水泥余热发电工程技术及其实践

工程实践过程的几点体会
（一）余热发电对水泥窑是否有影响的问题
从工艺流程上来讲，正常余热发电系统是水泥生产线的一
个“旁路”系统，余热发电系统启动或停止时，只需对水泥窑 进行简单的操作就可完成，严格意义上，余热发电的运行对水
泥窑没有影响。
从物料和热量平衡的角度来讲，正常余热发电系统所使用 的烟气和热量都是水泥窑不再使用的废气和废热，不影响水泥 生产线物料和热量平衡，更不应该增加水泥窑的能耗，因此也 不影响水泥窑的正常生产； 实际工程中，“不影响水泥窑的正常，不增加水泥窑的单 位能耗”应该是余热发电的根本原则。
气生产相应的饱和蒸汽和一级过热蒸汽，并对一级过热蒸气进 行二级过热，利用方案如下：
水泥窑余热资源及其利用
（二）余热利用
一般地，设置一台窑尾余热锅炉（SP），使用窑尾余热废气
生产相应的饱和蒸汽和一级过热蒸汽，利用方案如下：
余热发电系统及工艺技术
（一）系统构成 1、余热锅炉系统。含：余热锅炉（过热器、蒸发器、省煤器） 及本体汽水管路、烟气除尘器及烟气管路 等；
水泥余热发电技术及工程实践
内容
1、水泥窑的余热资源及利用 2、余热发电系统及工艺技术
3、余热发电关键技术和装备
4、工程实践过程的几点体会
水泥窑余热资源及其利用
（一）余热资源
水泥窑可利用的余热资源来自窑头和窑尾两个部分。一般情
况下，其窑头、窑尾的废气参数如下：
参数 窑尾 窑头(混合)
废气性质
废气温度 废气流量 废气特点
余热废弃参数的准确评估十分关键。
目前，常见的方法是：经验评估和热工标定。但两种方法均 存在着一定的不足，经验评估法容易脱离实际情况；热工标定
法又存在着抽样风险。
使用并不断发展的方法是：在水泥窑物料和热量平衡计算 基础上，实施余热发电取热参数计算，再使用热工标定参数进 行验证的综合评估方法。
（一）关键技术
（二）新技术
余热发电相关技术和装备
热风循环工艺流程图
（二）新技术
余热发电相关技术和装备
2、冷却机取风优化控制 设置冷却机料层测厚仪、出口料温测温仪、鼓风机风量 （风温）调节装置等，通过自动控制实现冷却机取风的优化控
制。实践证明：
1）、可以稳定料层厚度，以稳定熟料冷却换热工况，稳定
冷却机出口熟料温度；
值工程” 的原则思考问题，尽量扩大项目的投资效益，才是上
上之良策。
工程实践过程的几点体会
（三）水泥窑对余热发电发电量的影响因素
余热发电是水泥生产线的附属设施，其发电量的多少不仅
与余热发电工艺、技术和设备有关，更与水泥窑的运行得好与 坏有关。在一定条件下，水泥窑对余热发电发电量的影响主要
体现在：
1）生料投料量及其稳定性； 2）水泥窑热工参数的稳定性（煅烧温度、二次风温、三次 风温、结粒程度等）； 3）冷却机运行工况的稳定性（料层厚度、蓖板速度、冷却 风量等）； 其实，这些问题也稳定水泥质量和产量必须考虑，也必须
余热发电系统及工艺技术
（二）热力循环
从已建成水泥余热发电项目的情况来看，目前存在着三种
主要的热力循环系统方案。 -- 纯低压、单进汽式热力循环系统;
-- 单压+（复合）闪蒸、双进汽式热力循环系统;
-- 次中压+低压、双进汽式热力循环系统;
工质压力 纯低压 单进汽式 单压+（复合）闪蒸 双进汽式 次中压+低压 双进汽式 0.8Mpa～1.6Mpa 主汽：2.0Mpa～2.5Mpa 闪汽：0.1Mpa～0.5Mpa 主汽：2.0Mpa～2.5Mpa 辅汽：0.1Mpa～0.5Mpa 工质温度 320℃～360℃ 主汽：320℃～360℃ 闪汽：120℃～158℃ 主汽：320℃～360℃ 辅汽：120℃～158℃
余热发电相关技术和装备
2、热力系统优化 根据工程设计点上窑头、窑尾余热废气参数（温度、流量） 的具体情况，合理选择热力循环系统的形式（单压、双压、闪
蒸）、构成、工质参数（蒸汽温度、蒸汽压力）等，并校核最
大工况和最小工况，合理利用余热资源，并谋求热力循环系统 的安全、可靠和稳定。
典型的方案是：选择主汽压力：1.0Mpa～1.3Mpa，主汽压力：
余热发电系统及工艺技术
（二）热力循环
纯低压、单进汽式热力循环系统图
（二）热力循环
余热发电系统及工艺技术
低压+（复合）闪蒸、双进汽式热力循环系统图
余热发电系统及工艺技术
（二）热力循环
次中压+低压、双进汽式热力循环系统图
（一）关键技术
余热发电相关技术和装备
1、废气参数评估 余热发电的特点是“以热定电”，“热”即实际可利用余热 资源量，即废气流量、废气温度，“电”即发电量、装机量。
2、汽轮机发电机组 汽轮发电机组也是余热发电最重要的核心设备之一，目前， 在已建成水泥余热发电项目中，使用最多的仍是单压单段式过
