关于水泥窑余热发电技术的若干思考

董凡 丁继村

摘 要：水泥窑余热发电技术在新型干法水泥生产过程中的运用，可以将水泥窖排出的中、低温废弃余热合理转换成电能，借此以达到节能减排的目标，具有良好的经济效益。基于此，本文就水泥窑余热发电技术进行深入的探究。

关键词：水泥生产;水泥窑;余热发电

1  引言

水泥行业属于“高电耗、高能耗”的行业，水泥生产过程中水泥窑会排出很多温度大约为350℃的中低温废气，这些废气的热量在燃料总输入热量中所占的比重为30%，如果直接向大气排放，就会导致能源的巨大浪费。通过余热发电技术将此些中、低温的废气加以回收应用，形成的高温过热蒸汽就会进入到汽轮机中做功发电，发电机所输出的电量能够提供给水泥厂自身的厂区生活和生产线用电，有利于实现节能减排的目标。与火力发电厂相比，余热发电技术不需要使用煤炭等其他燃料，因此就不会形成二氧化碳等其他污染物。

2  余热发电概述

所谓“余热发电”，主要是指将生产环节剩余的热能转化成电能的技术手段。余热发电不但有利于节能，而且还有助于保护环境。余热发电的主要设施为余热锅炉，其将废液和废气等工质中的可燃质或者热当作热源，形成蒸汽用来发电。因为工质的温度并不是很高，所以锅炉的体积较大，会消耗大量的金属。可用于发电的余热主要包括：化学反应余热、高温烟气余热、低温余热（小于200℃）、废液和废气余热等等。除此以外，还可以利用多余压差来发电;比如：高炉煤气在炉顶的压力比较大，可以先通过膨胀汽轮发电机继发电后再传送给煤气用户利用。

3  水泥窑余热发电技术的发展

自水泥窑余热发电技术诞生以来，总共出现过三代余热发电技术。第一代：在窑尾与窑头分别安装余热锅炉，用于回收篦冷机与预热器一级出口所排放的温度在350℃～400℃左右的废气余热。主要包含复合闪蒸式系统、单压不补汽式系统以及双压补汽式系统等，其都是经由形成低压的蒸汽来做功发电。第二代：在窑头篦冷机上安装两个抽气口，用过热器来回收高温口排放的温度为500℃的废气余热供，用热锅炉来回收低温口排放的温度低于360℃的废气余热;窑尾直接回收预热器一级出口排放的温度为350℃废气余热，在二级预热器中安装过热器用于回收。相较于第一代，第二代技术在窑尾二级预热器内的废气余热，同时在窑头篦冷机处采取分级抽气的形式，达到了温度对口、梯度应用，进一步加强余热的回收效率。第三代：主要针对第二代技术实施优化、改善，增加了窑头篦冷机处的抽气口，确保低温、中温以及高温废气余热的梯度利用。

4  水泥窑余热发电技术的特征

（1）先进的双压技术。水泥窑有着大量的余热废气，温度通常低于350℃，为了完全应用此些低温热源，则需求发电系统更加科学。按照热工理论可知，双压技术可以使得相对高温热源（210℃～360℃烟气）形成更高参数的蒸汽，使得相对低温热源（100℃～210℃烟气）形成更低参数的蒸汽，有利于对废气能量进行梯度使用，大大提高系统余热的应用效率。

（2）采取高效补汽凝汽式汽轮机。主蒸汽由调节门与主汽门进入到汽轮机中，低压蒸汽由汽轮机的第四级进入到汽轮机冲动叶片中实施发电，做功以后的蒸汽通过冷凝器冷凝后，当作凝结水循环应用，产生“蒸汽——水——蒸汽”额的循环。此是现阶段提升汽轮机效率的主要渠道。

（3）采取DCS分散控制系统。以全集成自动化（TIA）思想为基础构造的“PCS7”，经由系统考察与系统集成，采取了适合应用于低温余热发电额的DCS（分散控制）系统。此系统采取冗余CPU（中央处理器）、冗余总线结构、故障无扰动转换、数据同步光纤以及智能故障通道诊断等等，构建起环形的工业以太网，对发电系统、余热锅炉以及汽轮机等进行智能调控，同时拥有自诊断能力，加强系统的稳定性以及可靠性。DCS控制系统与水泥熟料生产线维持畅通联系，及时搜集熟料的各种数据，在线调整余热发电系统的参数，提升余热的应用效率。控制系统可以搜集、储存、展现以及打印系统运作过程中的各类参数，可用于数据归档和趋势分析。DCS控制系统，按照水泥熟料生产线的具体工作情况，自动调节锅炉汽包压力、水位、温度与流量以及汽轮机的负荷和转速等。DCS控制系统，可以使得补气阀在事故状态时有较高的安全性、在正常状态时有较高的效率。

5  水泥窑余热发电的智能化

（1）改善控制策略，合理利用APS技术。水泥窑余热发电控制系统主要是由若干控制算法以及被控制对象所构成，控制系统的及时性、可靠性和稳定性及利用冗余技术来保障生产全过程的安全性，在智能化发展趋势的引导下，改善控制策略以達到机组APS自启停技术，APS是机组自动启停的信息控制中心;在启动时，依次向所有系统或者设备下达启动或者停运的指示。APS经由控制最佳设置参数，可以“快速、安全、经济”地启动或者停止机组，在机组处于启动或者停止状态时，经过监视全机组的工作情况，确保机组长期处在安全稳定的状态。

（2）借助大数据、物联网以及云平台等来把握市场动态，合理确定生产方案。根据市场诉求，减少水泥企业的生产费用，确保经济利益最佳化，大数据、物联网以及云平台的利用为水泥生产厂商创建厂级优化生产调度中心奠定了技术基础。按照水泥厂中熟料库的存量、熟料市场的销售价格、诉求、熟料生产所需求的煤价等动态化的数据和余热发电上网的电价，通过建立模型进行计算，从而在很大程度上提高余热发电的发电量。

（3）远程诊断。远程诊断主要包含远程监测、故障诊断两部分，是水泥窑余热发电系统智能化建设必不可少的部分，将各个空间的设施装置和诊断资源经由大数据、互联网等途径来实现无缝衔接，动态搜集数据、实时监控运行工况。

（4）定位系统。水泥窑余热发电系统的定位应当看作是水泥企业整体定位系统的重要组成部分，定位系统应当包含车辆定位、人员定位以及物资定位等等。定位系统是以“互联网+”为基础、创建于整个厂区三维模型下的安全管理系统。比如：以人员定位为例，经由对工作人员佩戴标签来进行定位，通过厂区内分布式定位系统基站的双向数据交互，对所有人员开展高效的监管，同时有助于达到视频监控与人员定位的联动，定位系统将人员的实时位置和行走轨迹呈现在三维虚拟厂貌中，从而加强监控管理的时效性。

6  结论

综上所述，水泥窑余热发电技术可以将废气内的热能高效换转成电能，明显加强水泥生产中的能源运用率，节能功效显著。除此以外，经由余热锅炉的处理，废气的含尘浓度和排放温度有较大幅度的下降，避免对环境的影响。所以，水泥窑余热发电技术是兼具社会效益、经济效益以及环境效益的先进技术，具有极其广阔的发展前景，从而助力实现可持续发展的战略目标。

参考文献：

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