鲁燕1 严耽耽 2
1.身份证号码：320621198702265747 江苏；2.身份证号码：32068319880222962X 江苏
摘要：在水泥生产过程中，大量的余热被浪费，不仅排放到大气中污染，还会造成不必要的麻烦，严重影响了日常生产生活工作。随着可持续发展理念的传播，工作人员意识到，水泥生产过程中的余热并“废品”，可以变废为宝，利用其进行发电为企业效益创收。因此，文章研究了水泥纯低温余热发电技术以及效益。
关键词：水泥生产；余热发电；效益分析
一、水泥工业采用纯低温余热发电技术
纯低温余热发电技术有着自身显著的特点，由于其热源品位低，可以直接利用水泥工业中的废气余热来发电而不需要补燃，与常规的火力发电不同。在水泥工业中所产生的废气也与其他行业的不同，有着自身的显著特点：第一，废气品位低，并且工况波动大。一般窑头废气气温约为250℃～350℃，窑尾废气气温约为320℃～400℃。窑头蓖冷机由于热惯性不强，对窑况的变化也极其敏感，废气的参数波动大，温度波动可达100℃～150℃。而窑尾则不一样，窑尾系统热容量大，热惯性也相对较强，废气参数比较稳定，温度波动一般在15℃以内。这种热的差异在老式蓖冷机上表现得更为明显。第二，水泥工业中所排放的废气中含有较多的粉尘，粉尘浓度大，有较强的磨蚀性。废气中所含的粉尘在窑头、窑尾中也存有差异。窑头废气中所含的粉尘浓度为30～50g/Nm3，并且粉尘的磨蚀性较强；而窑尾废气中所含的粉尘浓度为60～80g/Nm3，粉尘的粘性较重。第三，纯低温余热发电系统可充分地运用余热，通常借助窑头、窑尾这两个点就能够达到理想的效果。
二、余热电站热力系统方案选择
提高水泥纯低温余热发电站的发电能力首先要做好余热电站热力系统的方案选择。余热电站的核心是热力循环系统，当前较为成功、成熟的热力循环方式主要有单压系统、闪蒸系统、双压系统等三种基本模式，以及由此而衍生的复合系统。
（一）单压系统
单压系统是目前较普遍采用的热力系统。在该系统中，窑头余热锅炉和窑尾余热锅炉生产相同或相近参数的主蒸汽，混合后进入汽轮机，主蒸汽在汽轮机内作功、在冷凝器凝结成水，经窑头锅炉加热后到热力除氧器除氧，由给水泵送入窑头余热锅炉加热，窑头余热锅炉生产的热水再为窑头余热锅炉蒸汽段和窑尾余热锅炉供水，从而形成一个完整的热力循环。单压系统的主要特点是汽轮机只设置一个高压蒸汽进汽口。
（二）闪蒸补汽系统
闪蒸系统应用闪蒸原理，根据不同品质的废气余热而生产一定压力的主蒸汽和热水，主蒸汽进入汽轮机高压进汽口；热水则在闪蒸容器里产生出低压的饱和蒸汽，然后补入补汽式汽轮机专门设计的低压进汽口；主蒸汽及低压饱和蒸汽在汽轮机内一起作功，拖动发电机发电，低压蒸汽发生器内的饱和水进入除氧器与冷凝水一起经除氧后再由给水泵供给锅炉。
（三）双压补汽系统
双压系统是根据废气余热品位的不同，分别生产较高压力和较低压力的两路蒸汽。余热锅炉生产较高压力的蒸汽后，烟气温度降低，依据低温烟气的品位，再生产低压蒸汽。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆较高压力的蒸汽作为主蒸汽进入汽轮机主进汽口；较低压力的蒸汽进入汽轮机的低压进汽口，一起推动汽轮机作功、发电；作功后的乏汽在冷凝器凝结成水后、经凝结水泵加压到除氧器除氧，再进入热力循环。
上述三个方案各有优缺点。技术上：单压方案简单，运转可靠，但余热开发、利用不完全；闪蒸和双压系统具有能源梯级开发利用优势，比单压系统技术更为先进，较单压系统多发电在8%~10%左右。一个5000t/d生产线的余热电站，吨熟料如超发电1kWh，全年可为企业带来80～100万元的利润，故双压方案等更为合理，发展较快。
（四）双压热力系统
