提高水泥窑纯低温余热发电能力的具体措施

杨维山

摘要：水泥生产过程中，消耗了大量的电力资源和能源，水泥窑会排放出温度在340℃左右的余热，如果直接排放到大气中，导致热能的浪费，而且对大气环境造成一定的影响，将这部分余热充分的利用，转化为电能，实现资源的再次利用，增加水泥厂的经济收益，因此在水泥窑安装热力发电系统，将水泥窑中的余热吸收起来，产生蒸汽，带动汽轮机做功发电，可以为水泥厂生产提供电力，或者是厂区供电，低温余热发电技术，充分利用水泥窑余热发电，不产生能源消耗，没有任何的排放物，提升了水泥厂的经济效益、环保效益以及良好的社会效益。

关键词：水泥窑;纯低温余热;发电能力

0.引言

水泥窑废气温度大概为340℃，而且废气的流量较大，普通热力发电厂的设备和系统不适用于水泥窑发电，所以要根据水泥窑的特点，打造一套适用于水泥窑纯低温余热发电的系统，满足水泥窑发电对热力系统的需求，现阶段使用的余热发电系统主要有三种，包括单压、双压以及复合闪蒸余热发电系统，这三种系统都有各自的优缺点，在实际应用中，要对系统进行适当的调整和优化，以提升系统的发电能力。

1.水泥窑纯低温余热发电热力系统分析

1.1单压余热发电系统

水泥窑使用的单压系统与热电厂使用相同，但对蒸汽压力有一定的要求，确保蒸汽具有较高的过热度，提升蒸汽的利用率，将主蒸汽压力降低，实现蒸汽的低位热能，提升水泥窑的发电能力，确保吨熟料的发电能力达到34～45kWh，而主蒸汽压力需要达到0.6MPa左右，蒸汽温度为310℃左右。日本川崎重工业株式会社制造单压系统表现较好，与上述参数比较接近，单压系统的关键所在是汽轮机，由于单压系统是降低蒸汽压力，实现发电的目的，所以需要较低的主蒸汽压力，致使汽轮机设计和制造的难度较大，需要汽轮机企业具有极高的研发能力和制造工艺，使汽轮机可以适应不同的余热资源，如果使用主蒸汽压力过高的汽轮机，将会减少余热的利用率，降低水泥窑的发电能力。

1.2双压补汽余热发电系统

双压系统的应用，实现了低位热能利用的最大化，在余热锅炉中安装两个压力系统，使用高压力系统，利用高位热能，应用低压系统，吸收低位热能，双压系统在热力发电中的应用非常成熟，由于双压系统的技术含量高，设计和制造过程非常复杂，在水泥窑余热发电中的应用，需要面临锅炉运行变化较大问题，而且废气温度变化过快，在很短的时间内，可以从80℃增加至180℃，温度差过大，导致锅炉内部水动力失衡，出现汽包水位的变化，引起锅炉的运行事故，甚至会形成“汽塞”问题，这些问题在水泥窑发电过程中已经发生多次，某厂使用的水泥窑热电系统，由于窑头余热短时间内增长幅度过大，使省煤器出现汽化故障，导致汽包水位不能满足热电系统的需要，而且持续不断的蒸汽，导致汽包水位降至警戒水位以下，引发锅炉的运行故障，影响到水泥窑的正常发电，长期处于低负荷运行，达不到预期发电标准，这种故障好发于双压系统的低压位置，所以使用双压系统时，要注意废气温度控制问题，需要设计和制造单位的逐步完善，根据运行工况，设计出实用性好的双压系统。

1.3复合闪蒸余热发电系统

利用閃蒸原理，突然降低高温高压水的压力，发生瞬间蒸发，形成饱和蒸汽，推动汽轮机做功，依据蒸汽原理设计和制造的热力发电闪蒸系统，增加省煤器中的水流量，增强锅炉吸收低位热能的能力，可以利用闪蒸系统调节水流量，使锅炉保持安全的运行状态，避免锅炉的“汽塞”问题，闪蒸系统对余热锅炉的技术要求较低，所以锅炉结构相对简单，日本川崎重工业株式会设计制造的闪蒸系统，在宁国水泥厂水泥窑发电中得到了应用，这个系统的技术要点是补汽式的汽轮机，由于闪蒸系统产生饱和蒸汽，在推动汽轮做功后，蒸汽凝结成水，导致汽轮机整体含水量过高，所以对汽轮机中构件材质有一定的要求，需要具有较强的抗腐蚀性，而且需要使用大的量水，致使给水泵中的水流量较大。

