水泥窑余热发电

一条日产5000吨水泥熟料生产线每天可利用余热发电21-24万度，可解决约60%的熟料生产自用电，产品综合能耗可下降约18%，每年节约标准煤约2.5万吨，减排二氧化碳约6万吨。

水泥纯低温余热发电技术是指在新型干法水泥熟料生产线生产过程中，通过余热回收装置——余热锅炉将水泥窑窑头、窑尾排出大量的低品位废气余热进行热交换回收，产生过热蒸汽推动汽轮机实现热能向机械能的转换，从而带动发电机发出电能，窑头锅炉所发电能供水泥生产过程中使用。

水泥窑余热发电传统模式

由设计单位提供技术方案和电站设计，企业自己安排建设和管理。设计单位只承担设计，工作量较大，利润较薄，一些设计单位不愿意提供这种模式的服务。由于目前余热发电建设是买方市场，这种服务模式的比例逐年下降。

水泥窑余热发电EPC模式

即工程总承包模式。目前水泥余热发电建设采用EPC（总承包）模式比较普遍，市场占有率大约60%左右。采用这种模式主要原因是水泥余热发电市场比较火爆，技术供应商希望以工程总承包方式承接任务；另一方面水泥生产企业对水泥余热发电的设备采购、技术管理比较生疏，这方面正是技术供应商的优势。一般采用EPC模式时将土建工程拿出去，由业主自行招标。

水泥窑余热发电BOT模式

是一种由出资方建设——运营——转交的模式，也是今后的发展方向。采用这种模式，水泥企业利用拥有废气资源优势，由电站的承建方全部投资进行建设和管理。企业可以解决资金短缺造成的窘迫，近期可以获得优惠电价，最终可以获得电站。投资方依靠资金、技术、配套、CDM、管理等方面的优势，可以有效规避投资风险和取得短期较好经济效益。这种模式目前应用不够普遍，大概占10%左右。这种模式双方合作的条款是比较灵活的，关键是条款的内容双方均能接受。

后两种模式总体经济性评价是双赢的，可以说以优势克服弱势，双方盈利。2100433B

能源、原材料、水、土地等自然资源是人类赖以生存和发展的基础，是经济社会可持续发展的重要物质保证。而随着人类社会的进步、经济的发展，资源消耗速度越来越快，消耗量也越来越大。以地球有限的资源支撑人类社会的无限发展，将使地球资源供应越来越不堪与重负，供求矛盾也越来越大。近年来的煤电油运日趋紧张，油价、煤价的大幅上涨就是这种矛盾的具体体现。

社会经济的众多行业中，钢铁、冶金、水泥、玻璃行业是社会及经济发展的重要基础物资，而对于这些行业，一方面消耗大量的能源，另一方面也造成大量的能源浪费和环境污染。

备案信息

备案号：55999-2016

备案公告： 2016年第12号(总第204号)

根据上述热力学分析，从提高热力循环效率以及发电量考虑，水泥窑余热发电的主蒸汽参数应该是越高越好。但是受到影响余热电站主蒸汽参数选择的外在因素的影响，提高主蒸汽的参数又要受到一定的限制，因此只能根据具体情况进行计算后，才能总结出一些规律。下表是笔者针对各压力级的主蒸汽系统进行的热力计算结果。

某厂，其余热条件如下：窑头中部取风后有153000m3(标)/h-360℃的废气进入窑头余热锅炉；窑尾出C1筒的废气参数为330000m3(标)/h-340℃，可全部进入窑尾余热锅炉。窑尾余热锅炉的出口废气温度不应低于220℃，用于后续的生料烘干。针对锅炉生产2.5MPa、1.35 MPa、1.1 MPa、0.9 MPa、0.7 MPa等五种压力的主蒸汽（进入汽轮机的主蒸汽压力分别为2.35MPa、1.25 MPa、1.0 MPa、0.8 MPa、0.6 MPa）情况。计算发电量如表四所示。

