水泥窑余热发电研究进展

2016-11-30李敬德成都昊特新能源技术股份有限公司四川成都610041

中国新技术新产品 2016年2期

关键词：余热回收进展

李敬德（成都昊特新能源技术股份有限公司，四川　成都　610041）

水泥窑余热发电研究进展

李敬德
（成都昊特新能源技术股份有限公司，四川成都610041）

摘要：本文总结了水泥窑低温余热发电技术的现状及发展历程，阐述了水泥窑发电量与能耗的关系，同时指出了现阶段水泥窑低温余热发电技术存在的问题，以期为我国水泥窑行业的发展提供依据。

关键词：水泥窑；余热回收；进展

1 引言

中国是世界上水泥主要生产国，2010年中国水泥产量占世界总产量的60%。水泥行业也是高耗能产业之一。当前，我国水泥工业中立窑、干法中空窑等落后技术装备还占相当比重，可持续发展面临严峻挑战。

2 水泥窑余热发电国内外研究现状

2.1 国外研究现状

针对高温废热发电的研究已持续相当长的时期，自能源危机以后，低温余热发电才引起各国的关注。日本、美国、德国等在水泥窑余热发电技术领域较早涉入，且技术较为成熟。

1981年，日本住友公司岐阜水泥厂首先利用冷却机低温废气进行发电。目前，日本有超过一半的新型干法水泥生产线已安装了余热发电装置，且稳定性强、发电效率高，位于余热回收技术领域的领先水平。同时，德国也引进以色列ORMAT公司的技术和装备，实现了冷却机的废气余热发电。以色列利用ORC系统针对水泥生产过程中产生的150℃～350℃低温烟气进行余热发电，该技术被美国、日本、俄罗斯等国家引进。美国的Recurrent公司开发了一套以氨和水的混合液为工质的汽轮机余热回收发电系统，技术较为领先。

2.2 国内研究现状

我国水泥窑余热发电技术发展较晚，解放前其还处于空白状态。我国水泥窑余热发电技术主要经历了以下四个阶段。

第一阶段：20世纪50年代～80年代。首先，为了解决水泥需求量增加和电力紧张的难题，我国开始进行干法中空窑余热发电技术及装备的研发。后来，参照日本引进德国技术在中国建立的中空窑余热发电装备，对现有技术进行改造升级，实现中空窑余热发电技术的突破。

第二阶段：20世纪90年代。随着我国新型干法工艺的发展，废气温度已降至400℃左右，但前期问题仍未解决。国家安排三项科技攻关课题，实现了我国水泥窑余热利用技术的跨越。

第三阶段：20世纪90年代～21世纪初。此阶段主要为第二阶段余热发电技术及装备的普及与示范化应用。

第四阶段：21世纪初之后。随着人们节能和环保意识的不断提高，单纯以发电量为目标的余热发电技术已经不能满足水泥余热发电的需求，使水泥窑余热发电进入蓬勃发展时期。

3 水泥窑余热发电技术概述

在水泥窑余热发电技术发展过程中，涌现出三代余热发电技术。

第一代余热发电技术：窑头和窑尾设置余热锅炉，分别回收预热器一级出口和篦冷机排出的350℃～400℃的废气余热。主要包括单压不补汽式系统、双压补汽式系统、复合闪蒸式系统，其均通过产生低压的蒸汽来进行做功发电。

第二代余热发电技术：在窑头篦冷机上设置两个抽气口，高温口排出的500℃废气余热供过热器回收，低温口排出的360℃以下的废气余热供余热锅炉回收；窑尾直接回收预热器一级出口排出的350℃废气余热，在二级预热器内设置过热器进行回收。与第一代相比，第二代技术回收了在窑尾二级预热器中的废气余热，且在窑头篦冷机处采用分级抽气，实现了温度对口、梯级利用，提高余热回收效率。

第三代余热发电技术：第三代技术主要对第二代技术进行改造升级，增设窑头篦冷机的抽气口，保证高温、中温、低温废气余热的梯级回收。

4 水泥窑发电量与能耗之间的关系

部分专家提出余热发电上限，认为目前的纯低温余热发电已经达到40kWh/t熟料，余热资源回收空间十分狭小，余热利用的意义不大。对于水泥行业，200℃以下的大量低品质余热尚未得以利用，且如窑筒体散热等，余热回收潜力也十分巨大。

水泥熟料的理论热耗在390kcal/kg～430kcal/kg，以目前的先进生产工艺，熟料热耗能可以达到710kcal/kg。即熟料烧成的热效率约为54.93%～60.56%，折算成标煤约为40000g～45710g标煤/t熟料，经折算可发电130kWh/t～114kWh/t熟料。但目前的纯低温余热发电仅回收40kWh/t熟料，再增加发电量就会导致煤耗的增加。国家规定的发电对标系数为350g/kWh，如果多烧350g煤可以多发2kWh的电，也必然是可行的。但实际上，可以采取相应措施，增加发电量的同时并不增加煤耗。比如说：首先是纯低温余热发电技术的突破，余热回收的温限进一步扩大；采用“补燃（或变相补燃）”，不消耗煤，而采用生活垃圾、工业垃圾、农业秸秆、食品工业的排渣等作为补燃材料。