工質(zhì)泄漏??； ４） 有機(jī)工質(zhì)耐低溫， 不受冰凍的影響； ５） 由于轉(zhuǎn)速低， 因此噪聲小； ６） 系統(tǒng)的工作壓力低， 約 １．５ＭＰａ； ７） 無(wú)濕蒸汽產(chǎn)生， 始終保持干燥， 不受腐蝕， 透平壽命長(zhǎng)。 ２．１．２ 導(dǎo)熱油熱載體及余熱鍋爐 ２００７．Ｎｏ．９ 張福濱： 常規(guī)擴(kuò)展余熱發(fā)電系統(tǒng)和非常規(guī)余熱發(fā)電系統(tǒng)介紹 － ３７ － 后與以色列 ＯＲＭＡＴ 公司進(jìn)行了技術(shù)交流， 但最終因 設(shè)備造價(jià)問(wèn)題而沒有被我院推廣。 ２．２ Ｋａｌｉｎａ 循環(huán) Ｋａｌｉｎａ 循 環(huán) 是 由 生 活 在 美 國(guó) 的 前 蘇 聯(lián) 科 學(xué) 家水混合 Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｋａｌｉｎａ 發(fā)明的。在這種循環(huán)中， 氨、 液取代了常規(guī)的水蒸氣作為汽輪機(jī)的工作介質(zhì)。 由于 氨、 水混合液的沸點(diǎn)遠(yuǎn)低于水的沸點(diǎn)， 因此可以利用 較低溫度的廢熱生產(chǎn)高壓蒸汽對(duì)汽輪機(jī)做功， 從而將 熱能轉(zhuǎn)換為電能。 同時(shí)這種介質(zhì)并非像水一樣在一個(gè) 固定溫度點(diǎn)沸騰， 而是在一個(gè)溫度區(qū)間范圍內(nèi)， 介質(zhì) 都能保持沸騰。 這樣就能保證在較大的溫度區(qū)間內(nèi)都 會(huì)對(duì)汽輪機(jī)做功。 這兩個(gè)特性特別適用于低熱值低溫 窯尾的 度的工業(yè)廢氣回收領(lǐng)域， 比如水泥廠的窯頭、 廢熱回收， 高爐煤氣發(fā)電以及其他產(chǎn)生廢熱的行業(yè)。圖５ 螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)工作原理 螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)有以下主要技術(shù)特點(diǎn)〔７〕： １）它是一種容積式的全流動(dòng)力設(shè)備， 能適應(yīng)過(guò)熱蒸汽、 飽和蒸汽、 汽水兩相流體和熱水 （包括高鹽分熱 水 ） 工質(zhì)； １９９３ 年， 美國(guó)電力公司許可由 Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｋａｌｉｎａ 創(chuàng)建的 Ｅｘｅｒｇｙ 公司在全球推廣 Ｋａｌｉｎａ 循環(huán)， 許可的電站裝機(jī)規(guī)模為 ５０～ 圖 １５０ＭＷ。 ３ 為 Ｋａｌｉｎａ 循環(huán)流程 簡(jiǎn)圖， 圖 ４ 為 Ｋａｌｉｎａ 循環(huán)傳熱簡(jiǎn)圖。 ２）可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速， 轉(zhuǎn)速一般設(shè)計(jì)為 １ ５００～ ０００ ３ ｒ／ｍｉｎ， 相比同功率汽輪機(jī)， 有較高的內(nèi)效率； 功率及熱負(fù)荷較大范圍變化情況 ３）在熱源參數(shù)、 下 ， 能保持較高運(yùn)行效率； ４）單機(jī)功率在 ５０～ ５００ｋＷ； １ ５）設(shè)備緊湊，占地少，工程施工量??； ６）操作方便 ， 運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單 ， 而且具有除垢自潔能力， 大修周期長(zhǎng)； 暖機(jī)。 ７）啟動(dòng)不需盤車、 螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)余熱發(fā)電是國(guó)家“ 八五” 科技攻 關(guān)課題之一。以天津大學(xué)為主要研究單位， 有中國(guó)建 材研究院參與的項(xiàng)目組， 曾經(jīng)制作出小型的試驗(yàn)機(jī) 組， 后因諸多問(wèn)題沒有得到應(yīng)用。 另外， 裝機(jī)規(guī)模擴(kuò)大 也是個(gè)難題。 ２．４圖３ 氟龍類有機(jī)工質(zhì)的發(fā)電系統(tǒng) 此方案也是利用有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行朗肯循環(huán)的發(fā)電 Ｋａｌｉｎａ 循環(huán)流程簡(jiǎn)圖 系統(tǒng)， 最早在日本赤惠水泥廠以及三菱氣體化學(xué)公司 水島化工廠建設(shè)了此類電站， 但是迫于環(huán)保壓力， 目 前已不再使用和研究。?
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