两代水泥窑纯余热发电技术及相关问题比较研究

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1、两代水泥窑纯余热发电技术及相关问题比较研究摘要：本文对目前我国新型干法水泥窑纯余热发电几种热力循环系统、循环参数、废气取热方式的特点及发电能力进行了研究、分析、比较，其分析、研究、比较过程及结论，在我国水泥工业工艺及装备技术得以迅速发展、数百条日产数千吨级大型干法水泥熟料生产线陆续投产的情况下，更加之作者提出的第二代水泥窑纯余热发电技术实际应用工程----山水昌乐水泥有限公司2500t/d新型干法窑3.3MW（汽轮机为1980年生产的NK3.0-2.4/385旧机组）纯余热电站已于8月10日结束调试使水泥窑纯余热发电技术有了新进展

2、,相信本文对水泥生产企业建设余热电站的决策及水泥窑纯余热发电技术、装备的发展有指导意义。主题词：水泥工业；余热发电；发电能力；1、前言近年来，随着我国水泥工业数百条大型干法水泥熟料生产线（简称水泥窑）的陆续投产，为水泥窑纯余热发电技术及装备的推广应用创造了市场条件。在这个背景条件下，目前国内具有水泥窑余热发电工程设计、技术开发能力的数家单位，以利用日本KHI技术及设备建设的安徽宁国水泥厂、广西柳州水泥厂纯余热电站为蓝本，推出了几种水泥窑纯余热发电的热力循环系统并已在上海万安企业1400t/d、浙江三狮2500及5000t/d预分解

3、窑等数条生产线上实际应用。考虑目前国内陆续投产的大型水泥窑技术及装备的变化并结合国内火力发电设备设计制造现状，对水泥工业纯余热发电应采用的热力循环系统、循环参数及废气取热方式进行深入的研究分析从而促进我国纯余热发电技术的发展、充分合理利用余热尽而提高余热发电能力是非常必要的。2、第一代纯余热发电技术目前国内常用的水泥窑纯余热发电技术（暂且称为第一代纯余热发电技术）有如下三种：其一：不补汽式纯余热发电技术，见图1。其二：复合闪蒸补汽纯余热发电技术，见图2。其三：多压补汽式纯余热发电技术，见图3图1：不补汽式纯余热发电热力循环系统、循

4、环参数及废气取热方式图2：复合闪蒸补汽式纯余热发电热力循环系统、循环参数及废气取热方式图3：多压补汽式纯余热发电热力循环系统及废气取热方式上述三种技术没有本质的区别，共同的特点：都是利用在窑头熟料冷却机中部增设抽废气口或直接利用冷却机尾部废气出口的200～400℃废气及窑尾预热器排出的280～400℃的废气余热；最重要的特点是采用0.69～1.57MPa-饱和～340℃低压低温主蒸汽。区别仅在于：窑头熟料冷却机在生产0.69～1.57MPa-饱和～340℃低压低温蒸汽的同时或同时再生产0.1～0.5MPa-饱和～160℃低压低温蒸

5、汽、或同时再生产85～200℃的热水；汽轮机采用补汽式或不补汽式汽轮机；复合闪蒸补汽式适用于汽轮机房与冷却机距离较远的情况而多压补汽式适用于汽轮机房与冷却机距离较近的情况。上述三种系统共同的问题是没有很好利用熟料冷却机的废气温度，系统只生产低温低压蒸汽，余热没有按其温度分布进行梯级利用，使得对于带有5级预热器水泥窑其余热发电能力在保证满足生料烘干所需废气温度为210℃、煤磨烘干所需废气参数、不影响水泥生产、不增加水泥熟料烧成热耗及电耗、不改变水泥生产用原燃料的烘干热源、不改变水泥生产的工艺流程及设备的条件下，每吨熟料余热发电量实际

6、上不可能超过720kcal/kg-33kwh（实际熟料产量为5000t/d,热耗为小于720kcal/kg或者预热器出口废气温度小于330℃,生料烘干温度大于210℃时的发电功率不会大于7000Kw）。如果设计超过720kcal/kg-33kwh(7000Kw），或者是提高发电量而加大装机容量（比如装机容量为9000Kw）,其途径只能是:要么增加窑尾余热锅炉受热面积(增加锅炉重量)以降低锅炉出口废气温度（即是降低生料烘干废气温度）而增加蒸汽产量;要么增加熟料热耗以提高废气温度而增加蒸汽产量;要么实际熟料产量大于5000t/d。这样

7、势必要增加电站投资或者影响水泥生产物料烘干或者增加熟料生产能耗。3、第二代纯余热发电技术（专利技术，保护范围：主蒸汽参数1.6～3.82Mpa次中压或中压----饱和温度至450℃过热蒸汽，窑头熟料冷却机两个及两个以上用于生产蒸汽的取废气口，窑尾预热器设置独立的蒸汽过热器）针对第一代纯余热发电技术的上述特点，分析水泥窑废气温度及废气热量的分布情况如下：不带余热发电时的废气温度及热量分布图，见图4；第一代余热发电的废气温度及热量分布图，见图5；第二代余热发电的废气温度及热量分布图，见图6；图4：不带余热发电时的废气温度及热量分布图图

8、5：第一代余热发电的废气温度及热量分布图图6：第二代余热发电的废气温度及热量分布图根据上述废气温度及热量分布，发电系统完全有条件采用中温中压主蒸汽参数，为此笔者提出同时已经实际应用了两种第二代余热发电热力系统及废气取热技术并申请了专利，分别见图7、