关于水泥窑纯低温余热的综合利用与展望

关于水泥窑纯低温余热的综合利用与展望

晨怡热管哈尔滨哈锅锅炉容器工程有限责任公司刘明安大峰2008-4-1418:26:48

一、目前国内水泥行业生产线的规模，按日（d）产量（t）分类，有

1200t/d，2500t/d，5000t/d的窑外分解窑（干法）生产线。这种生产线的热耗由原来的1400kcal/kg（每公斤水泥熟料所耗的热量）降至~800kcal/kg。其水泥生产线排出的废热—窑尾（SP）废气温度一般在330～340℃，窑头（AQC）废气温度一般在340～360℃范围内。

从国内水泥行业的潜力来看，市场前景非常广阔，仅黑龙江省内水泥厂的规模来看，具体情况是小岭水泥厂有1200t/d生产线一条，2500t/d生产线一条，宾州水泥厂有2500t/d生产线一条，牡丹江水泥厂有2500t/d生产线两条，黑河有1200t/d生产线一条，佳木斯有1000t/d生产线一条，浩浪河有2000t/d 生产线两条等。

这些水泥厂与国内外其它水泥企业一样，都在向节能型企业转化升级，在这一过程中必然要对其低温余热采用最佳利用方法—纯低温余热发电方法—建余热电站，使水泥生产的成本进一步降低。

国外先进国家在上世纪80年代其国内的水泥生产装备上发展了余热发电技术，在当时的情况与国内现在的情况及条件类似，利用低参数系列的锅炉、汽轮机及发电机来发电。它们的余热利用水平，按每吨水泥计算约为

32kw~38.4kw。（国内相对的发电水平一般在23kw~28kw之间）。

国外的窑尾（SP）余热锅炉及窑头（AQC）余热锅炉的技术特点是根据尾气的温度低的特点，其参数均为低压（过热蒸汽）锅炉，锅炉的受热面均采用了扩展受热面，即鳍片及翅片结构。锅炉均立式布置，废烟气从锅炉的顶部入口，下侧部排出。它的水循环方式均为自然循环。窑尾的SP锅炉的排烟温度根据水泥工艺需要一般在220~230℃，窑头的排烟温度在90℃以下，充分利用了余热，提高废热的利用率，其部分热水采用闪蒸技术所产生的低压蒸汽补入到汽轮发电机组中，提高了发电量。（汽轮机的汽耗小于国内同类汽轮机组）。

总之，锅炉立式布置，并采用自然循环方式，所以其受热面（蒸发管束）布置方式较特殊，有别于其他锅炉厂。

针对国内的水泥厂（生产线的条件及特点）情况，所配置的锅炉及发电机组来看较国外配置的锅炉及发电机组水平是不一样的。单讲2500t/d机组国内一般配3000kw机组，哈锅同国外的相同，配4200kw机组。

二、市场预测：

在上述报告中提到仅黑龙江省的水泥企业均有这么多水泥生产线，到现在为止，一条生产线也没有配置发电系统。根据国内经济形势的发展，从今年开始陆续要上纯低温利用发电装置，如哈尔滨水泥厂、小岭水泥厂、牡丹江水泥厂等等。

从2002年开始浙江省(含江苏省)内各个水泥企业在政府部门的协调和节约能源办的督促下有70%厂家配置了这种设备。现在已有广东、安徽、河北、河南、山东、北京等省市的水泥企业也都在策划上纯低温余热发电系统（余热电站）。

水泥行业这种技术改造约需要10～15年时间才能完成。根据以往的技术发展及历史经验，水泥厂内带补燃锅炉的余热发电节能装备的研究，在“八五”期间攻关课题完成推广后于2002年结束推广发展，既约经历了15年时间。

三、哈锅余热锅炉研制的现状：

哈锅在上世纪70年代开始已经研制水泥行业的余热锅炉，从低压到中压，蒸发量在5t/h至25t/h的锅炉。

在“八五”期间，同天津水泥设计研究院、鲁南水泥厂、哈尔滨锅炉厂，共同完成了“水泥厂内带补燃锅炉余热发电装备的研究”的科技攻关课题，使水泥厂的余热利用水平有了较大的提高，并获得了国家颁发的重大科技成果奖。在当时哈锅推广的这一系列产品有：

牡丹江水泥厂、湖北葛洲坝水泥厂、河南七里岗水泥厂、浙江钱潮水泥厂、河南渑池水泥厂、福建永定水泥厂、冀东水泥厂、栾县水泥厂、太行水泥

厂等企业。在这一过程中，对用于纯低温余热发电技术系统中的AQC锅炉、SP 锅炉有了研制的技术基础。

哈锅工程公司按哈锅业务划分与委托，承担对水泥的纯低温余热锅炉技术的研制工作，并确定了对纯低温综合利用余热锅炉的选型原则：

新型干法窑外分解水泥生产的废气排放温度一般在250℃～400℃之间，烟气量一般在10×104～30×104Nm3/h之间。

例如，某水泥厂2500t/d水泥生产线的篦冷机所排出的废气量约

Vr=165300Nm3/h，温度约380℃左右，相当于废气中含Q1=Kcal/h的热量，这一热量相当于700t/d中空回转窑的窑尾所排放废气的总热量Q2（废气量约71593 Nm3/h，温度约850℃），先假设该水泥厂另有一水泥生产线存在废气源排放点，其排烟温度为850℃，当热量Q2=Q1时，评价其二者的热能回收价值。

假设二个废气气源点的压力均是常压，且接近于理想气体，取环境温度

To=25℃，计算它们各自所含的火用

E1=Q1(1-LnT1 T2)=Q1(1- 298 653-298Ln653 298)=Q1×0.3037E2=Q2(1-To T1-ToLnT1T2)=Q2(1- 298 123-298Ln1123 298)=Q2×0.64796

可见虽然二者的热量相等，但其火用的含量E2是E1的一半还多，所以热量Q1和热量Q2相比，热量Q1的回收价值和潜力不如热量Q2所以在热量Q2的情况下回收废热（余热），应该采用次中压或中压锅炉产生较高品质的蒸汽，然后用作动力或发电，热量Q1只能用来预热锅炉给水或制成热水锅炉用作采暖或制冷。

上述的分析法是火用平衡的分析法。根据热力学第二定律，确认自然过程具有方向性和不可逆性，亦即实际自然界发生的热过程都是不可逆过程，这就给种种形式的能量之间相互转换规定了限制，因而各种形式的能量转换成有用功（火用）的能力是不同的，也即各种形式能量中的火用含量部分是不同的，火用是能量中能够转换成有效功的那部分能量。针对举例工厂的实际情况及其附属装备（如汽轮发电机组）的实际能力，确定这台余热锅炉（AQC余热锅炉）为次中压锅炉，即生产工作压力为2.45MPa，额定蒸汽温度为350℃±5℃的