水泥窯余熱發(fā)電

一條日產(chǎn)5000噸水泥熟料生產(chǎn)線每天可利用余熱發(fā)電21-24萬(wàn)度，可解決約60%的熟料生產(chǎn)自用電，產(chǎn)品綜合能耗可下降約18%，每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約2.5萬(wàn)噸，減排二氧化碳約6萬(wàn)噸。

水泥純低溫余熱發(fā)電技術(shù)是指在新型干法水泥熟料生產(chǎn)線生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)余熱回收裝置——余熱鍋爐將水泥窯窯頭、窯尾排出大量的低品位廢氣余熱進(jìn)行熱交換回收，產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)熱能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電能，窯頭鍋爐所發(fā)電能供水泥生產(chǎn)過(guò)程中使用。

水泥窯余熱發(fā)電傳統(tǒng)模式

由設(shè)計(jì)單位提供技術(shù)方案和電站設(shè)計(jì)，企業(yè)自己安排建設(shè)和管理。設(shè)計(jì)單位只承擔(dān)設(shè)計(jì)，工作量較大，利潤(rùn)較薄，一些設(shè)計(jì)單位不愿意提供這種模式的服務(wù)。由于目前余熱發(fā)電建設(shè)是買方市場(chǎng)，這種服務(wù)模式的比例逐年下降。

水泥窯余熱發(fā)電EPC模式

即工程總承包模式。目前水泥余熱發(fā)電建設(shè)采用EPC（總承包）模式比較普遍，市場(chǎng)占有率大約60%左右。采用這種模式主要原因是水泥余熱發(fā)電市場(chǎng)比較火爆，技術(shù)供應(yīng)商希望以工程總承包方式承接任務(wù)；另一方面水泥生產(chǎn)企業(yè)對(duì)水泥余熱發(fā)電的設(shè)備采購(gòu)、技術(shù)管理比較生疏，這方面正是技術(shù)供應(yīng)商的優(yōu)勢(shì)。一般采用EPC模式時(shí)將土建工程拿出去，由業(yè)主自行招標(biāo)。

水泥窯余熱發(fā)電BOT模式

是一種由出資方建設(shè)——運(yùn)營(yíng)——轉(zhuǎn)交的模式，也是今后的發(fā)展方向。采用這種模式，水泥企業(yè)利用擁有廢氣資源優(yōu)勢(shì)，由電站的承建方全部投資進(jìn)行建設(shè)和管理。企業(yè)可以解決資金短缺造成的窘迫，近期可以獲得優(yōu)惠電價(jià)，最終可以獲得電站。投資方依靠資金、技術(shù)、配套、CDM、管理等方面的優(yōu)勢(shì)，可以有效規(guī)避投資風(fēng)險(xiǎn)和取得短期較好經(jīng)濟(jì)效益。這種模式目前應(yīng)用不夠普遍，大概占10%左右。這種模式雙方合作的條款是比較靈活的，關(guān)鍵是條款的內(nèi)容雙方均能接受。

后兩種模式總體經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)是雙贏的，可以說(shuō)以優(yōu)勢(shì)克服弱勢(shì)，雙方盈利。2100433B

能源、原材料、水、土地等自然資源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)保證。而隨著人類社會(huì)的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，資源消耗速度越來(lái)越快，消耗量也越來(lái)越大。以地球有限的資源支撐人類社會(huì)的無(wú)限發(fā)展，將使地球資源供應(yīng)越來(lái)越不堪與重負(fù)，供求矛盾也越來(lái)越大。近年來(lái)的煤電油運(yùn)日趨緊張，油價(jià)、煤價(jià)的大幅上漲就是這種矛盾的具體體現(xiàn)。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的眾多行業(yè)中，鋼鐵、冶金、水泥、玻璃行業(yè)是社會(huì)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)物資，而對(duì)于這些行業(yè)，一方面消耗大量的能源，另一方面也造成大量的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。

備案信息

備案號(hào)：55999-2016

備案公告： 2016年第12號(hào)(總第204號(hào))