2.提高水泥窑纯低温余热发电能力的措施

2.1提高水泥窑余热发电能力的优化方案

2.1.1使用复合闪蒸热力系统

使用复合式闪蒸系统提高水泥窑的发电能力，采取两炉一机的方式改进原有热电系统，在热电系统中安装两台余热锅炉，分别布置在窑头和窑尾区域，窑头安装AQC余热锅炉，窑尾安装SP余热锅炉，AQC锅炉与SP锅炉产生的蒸汽进入一个蒸汽母管，汇聚到一台汽轮机中进行热电发电。增设一台闪蒸器，作为热电系统的水循环设备，给水泵将水输送AQC锅炉后，流入公共省煤器中，进行预热，将热水分成三部分，一部分进入SP锅炉，然后进入高压省煤器，接着流入蒸发器，最后进入过热器，形成高压蒸汽;一部分流入窑头省煤器，进入蒸发器，然后进入过热器，最后形成高温高压蒸汽，和SP锅炉的高压蒸汽汇聚到一起，流入汽轮机;最后一部分，由闪蒸器负责，运用闪蒸原理，形成低压饱和蒸汽，流入汽轮机低压缸中，和两台余热锅炉产生的高压蒸汽，形成推动力，促使汽轮机运行发电。

2.1.2使用双压补汽系统

双压补汽系统与复合闪蒸热电系统的布置方法类似，使用的也是两机一炉的方法，双压补汽系统使用的是高压和低压两套蒸汽水循环。高压循环的水进入窑头公共省煤器中，进行预热，然后分成两股，一股进入窑头的高压汽包内，一股进入窑尾高压汽包内，然后在锅炉热能的作用下，开始加热，形成高压蒸汽，窑头和窑尾的蒸汽进入汽轮机的高压缸内;低压水循环使用给水泵，将水输送到窑头低压省煤器中，预热后，进入窑头低压气包内，在锅炉加热后，形成低热蒸汽，流入汽轮机低压缸，最后高压缸内蒸汽和低压缸内蒸汽共同做功，推动汽轮机发电。

2.2水泥窑余热取热的优化方案

2.2.1窑尾取热，提高水泥窑发电能力

水泥窑在没有使用余热系统时，窑尾一级预热器和高温风机连接到一起，水泥窑生产过程中产生的烟气，会进入高温风机，然后在增湿塔内，用于烘干生料。窑尾的位置设置锅炉后，对预热器的出管道进行改造，与锅炉的入管道连接，将原有的出管道作为旁路管道，安装电动挡板;锅炉的出管道与高温风机的入管道相连，在入管道位置安装电动挡板，两个挡板都具有调节烟气的作用，通过改造后的水泥窑，发电能力明显提升，烟气进入热力发电系统后，加热汽轮机中的水，产生蒸汽，促使蒸汽机发电，发电后排除的余热，用于烘干生料，发电后，使用电动挡板调整烟气流量，烟气直接进入风机排出。

2.2.2窑头取热，提高水泥窑的发电能力

水泥生产过程中，熟料的温度达到了1400℃，使用篦冷机降温，冷却风对高温熟料进行冷却，篦冷机将热气抽出后，输送至回转窑和分解炉，在窑头安装余热锅炉，吸取篦冷机输送的热气，抽气口位置选择非常重要，如果在冷端附近，则吸的热量较低，并且烟气的流量大，影响到余热锅炉的正常运行，所以将抽气口位置设在热端附近，在不影响水泥熟料正常生产的前提下，在篦冷机热端取热，充分利用篦冷机的内能量，提升热电系统的发电能力。

结语：通过对水泥窑热力发电系统的改造和升级，设计安装余热发电系统，实现余热资源的循环利用，使用AQC和SP锅炉，在窑头和窑尾充分吸取水泥窑的余热，加热锅炉内的水，使蒸汽在锅炉、省煤器、蒸发器、过热器中流动，最后到达汽轮机，蒸汽推动汽轮机运行发电，提升水泥窑的发电能力，为水泥厂提供电力支持，使用余热发电，相对的减少了企业电力消耗，实现了节能降耗的目的，积极响应我国节能减排的号召，实现企业资源利用的最大化。

参考文献：

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