提高水泥窯純低溫余熱發電能力的具體措施

楊維山

摘要：水泥生產過程中，消耗了大量的電力資源和能源，水泥窯會排放出溫度在340℃左右的余熱，如果直接排放到大氣中，導致熱能的浪費，而且對大氣環境造成一定的影響，將這部分余熱充分的利用，轉化為電能，實現資源的再次利用，增加水泥廠的經濟收益，因此在水泥窯安裝熱力發電系統，將水泥窯中的余熱吸收起來，產生蒸汽，帶動汽輪機做功發電，可以為水泥廠生產提供電力，或者是廠區供電，低溫余熱發電技術，充分利用水泥窯余熱發電，不產生能源消耗，沒有任何的排放物，提升了水泥廠的經濟效益、環保效益以及良好的社會效益。

關鍵詞：水泥窯;純低溫余熱;發電能力

0.引言

水泥窯廢氣溫度大概為340℃，而且廢氣的流量較大，普通熱力發電廠的設備和系統不適用于水泥窯發電，所以要根據水泥窯的特點，打造一套適用于水泥窯純低溫余熱發電的系統，滿足水泥窯發電對熱力系統的需求，現階段使用的余熱發電系統主要有三種，包括單壓、雙壓以及復合閃蒸余熱發電系統，這三種系統都有各自的優缺點，在實際應用中，要對系統進行適當的調整和優化，以提升系統的發電能力。

1.水泥窯純低溫余熱發電熱力系統分析

1.1單壓余熱發電系統

水泥窯使用的單壓系統與熱電廠使用相同，但對蒸汽壓力有一定的要求，確保蒸汽具有較高的過熱度，提升蒸汽的利用率，將主蒸汽壓力降低，實現蒸汽的低位熱能，提升水泥窯的發電能力，確保噸熟料的發電能力達到34～45kWh，而主蒸汽壓力需要達到0.6MPa左右，蒸汽溫度為310℃左右。日本川崎重工業株式會社制造單壓系統表現較好，與上述參數比較接近，單壓系統的關鍵所在是汽輪機，由于單壓系統是降低蒸汽壓力，實現發電的目的，所以需要較低的主蒸汽壓力，致使汽輪機設計和制造的難度較大，需要汽輪機企業具有極高的研發能力和制造工藝，使汽輪機可以適應不同的余熱資源，如果使用主蒸汽壓力過高的汽輪機，將會減少余熱的利用率，降低水泥窯的發電能力。

1.2雙壓補汽余熱發電系統

雙壓系統的應用，實現了低位熱能利用的最大化，在余熱鍋爐中安裝兩個壓力系統，使用高壓力系統，利用高位熱能，應用低壓系統，吸收低位熱能，雙壓系統在熱力發電中的應用非常成熟，由于雙壓系統的技術含量高，設計和制造過程非常復雜，在水泥窯余熱發電中的應用，需要面臨鍋爐運行變化較大問題，而且廢氣溫度變化過快，在很短的時間內，可以從80℃增加至180℃，溫度差過大，導致鍋爐內部水動力失衡，出現汽包水位的變化，引起鍋爐的運行事故，甚至會形成“汽塞”問題，這些問題在水泥窯發電過程中已經發生多次，某廠使用的水泥窯熱電系統，由于窯頭余熱短時間內增長幅度過大，使省煤器出現汽化故障，導致汽包水位不能滿足熱電系統的需要，而且持續不斷的蒸汽，導致汽包水位降至警戒水位以下，引發鍋爐的運行故障，影響到水泥窯的正常發電，長期處于低負荷運行，達不到預期發電標準，這種故障好發于雙壓系統的低壓位置，所以使用雙壓系統時，要注意廢氣溫度控制問題，需要設計和制造單位的逐步完善，根據運行工況，設計出實用性好的雙壓系統。

1.3復合閃蒸余熱發電系統

利用閃蒸原理，突然降低高溫高壓水的壓力，發生瞬間蒸發，形成飽和蒸汽，推動汽輪機做功，依據蒸汽原理設計和制造的熱力發電閃蒸系統，增加省煤器中的水流量，增強鍋爐吸收低位熱能的能力，可以利用閃蒸系統調節水流量，使鍋爐保持安全的運行狀態，避免鍋爐的“汽塞”問題，閃蒸系統對余熱鍋爐的技術要求較低，所以鍋爐結構相對簡單，日本川崎重工業株式會設計制造的閃蒸系統，在寧國水泥廠水泥窯發電中得到了應用，這個系統的技術要點是補汽式的汽輪機，由于閃蒸系統產生飽和蒸汽，在推動汽輪做功后，蒸汽凝結成水，導致汽輪機整體含水量過高，所以對汽輪機中構件材質有一定的要求，需要具有較強的抗腐蝕性，而且需要使用大的量水，致使給水泵中的水流量較大。