这是目前较为常用的方案，该方案充分利用余热资源，设置两台不同参数余热锅炉，采用补汽凝汽式汽轮机，提高汽轮机内效率，提高吨熟料发电量。工艺流程介绍如下。
（1）在窑头设置双压余热锅炉，承担公共加热和生成低压蒸汽，同时生成部分高压蒸汽；采用立式自然循环，膜式受热面，带有两个汽包；烟气管路自上而下通过锅炉，先后经过锅炉内部的高压过热器、高压蒸发器、低压过热器、低压蒸发器和公共加热器；窑头余热锅炉前设置自然沉降除灰装置，锅炉传热管为螺旋翅片管。
（2）在窑尾设置生成高压蒸汽的窑尾余热锅炉，采用立式自然循环，膜式受热面，带有一个汽包；窑尾锅炉的传热管为蛇形管，烟气在换热管外流动，自上而下通过锅炉，同时设置机械振打除尘装置。高温烟气直接引入窑尾余热锅炉，利用窑尾余热锅炉吸收其热量后，降为225℃左右的烟气进入原料磨烘干原料，经除尘器除尘后，通过烟囱排放。
（3）两台余热锅炉所生成的高压主蒸汽经混均器混合后，通过主管道进入补汽凝汽式汽轮机，低压蒸汽经补汽管道进入汽轮机；汽轮机尾部乏汽进入冷凝器，凝结水通过凝结水泵和管道进入真空除氧器，在除氧器内经除氧后的水通过锅炉给水泵进入锅炉。
窑尾预热器产生的废气经改造后的管路引入窑尾余热锅炉，换热后的废气经管路进入原料磨，再经收尘器从烟囱排出；篦冷机中部冷却熟料产生的约400℃的废气经抽气管道进入窑头余热锅炉，换热后约95℃的烟气进入除尘器，通过烟囱排入大气。
采用双压锅炉，可充分利用热力资源，提高热效率，降低排气温度。
三、纯低温余热发电产生的各种效益
（一）经济效益
采用国产技术与装备的纯低温余热发电项目，每千瓦装机投资约6500元～7000元。纯低温余热发电的供电成本通常在0.12～0.16元/kWh之间，外购电价与供电成本的差价就是效益。余热发电的供电可满足水泥生产用电的1/3—1/4，吨水泥成本可降低l2～15元。投资回收期在3～4年之间。发电机组和水泥窑运转率基本相当，可达到7400h左右；熟料实际生产能力超过设计能力l0%左右，但吨熟料实际发电量达不到36kWh。综合各种因素，企业余热发电创造的经济效益应在3000万元左右。
（二）CDM效益
利用清洁发展机制项目（CDM）企业可获得额外的收入，例如：一条5000t/d生产线配套建设9MW余热发电机组，每年约减排2万多吨的CO2，按目前国际平均价格l0欧元计算，每年可给企业增收约150～200万元人民币。
（三）环境效益
纯低温余热发电的各种装置提高了收尘效果，具有一定的减排作用。经计算5000t/d规模窑头余热锅炉减排粉尘约为50.05t/a，窑尾余热锅炉减排粉尘为11.45t/a，合计每年减排粉尘为61.50t。也就是说9MW机组的两台锅炉的降尘作用，使水泥窑年减排粉尘为61.50t。由此推算。水泥窑利用余热发电满足生产线部分供电需求，相当于减少了燃煤发电量，等于减少了燃煤产生的SO2、CO2、NOx等有害气体对大气的污染。利用废气经余热锅炉进行热交换后，排入大气的温度大幅度降低，从而减小了对周围环境的热污染。
水泥工业是我国能源资源的消耗大户，随着我国能源资源的短缺，尤其是电力的短缺，导致水泥企业无法生产，也影响着水泥行业企业的进一步发展。因此在水泥工业中采用新技术，突破能源资源的限制迫在眉睫。此种背景下，纯低温余热发电技术应运而生，采用纯低温余热发电技术有着显著的经济效益和社会效益。
参考文献：
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[3]许清波.纯低温余热发电技术经济评价及其应用研究[D].华北电力大学（河北），2010
论文作者:鲁燕1,严耽耽 2
论文发表刊物:《基层建设》2015年20期供稿
论文发表时间:2016/3/17
标签：余热论文; 锅炉论文; 蒸汽论文; 废气论文; 汽轮机论文; 低温论文; 系统论文; 《基层建设》2015年20期供稿论文;