热蒸汽汽轮机，至于饱和蒸汽式、补汽式等形式的汽轮机，都
因某些具体的原因和问题而使用较少，建议继续关注。
3、热工自动化系统
随着自动化技术的进步和普及，自动化技术在传统工业过程 的作用越来越来明显。在水泥余热发电工程中，热工自动化系 统（DCS）能使水泥窑和余热发电“贯通一体，无缝连接”， 其作用更为重要，自动控制的效果更为明显。
工程实践过程的几点体会
（二）技术领先还是投资效益最大化的问题 “技术先进性”和“经济适用性”是一对永恒的矛盾。也是 买、卖双方都需要认真考虑的主要问题，但无论作何选择都与
对或错无关，只有是否“适合”的问题。
技术先进不代表效益最大，经济适用也不代表落后，所谓 “适合”也不是仁者见仁，智者见智，模棱两可的事，而是效 益和投资是否成比例的问题，也即，投资效益是否最大化的问 题。 因此，在安全、可靠的基础上，充分进行投资效益的比较， 选择技术适当先进、工艺和设备稳定的工程建设方案，按“价
烟气
330℃～350℃ 1450～1650 Nm3/t.CL 温度较为稳定
热空气
300℃～400℃ 650～750 Nm3/t.CL 温度波动较大 <100℃ 230℃～350℃
最低利用温度 >220℃ 最大利用温差 130℃～150℃
水泥窑余热ห้องสมุดไป่ตู้源及其利用
（二）余热利用
按照水泥窑可利用废气的特点，一般情况下，窑头和窑尾的
320℃ ～350 ℃的单压锅炉和单压汽轮机的热力循环系统。在SP 上布置蒸发器和一级过热器，在AQC上布置水加热器、蒸发器 和二级过热器。
（三）典型技术方案
余热发电系统及工艺技术
典型技术方案（低压单进汽式热力循环工艺）
（二）新技术
余热发电相关技术和装备
1、热风循环技术 一般情况下，即便实施余热发电后，通过窑头烟囱排出的 废气温度仍有120 ℃左右。热风循环即是将此部分排烟重新引回
锅炉厂家和余热锅炉进行配套外，还需注意：
1）在设计点上，合理选择锅炉的各项设计参数，并进行最 大、最小工况的校核，保证余热发电的可靠和稳定运行，并保
证锅炉排烟温度符合水泥工艺的要求；
2）针对具体项目的情况，慎重考虑余热锅炉的烟气流速、 灰污系数、防磨、清灰等技术问题和技术措施；
（二）核心装备
余热发电相关技术和装备
至篦冷机的二段（四、五风室），代替或部分代替原来环境温
度的冷空气对熟料进行冷却，在保证熟料得到有效冷却的前提 下，通过提高冷却介质的初温，提高和稳定蓖上热风温度，达
到提高和稳定发电量的目的。实践证明：
1）、其它条件不变，熟料仍可以得到有效冷却； 2）、蓖上热风温度可以提高30 ℃ ～40 ℃； 3）、在工况变化较大时，提供了有效稳定风温的手段；
余热废气的利用方案如下。
废气类型
温度范围
窑头废气(混合)
大于380℃
窑头废气 小于380℃，大于200℃ 小于200℃ 大于320℃ 窑尾废气 小于320℃，大于220℃ 小于220℃
二级过热
水蒸发 水加热 一级过热 水蒸发 生料烘干
水泥窑余热资源及其利用
（二）余热利用
一般地，设置一台窑头余热锅炉（AQC），使用窑头余热废
度。实践证明：
1）、可根据生料烘干工段对热风温度的要求，在190℃～
220℃范围内实现SP炉排烟温度可调；
2）、既满足了生料烘干对热风温度的要求，又在生料烘干 不需要太高热风温度时，来提高发电量；
（二）核心装备 1、余热锅炉
余热发电相关技术和装备
余热锅炉是水泥余热发电最重要的核心设备之一，目前已 有4-5家锅炉厂完全掌握了相应的设计和制造技术，这为水泥余 热发电的成功奠定了良好的基础。实际工程中，除选择优秀的
2）、稳定蓖上热风温度，避免水泥窑热工工况小幅变化而 引起的风温大幅波动；
（二）新技术
余热发电相关技术和装备
冷却机料层厚度优化控制逻辑图
热风循环工艺流程图
（二）新技术
余热发电相关技术和装备
3、SP炉排烟温度可调 在SP炉给水加热器的进、出口之间设置烟气或给水旁路管， 通过调节流经给水加热器的烟气量或给水量调节SP炉的排烟温
2、汽轮发电机。含：汽轮机主机、辅机及其本体管路，发电机
主机及辅机等； 3、供配电系统。含：高压接入、高压配电、低压配电和传动等
4、自动化系统。含：仪表、调节阀（气、水、汽）、DCS等；
5、 循环水系统。含：循环冷却塔、循环冷却水管路； 6、化学水系统。含：化学水制（储）水设备； 7、工艺管网。蒸汽管路、循环水管路、给（排）水管路等； 8、建构筑物。包括：主厂房、循环泵房、配电室、锅炉支架、 管网支架、设备基础等 9、其它。外部给水、通讯、消防系统、照明等；
要处理好的问题。