根據(jù)上述熱力學(xué)分析，從提高熱力循環(huán)效率以及發(fā)電量考慮，水泥窯余熱發(fā)電的主蒸汽參數(shù)應(yīng)該是越高越好。但是受到影響余熱電站主蒸汽參數(shù)選擇的外在因素的影響，提高主蒸汽的參數(shù)又要受到一定的限制，因此只能根據(jù)具體情況進(jìn)行計(jì)算后，才能總結(jié)出一些規(guī)律。下表是筆者針對(duì)各壓力級(jí)的主蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行的熱力計(jì)算結(jié)果。

某廠，其余熱條件如下：窯頭中部取風(fēng)后有153000m3(標(biāo))/h-360℃的廢氣進(jìn)入窯頭余熱鍋爐；窯尾出C1筒的廢氣參數(shù)為330000m3(標(biāo))/h-340℃，可全部進(jìn)入窯尾余熱鍋爐。窯尾余熱鍋爐的出口廢氣溫度不應(yīng)低于220℃，用于后續(xù)的生料烘干。針對(duì)鍋爐生產(chǎn)2.5MPa、1.35 MPa、1.1 MPa、0.9 MPa、0.7 MPa等五種壓力的主蒸汽（進(jìn)入汽輪機(jī)的主蒸汽壓力分別為2.35MPa、1.25 MPa、1.0 MPa、0.8 MPa、0.6 MPa）情況。計(jì)算發(fā)電量如表四所示。

發(fā)電能力變化（循環(huán)參數(shù)不同） 表四

通過(guò)表格中的計(jì)算結(jié)果可以看出：

a. 在主蒸汽都是320℃的情況下，主蒸汽壓力1.25MPa時(shí)發(fā)電量最大。

主蒸汽1.25MPa系統(tǒng)與主蒸汽0.8MPa系統(tǒng)相比，窯頭余熱鍋爐煙氣溫度由1.25MPa系統(tǒng)的91.6℃降低到0.8MPa系統(tǒng)的76.7℃，蒸汽量增加了2.2%，發(fā)電功率減少了4.7%。選擇高循環(huán)參數(shù)的系統(tǒng)（1.25MPa）且冷卻水水溫足夠低的情況下（汽輪機(jī)排汽壓力降低到0.005MPa時(shí)），其發(fā)電功率比低循環(huán)參數(shù)（0.8MPa）且冷卻水溫較高（汽輪機(jī)排汽壓力為0.008MPa時(shí)）的發(fā)電系統(tǒng)提高發(fā)電量11.6%。

具體分析原因有以下幾點(diǎn)：

①．對(duì)于窯尾余熱鍋爐，由于進(jìn)口煙氣溫度和排煙溫度已經(jīng)確定，也就是說(shuō)可利用的廢氣熱值已經(jīng)確定，那么窯尾余熱鍋爐的蒸汽量取決于給水溫度（即給水焓值，本計(jì)算假定窯尾給水溫度一定，因?yàn)榻o水焓值隨壓力變化很小，可忽略變化的差值）及主蒸汽焓值。從表中可以看出，隨著主蒸汽參數(shù)降低，主蒸汽焓值升高，因此窯尾余熱鍋爐的主蒸汽產(chǎn)量必定降低。那么主蒸汽作功能力隨蒸汽參數(shù)降低而降低，再加上所產(chǎn)蒸汽量降低，所以窯尾余熱鍋爐將隨著主蒸汽參數(shù)降低導(dǎo)致發(fā)電功率降低。

②．對(duì)于窯頭，由于供應(yīng)窯尾余熱鍋爐的給水量減少以及排煙溫度不受制約，因此主蒸汽參數(shù)降低后窯頭余熱鍋爐的主蒸汽產(chǎn)量有所提高。

