新型干法水泥生產中純低溫余熱發電技術的應用

摘 要：對新型干法水泥生產中純低溫余熱發電設備組成及工藝流程進行了介紹，并針對不同地區分析了重要參數的選擇。結合實際運行帶來的經濟效益、環保效益和社會效益來論證純低溫余熱發電技術的應用前景。

關鍵詞：純低溫；余熱發電；經濟性；環保性

1 概述

黨的十八大報告中對未來企業發展做出了明確要求：樹立科學發展觀，加強全過程節約管理，加強節能降耗，推動資源利用方式根本轉變，提高能源利用效率和效益，節約集約利用資源，建立節約型社會，推動可持續發展戰略。國家針對近年來水泥行業高速增長中帶來的能源消耗高、環境污染重等狀況，制定了水泥行業發展規劃，鼓勵日產2000噸以上水泥熟料干法生產線采用世界先進的純低溫余熱發電技術，對水泥生產過程中產生的廢氣余熱進行回收利用。相對舊式帶補燃爐余熱發電技術，新型純低溫余熱發電技術從經濟性、環保性及設備運行可靠性均具有較大優勢，在新型干法水泥生產中正在普遍推廣和使用。

2 一級閃蒸純低溫余熱發電技術介紹

2.1 設備組成

上圖為海螺水泥應用日本川崎技術及關鍵設備自行研發的純低溫余熱發電系統。整個系統設置一臺PH鍋爐用于回收預熱器出口廢氣熱能，一臺AQC鍋爐用于回收篦冷機出口廢氣熱能，一臺閃蒸器用于調節省煤器出口溫度并產生飽和蒸汽作為汽輪機補汽輔助做功，一套鍋爐給水系統，一套汽輪發電機及其冷卻水系統。

2.2 流程介紹

純低溫余熱發電熱力循環是基本的蒸汽動力循環，即汽、水之間的往復循環過程。蒸汽進入汽輪機做功后經凝汽器冷卻成凝結水，凝結水由凝結泵泵入閃蒸器下集箱與閃蒸器出水匯合后經給水泵升壓進入省煤器進行加熱，經省煤器加熱后的高溫水分為三路分別送至AQC鍋爐汽包、PH鍋爐汽包和閃蒸器內。進入兩鍋爐汽包的水在鍋爐內循環受熱產生一定壓力下的過熱蒸汽作為主蒸汽送入汽輪機做功，進入閃蒸器的高溫水利用“閃蒸”原理產生一定壓力下的飽和蒸汽作為補汽送入汽輪機后幾級輔助做功。做功后的乏汽經凝汽器冷卻形成凝結水重新參與熱力循環，循環過程中損耗的水由純水裝置制取的純水進行補充。

2.3 重要參數選擇

純低溫余熱發電技術的使用是在不增加熟料標煤耗和不影響原料磨、煤磨用風的前提下，盡可能多的回收窯頭及窯尾廢氣中所含的熱量。

余熱鍋爐入口廢氣溫度一般為320-400℃，這也就決定了余熱發電一般采用低壓機組，主汽壓力一般在0.6-1.5MPa直接，主汽溫度在300-360℃之間。

因正常運行時鍋爐汽包內的爐水接近飽和，并且水在飽和狀態下壓力和溫度存在一一對應關系（見表1），忽略鍋爐入口傳熱端差的變化，鍋爐汽包壓力的高低直接決定了鍋爐排煙溫度的高低。因窯頭鍋爐廢氣為冷卻熟料后的熱空氣，不存在露點的約束，可以設置省煤器將排煙溫度降至100℃以下，以盡可能多的回收窯頭廢氣熱量。窯尾鍋爐排出的廢氣因還要用于原料和原煤的烘干而不能降至太低，一般為160-200℃之間。對于南方地區，因環境溫度較高，原料烘干所需熱量相對較少，鍋爐汽包壓力一般選擇在0.5-0.7MPa之間以使鍋爐排煙溫度降至160℃左右；而環境寒冷的北方地區，原料烘干所需的熱量相對較多，鍋爐汽包壓力一般選擇在1.2-1.4MPa之間以保證鍋爐排煙溫度能在200℃左右。

表1 飽和狀態下壓力和溫度的關系

3 經濟性及環保性分析

純低溫余熱發電對熟料生產的降本增效起著可觀的作用。下面以河北唐山某水泥生產企業為例來闡述余熱發電帶來的經濟效益。

3.1 項目概況

該企業建設有一條3000t/d的熟料生產線附帶7900KW余熱發電機組和一條5000t/d的熟料生產線附帶10000KW余熱發電機組，兩臺發電機組項目總投資為1.25億元，年設計發電量1.26億千瓦時。

3.2 直接經濟效益

2011年該企業實際熟料產量為283萬噸，兩臺發電機組實際共發電1.099億千瓦時，除去自身用電后的上網電量為1.012億千瓦時，噸熟料上網電量為35.76千瓦時。該企業2011年度含設備折舊在內的供電成本為0.15元，外購電價為0.56元，則余熱發電創造的直接經濟效益為：

直接經濟效益=（0.56-0.15）×1.012=0.415億元

噸熟料降低成本=（0.56-0.15）×35.76=14.66元

投資回收年限=1.25/0.415≈3年

3.3 減少增濕塔水耗經濟效益

余熱發電投入運行后，由于大幅度降低了排煙溫度，增濕塔噴水量每天至少降低1000噸。該公司用水成本為2.5元/噸，按年運行300天計算，增濕塔水耗降低帶來的經濟效益=1000×2.5×300=75萬元。

3.4 物料回收的經濟效益

由于余熱鍋爐均設置了除灰裝置，能夠有效回收廢氣中攜帶的物料并送至熟料系統被重新利用，同時可以減少熟料系統除塵裝置及風機的磨損。

3.5 環保效益

余熱發電建成后不僅可以降低能源消耗，并且可以有效的降低碳排放。按該公司2011年生產指標計算，每年可節約標煤3.4萬噸（每度電標煤耗按0.33kg計算），減少二氧化碳排放量8.9萬噸（每千克標煤二氧化碳排放量按2.62kg計算）。

3.6 CDM項目收益

該公司10000KW機組成功注冊CDM項目，并與荷蘭某企業合作，半年時間內通過碳排放交易獲利114萬元，實現了環保與經濟效益的雙贏。

4 應用前景

純低溫余熱發電技術在新型干法水泥生產中廣泛，不僅能夠降低企業生產成本、減少環境污染，而且為余熱發電設備生產企業、建設和檢修企業提供了良好的發展機遇，并能增加相關就業崗位，一定程度上緩解就業壓力。在企業發展目標轉向“節能降耗、降本增效”的今天，大多數水泥生產企業都已建成或開始建設純低溫余熱發電項目，眾多科研人員正致力如何于優化純低溫余熱發電系統設計，眾多運行人員正致力協調純低溫余熱發電和熟料生產之間的配合問題，純低溫余熱發電有著廣闊的發展前景。