水泥厂余热发电的发展趋势

安 新 贾 庆 朱 伟

（滕州中联水泥有限公司，山东 滕州 277500）

传统的水泥工业是一个高能耗、高污染的能源型化工产业，虽然运用了新型干法水泥熟料生产工艺，但是烧纸工作仍然采用窑外分解，这一过程中的能源利用率明显不足，会存在大量的中、低温废气没有充分参与燃烧过程，不仅是一种能源浪费，还产生了一定环境污染问题。文章基于水泥厂中低温余热发电系统，将水泥生产线中没有完全利用排除的中、低温废气加以回收利用，作为二次燃料，减少能源损耗和资金成本。

纯低温余热发电由于是不用燃料的余热利用，所以更符合节能环保的绿色可持续发展理念，水泥厂可以使用余热发电，减少外购电量，降低水泥生产成本，减少能源损耗，提升经济效益。是新时代水泥厂发展和转型的新趋势，我国作为水泥厂的生产消费大国，需要合理应对能源问题，保护环境，优化水泥生产线，促进水泥厂余热发电技术不断发展。

1 水泥厂余热发电技术

1.1 中低温纯余热发电

水泥厂余热发电技术的常见的方式是通过水或是水蒸汽，在废气排出时，温度差异使余热废气转化成热能投入生产线，但是由于废气的含量和成分无法保证，所以纯余热发电的效率也忽高忽低，提供的能量较为不稳定。

1.2 有机朗肯循环余热发电

朗肯循环余热发电原理是水泥生产线余热发电的常见方法，由于对废气余热温度有一定要求，温度必须高于 360度，否则无法确保热能和电能的供给，并且影响余热的回收效率。现阶段，专家和研究人员在朗肯循环余热发电的基础上研发了有机朗肯发电技术，当废气余热温度较低时，能够使沸点较低的有机媒介充分吸收废气余热，以提供热能在汽轮机中做功，成功形成能量转化，有效解决了废气余热低温时无法充分利用的弊端。有机朗肯循环余热发电技术解决了温度对于余热发电的局限性；其次减少了汽轮机机械能源的使用，对机器自身的运转和能源的损耗问题都有一定积极意义，不会减损机器使用寿命，造成腐蚀生锈的情况，减少故障发生；并且废气余热能够直接转化成能量，有害物质会转化成液体，有助于污染处理。

1.3 混合工制余热发电

混合工制余热发电能够针对性的对于某种媒介吸收和转化热能出现的能量损失进行二次回收，能够有效提高余热废气的能量吸收率，减少了热能损失。

2 水泥厂余热发电技术工艺及设备介绍

2.1 水泥厂余热发电技术

水泥厂余热发电技术通常应用在预热器上，能够完全吸收余热废气热能，提高能源的利用率。对于余热废气无法保证成分、含量的情况，能够串联多个废气排出口，统一收集，还能够有效控制温度在合理范围内。值得注意的是，废气余热转化的过程比较浮在，由于实际产出的收益并不能买次都应用在电能转化设备上，提供运行功率，所以如何处置多余余热废气也是水泥厂企业需要重视的问题，不能仅仅依赖水泥厂余热发电技术，还要结合多种技术方法处理余热废气。

2.2 发电规模

水泥厂余热发电规模是根据水泥实际的产量和每次生产的过程耗能所决定的。同样，余热废气在生产规模和技术工艺上也有部分决定作用。中低温余热发电系统分为两大运作模式，一边是余热废气的排出口处理装置，一边是余热废气的预热处理装置。窑口冷却机出口的废气余热温度是由冷却机处理的，冷却效果好，余热废气量小，回收率较低；冷却效果差，则排出余热量大，回收率高。余热回收装置有中部抽气式、带回热循环式、余风直接式。

中部抽气是余热发电则是根据生产过程中所需要的能源供给，需要中途进行操控，根据生产需求和实际回收效率开展管理控制，虽然回收效率较高，但是设备需求和资金成本较高，利用较少。余风直接式系统通过回收的废气压力，温度需求较低，但是设备和材料体积大，也需要一定资金成本。但是窑尾余热生产工艺通过预热器回收部分余热，作为烘干热源，能够将多余杂质和有害成分，经过增湿除尘系统以后排放，有助于处理污染问题。值得注意的是，增加余热回收装置时，还要考虑到多余部分废气余热的回收和生料磨系统的结合，将高温废气供给余热锅炉，并将其排气送给生料磨，余热锅炉利用温差产生的蒸汽，提高回收效率。所以，水泥厂中低温纯余热发电必须综合考量影响因素，根据用电规模、余热废气质量以及能源回收率，确保余热发电的效率和质量。

余热发电设备包括汽轮发电机、余热锅炉和热力设备，其中，汽轮发电机是余热发电技术的关键设备，将余热废气充分吸收，把热能转化成电能，为发电机提供运行功率，提供水泥厂生线所需电力。但是由于水泥厂的余热废气质量和数量会影响到电能生产规模，其波动性和不确定性会影响汽轮发电机的工作效率。汽轮发电机分为两类，一类是单压系统汽轮发电机，发电量较小，发电规模一般，操作直观简便，在中小型水泥厂应用较为常见；另一类是混压型汽轮发电机，通过闪蒸技术，能够有效满足发电需求，一般来说，发电量是单压系统发一到两倍，适用于大型水泥生产厂。

余热锅炉在余热发电系统中分为窑尾锅炉和余热锅炉，余热锅炉在预热器和窑尾锅炉中间部分，需要长时间运行，在正常运行过程中，温度较高，因此对于锅炉的洁净程度、密封程度都较高，还要定期进行检修和维护工作，以防止长时间运行破坏设备内部结构和正常运作，影响运行效率，而且烟尘灰雾的可燃点很低，极易产生爆炸，定期清理也是防止安全事故的发生。窑尾锅炉则是负责提升余热废气的回收率和热能的利用率，确保吸收媒介充分吸收能量，再将其能量和废气杂质进行优化处理。

热力设备由蒸发器、过热器以及省煤器构成，热力设备根据废弃排出的规模和品质，并结合汽轮发电机设备选择热力设备的容量和型号。但是由于生产水泥的规格、质量并不统一，工程的技术工艺和设备性能有差异，中低温余热废气的成分、热量、温度都有区别，这些对余热发电系统机组的正常运作产生一定的负面影响，长此以往，会促使机器产生故障，影响生产效率，因此，热力设备负责调控参数，减少水泥生产线中余热发电材料和能量的差异性，根据实际情况作出相应的调整，保障电能供给。

3 结语

随着社会的发展，建筑数量的不断增多，建筑企业生产发展和市场竞争压力巨大，提升生产效率，减少水泥生产线成本是减少建筑原材料的主要手段之一。并且水泥厂余热发电技术能够提高能源利用率，减少环境污染问题，促进企业绿色环保可持续发展，实现了经济效益和社会效益的双重发展，有助于促进企业生产和转型。