③．汽輪機(jī)的汽耗率隨壓力降低而升高，主蒸汽1.25MPa系統(tǒng)與主蒸汽0.8MPa系統(tǒng)相比，汽耗率降低6.8%。

b. 在主蒸汽同樣是320℃的情況下，主蒸汽為2.35MPa的系統(tǒng)比1.25MPa的系統(tǒng)的發(fā)電量低。

這是因?yàn)樵谥髡羝?.35MPa的系統(tǒng)中，窯尾余熱鍋爐鍋筒的飽和溫度達(dá)到了227℃，加上最小換熱端差后，使得鍋爐的排煙溫度降不下來(lái)，達(dá)230℃，同樣窯頭也存在類似的問(wèn)題。盡管汽輪機(jī)的汽耗率大幅降低，但不能在量上充分利用余熱，使得蒸汽產(chǎn)量降低，因此綜合發(fā)電量降低。

c. 在主蒸汽壓力同樣是1.35MPa時(shí)，主蒸汽溫度320℃時(shí)比主蒸汽溫度310℃時(shí)的發(fā)電量大，這符合上述的熱力學(xué)的基本理論。

d. 值得一提的是：

①. 主蒸汽為0.8MPa系統(tǒng)中窯尾余熱鍋爐給水溫度設(shè)定為170℃，而窯尾余熱鍋爐鍋筒的飽和溫度達(dá)到了179.9℃，那么對(duì)于這么高溫度的給水，由于接近于汽化溫度，而會(huì)給管道帶來(lái)不安全因素。如果為了保障管道及系統(tǒng)安全運(yùn)行，則必須降低窯尾余熱鍋爐的給水溫度，就意味著給水焓值降低，則窯尾余熱鍋爐的產(chǎn)汽量將更低，整套系統(tǒng)的發(fā)電量將更低。

②.有的學(xué)者認(rèn)為：“對(duì)于同一種熱力循環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)主蒸汽溫度相同時(shí)，主蒸汽壓力越高，其發(fā)電能力越低，這一點(diǎn)是不遵循熱力循環(huán)基本理論的。這主要是因?yàn)?；在水泥窯可用于發(fā)電的廢氣余熱量及溫度已確定的條件下，主蒸汽壓力越高，鍋爐汽包蒸汽飽和溫度也就越高，相應(yīng)的鍋爐出口廢氣溫度也提高。在此情況下，將產(chǎn)生不能回收的可用于發(fā)電的低溫余熱量；或者雖然可以將不能回收的低溫余熱量回收并用于發(fā)電，但由于廢氣溫度的提高，加大了換熱溫差從而增加了火用損失，也就同樣降低了發(fā)電能力……”因此部分學(xué)者和業(yè)主得出結(jié)論：主蒸汽壓力應(yīng)根據(jù)汽輪機(jī)允許的壓力盡量采用低壓。通過(guò)上述計(jì)算和分析，以上觀點(diǎn)是不全面的。對(duì)于余熱發(fā)電而言，整套熱力系統(tǒng)包含鍋爐、汽輪機(jī)、系統(tǒng)管道等諸多環(huán)節(jié)，不能單從鍋爐這個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)判斷整個(gè)電站的發(fā)電功率。通過(guò)上述計(jì)算分析，主蒸汽的壓力的選擇應(yīng)根據(jù)熱力系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果選擇。

6．采用低壓熱力系統(tǒng)的條件

水泥窯單壓純余熱發(fā)電系統(tǒng)有以下情況時(shí)，可優(yōu)先考慮低壓力的熱力系統(tǒng)：

a. 廢氣參數(shù)太低，如有的廠窯尾廢氣溫度低于300℃，實(shí)在不能生產(chǎn)更高溫度和更高壓力的主蒸汽時(shí)，被迫生產(chǎn)低參數(shù)的主蒸汽。

b. 少數(shù)廠窯尾廢氣去生料烘干的廢氣溫度比較低或水泥工藝不用窯尾廢氣去烘干物料時(shí)，即當(dāng)窯尾廢氣溫度允許降低到200℃以下時(shí)，為了充分利用廢氣余熱，可采用低壓熱力系統(tǒng)。2100433B