发电能力变化（循环参数不同） 表四

通过表格中的计算结果可以看出：

a. 在主蒸汽都是320℃的情况下，主蒸汽压力1.25MPa时发电量最大。

主蒸汽1.25MPa系统与主蒸汽0.8MPa系统相比，窑头余热锅炉烟气温度由1.25MPa系统的91.6℃降低到0.8MPa系统的76.7℃，蒸汽量增加了2.2%，发电功率减少了4.7%。选择高循环参数的系统（1.25MPa）且冷却水水温足够低的情况下（汽轮机排汽压力降低到0.005MPa时），其发电功率比低循环参数（0.8MPa）且冷却水温较高（汽轮机排汽压力为0.008MPa时）的发电系统提高发电量11.6%。

具体分析原因有以下几点：

①．对于窑尾余热锅炉，由于进口烟气温度和排烟温度已经确定，也就是说可利用的废气热值已经确定，那么窑尾余热锅炉的蒸汽量取决于给水温度（即给水焓值，本计算假定窑尾给水温度一定，因为给水焓值随压力变化很小，可忽略变化的差值）及主蒸汽焓值。从表中可以看出，随着主蒸汽参数降低，主蒸汽焓值升高，因此窑尾余热锅炉的主蒸汽产量必定降低。那么主蒸汽作功能力随蒸汽参数降低而降低，再加上所产蒸汽量降低，所以窑尾余热锅炉将随着主蒸汽参数降低导致发电功率降低。

②．对于窑头，由于供应窑尾余热锅炉的给水量减少以及排烟温度不受制约，因此主蒸汽参数降低后窑头余热锅炉的主蒸汽产量有所提高。

③．汽轮机的汽耗率随压力降低而升高，主蒸汽1.25MPa系统与主蒸汽0.8MPa系统相比，汽耗率降低6.8%。

b. 在主蒸汽同样是320℃的情况下，主蒸汽为2.35MPa的系统比1.25MPa的系统的发电量低。

这是因为在主蒸汽2.35MPa的系统中，窑尾余热锅炉锅筒的饱和温度达到了227℃，加上最小换热端差后，使得锅炉的排烟温度降不下来，达230℃，同样窑头也存在类似的问题。尽管汽轮机的汽耗率大幅降低，但不能在量上充分利用余热，使得蒸汽产量降低，因此综合发电量降低。

c. 在主蒸汽压力同样是1.35MPa时，主蒸汽温度320℃时比主蒸汽温度310℃时的发电量大，这符合上述的热力学的基本理论。

d. 值得一提的是：

①. 主蒸汽为0.8MPa系统中窑尾余热锅炉给水温度设定为170℃，而窑尾余热锅炉锅筒的饱和温度达到了179.9℃，那么对于这么高温度的给水，由于接近于汽化温度，而会给管道带来不安全因素。如果为了保障管道及系统安全运行，则必须降低窑尾余热锅炉的给水温度，就意味着给水焓值降低，则窑尾余热锅炉的产汽量将更低，整套系统的发电量将更低。

②.有的学者认为：“对于同一种热力循环系统，当主蒸汽温度相同时，主蒸汽压力越高，其发电能力越低，这一点是不遵循热力循环基本理论的。这主要是因为；在水泥窑可用于发电的废气余热量及温度已确定的条件下，主蒸汽压力越高，锅炉汽包蒸汽饱和温度也就越高，相应的锅炉出口废气温度也提高。在此情况下，将产生不能回收的可用于发电的低温余热量；或者虽然可以将不能回收的低温余热量回收并用于发电，但由于废气温度的提高，加大了换热温差从而增加了火用损失，也就同样降低了发电能力……”因此部分学者和业主得出结论：主蒸汽压力应根据汽轮机允许的压力尽量采用低压。通过上述计算和分析，以上观点是不全面的。对于余热发电而言，整套热力系统包含锅炉、汽轮机、系统管道等诸多环节，不能单从锅炉这个环节来判断整个电站的发电功率。通过上述计算分析，主蒸汽的压力的选择应根据热力系统计算结果选择。

6．采用低压热力系统的条件

水泥窑单压纯余热发电系统有以下情况时，可优先考虑低压力的热力系统：

a. 废气参数太低，如有的厂窑尾废气温度低于300℃，实在不能生产更高温度和更高压力的主蒸汽时，被迫生产低参数的主蒸汽。

b. 少数厂窑尾废气去生料烘干的废气温度比较低或水泥工艺不用窑尾废气去烘干物料时，即当窑尾废气温度允许降低到200℃以下时，为了充分利用废气余热，可采用低压热力系统。2100433B