2.提高水泥窯純低溫余熱發電能力的措施

2.1提高水泥窯余熱發電能力的優化方案

2.1.1使用復合閃蒸熱力系統

使用復合式閃蒸系統提高水泥窯的發電能力，采取兩爐一機的方式改進原有熱電系統，在熱電系統中安裝兩臺余熱鍋爐，分別布置在窯頭和窯尾區域，窯頭安裝AQC余熱鍋爐，窯尾安裝SP余熱鍋爐，AQC鍋爐與SP鍋爐產生的蒸汽進入一個蒸汽母管，匯聚到一臺汽輪機中進行熱電發電。增設一臺閃蒸器，作為熱電系統的水循環設備，給水泵將水輸送AQC鍋爐后，流入公共省煤器中，進行預熱，將熱水分成三部分，一部分進入SP鍋爐，然后進入高壓省煤器，接著流入蒸發器，最后進入過熱器，形成高壓蒸汽;一部分流入窯頭省煤器，進入蒸發器，然后進入過熱器，最后形成高溫高壓蒸汽，和SP鍋爐的高壓蒸汽匯聚到一起，流入汽輪機;最后一部分，由閃蒸器負責，運用閃蒸原理，形成低壓飽和蒸汽，流入汽輪機低壓缸中，和兩臺余熱鍋爐產生的高壓蒸汽，形成推動力，促使汽輪機運行發電。

2.1.2使用雙壓補汽系統

雙壓補汽系統與復合閃蒸熱電系統的布置方法類似，使用的也是兩機一爐的方法，雙壓補汽系統使用的是高壓和低壓兩套蒸汽水循環。高壓循環的水進入窯頭公共省煤器中，進行預熱，然后分成兩股，一股進入窯頭的高壓汽包內，一股進入窯尾高壓汽包內，然后在鍋爐熱能的作用下，開始加熱，形成高壓蒸汽，窯頭和窯尾的蒸汽進入汽輪機的高壓缸內;低壓水循環使用給水泵，將水輸送到窯頭低壓省煤器中，預熱后，進入窯頭低壓氣包內，在鍋爐加熱后，形成低熱蒸汽，流入汽輪機低壓缸，最后高壓缸內蒸汽和低壓缸內蒸汽共同做功，推動汽輪機發電。

2.2水泥窯余熱取熱的優化方案

2.2.1窯尾取熱，提高水泥窯發電能力

水泥窯在沒有使用余熱系統時，窯尾一級預熱器和高溫風機連接到一起，水泥窯生產過程中產生的煙氣，會進入高溫風機，然后在增濕塔內，用于烘干生料。窯尾的位置設置鍋爐后，對預熱器的出管道進行改造，與鍋爐的入管道連接，將原有的出管道作為旁路管道，安裝電動擋板;鍋爐的出管道與高溫風機的入管道相連，在入管道位置安裝電動擋板，兩個擋板都具有調節煙氣的作用，通過改造后的水泥窯，發電能力明顯提升，煙氣進入熱力發電系統后，加熱汽輪機中的水，產生蒸汽，促使蒸汽機發電，發電后排除的余熱，用于烘干生料，發電后，使用電動擋板調整煙氣流量，煙氣直接進入風機排出。

2.2.2窯頭取熱，提高水泥窯的發電能力

水泥生產過程中，熟料的溫度達到了1400℃，使用篦冷機降溫，冷卻風對高溫熟料進行冷卻，篦冷機將熱氣抽出后，輸送至回轉窯和分解爐，在窯頭安裝余熱鍋爐，吸取篦冷機輸送的熱氣，抽氣口位置選擇非常重要，如果在冷端附近，則吸的熱量較低，并且煙氣的流量大，影響到余熱鍋爐的正常運行，所以將抽氣口位置設在熱端附近，在不影響水泥熟料正常生產的前提下，在篦冷機熱端取熱，充分利用篦冷機的內能量，提升熱電系統的發電能力。

結語：通過對水泥窯熱力發電系統的改造和升級，設計安裝余熱發電系統，實現余熱資源的循環利用，使用AQC和SP鍋爐，在窯頭和窯尾充分吸取水泥窯的余熱，加熱鍋爐內的水，使蒸汽在鍋爐、省煤器、蒸發器、過熱器中流動，最后到達汽輪機，蒸汽推動汽輪機運行發電，提升水泥窯的發電能力，為水泥廠提供電力支持，使用余熱發電，相對的減少了企業電力消耗，實現了節能降耗的目的，積極響應我國節能減排的號召，實現企業資源利用的最大化。

參考文獻：

[1]馮金生.關于水泥窯純低溫余熱發電技術的探究[J].居舍，2018（35）：171-171.

[2]唐金泉，于海，唐兆偉.提高水泥窯現有余熱電站發電能力的幾項措施（上）[J].水泥，2018，（6）：28-32.

[3]李光義.水泥窯余熱發電技術的應用及其經濟分析[J].四川水泥，2019，（3）：3-3.