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屈松记1 ，齐俊华2
（1.登封嵩基集团水泥公司，登封 452476；2.河南省建材工业协会，郑州 450008）
我国水泥产能的超常发展，导致水泥企业经济效益下滑，吨水泥利润低微、甚至为负数，主业不赚钱；而纯低温余热电站已成为水泥企业新的经济增长点，成为“救命”、致富之宝。一个5 000t/d生产线的余热电站，一年可为企业带来2 000～3 000万元的经济利益。因此，建设好余热电站、管理好余热电站已成为企业的中心工作。
1 余热电站热力系统方案选择
提高水泥纯低温余热发电站的发电能力首先要做好余热电站热力系统的方案选择。余热电站的核心是热力循环系统，当前较为成功、成熟的热力循环方式主要有单压系统、闪蒸系统、双压系统等三种基本模式，以及由此而衍生的复合系统。
1.1 单压系统
单压系统是目前较普遍采用的热力系统。在该系统中，窑头余热锅炉和窑尾余热锅炉生产相同或相近参数的主蒸汽，混合后进入汽轮机，主蒸汽在汽轮机内作功、在冷凝器凝结成水，经窑头锅炉加热后到热力除氧器除氧，由给水泵送入窑头余热锅炉加热，窑头余热锅炉生产的热水再为窑头余热锅炉蒸汽段和窑尾余热锅炉供水，从而形成一个完整的热力循环。单压系统的主要特点是汽轮机只设置一个高压蒸汽进汽口。
1.2 闪蒸补汽系统
闪蒸系统应用热力学上的闪蒸原理，根据废气余热品质的不同而生产一定压力的主蒸汽和热水，主蒸汽进入汽轮机高压进汽口；热水则在闪蒸容器里产生出低压的饱和蒸汽，然后补入补汽式汽轮机专门设计的低压进汽口；主蒸汽及低压饱和蒸汽在汽轮机内一起作功，拖动发电机发电，低压蒸汽发生器内的饱和水进入除氧器与冷凝水一起经除氧后再由给水泵供给锅炉。
1.3 双压补汽系统
双压系统是根据废气余热品位的不同，分别生产较高压力和较低压力的两路蒸汽。余热锅炉生产较高压力的蒸汽后，烟气温度降低，依据低温烟气的品位，再生产低压蒸汽。较高压力的蒸汽作为主蒸汽进入汽轮机主进汽口；较低压力的蒸汽进入汽轮机的低压进汽口，一起推动汽轮机作功、发电；作功后的乏汽在冷凝器凝结成水后、经凝结水泵加压到除氧器除氧，再进入热力循环。
上述三种技术没有本质的区别，共同的特点：都是利用在窑头熟料冷却机中部增设抽废气口或直接利用冷却机尾部废气出口的400℃以下废气及窑尾预热器排出的300℃～350℃的废气余热；最重要的特点是采用0.69MPa～1.27MPa-280℃～340℃低压低温主蒸汽。区别仅在于：窑头熟料冷却机在生产0.69MPa～1.27MPa-280℃～340℃低压低温蒸汽的同时或同时再生产0.1MPa～0.5MPa-饱和～160℃低压低温蒸汽、或同时再生产85℃～200℃的热水；汽轮机采用补汽式或不补汽式汽轮机；复合闪蒸补汽式适用于汽轮机房与冷却机距离较远的情况，而双压补汽式适用于汽轮机房与冷却机距离较近的情况。
上述三个方案各有优缺点。技术上：单压方案简单，运转可靠，但余热开发、利用不完全；闪蒸和双压系统具有能源梯级开发利用优势，比单压系统技术更为先进，较单压系统多发电在8%~10%左右。一个5 000t/d生产线的余热电站，吨熟料如超发电1kWh，全年可为企业带来80～100万元的利润，故双压方案等更为合理，发展较快。
1.4 双压热力系统
这是目前较为常用的方案，该方案充分利用余热资源，设置两台不同参数余热锅炉，采用补汽凝汽式汽轮机，提高汽轮机内效率，提高吨熟料发电量。工艺流程介绍如下。
（1）在窑头设置双压余热锅炉，承担公共加热和生成低压蒸汽，同时生成部分高压蒸汽；采用立式自然循环，膜式受热面，带有两个汽包；烟气管路自上而下通过锅炉，先后经过锅炉内部的高压过热器、高压蒸发器、低压过热器、低压蒸发器和公共加热器；窑头余热锅炉前设置自然沉降除灰装置，锅炉传热管为螺旋翅片管。
（2）在窑尾设置生成高压蒸汽的窑尾余热锅炉，采
中图分类号：TQ172.625.9 文献标识码：B 文章编号：1671-8321（2015）06-0097-04
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用立式自然循环，膜式受热面，带有一个汽包；窑尾锅炉的传热管为蛇形管，烟气在换热管外流动，自上而下通过锅炉，同时设置机械振打除尘装置。高温烟气直接引入窑尾余热锅炉，利用窑尾余热锅炉吸收其热量后，降为225℃左右的烟气进入原料磨烘干原料，经除尘器除尘后，通过烟囱排放。
（3）两台余热锅炉所生成的高压主蒸汽经混均器混合后，通过主管道进入补汽凝汽式汽轮机，低压蒸汽经补汽管道进入汽轮机；汽轮机尾部乏汽进入冷凝器，凝结水通过凝结水泵和管道进入真空除氧器，在除氧器内经除氧后的水通过锅炉给水泵进入锅炉。
窑尾预热器产生的废气经改造后的管路引入窑尾余热锅炉，换热后的废气经管路进入原料磨，再经收尘器从烟囱排出；篦冷机中部冷却熟料产生的约400℃的废气经抽气管道进入窑头余热锅炉，换热后约95℃的烟气进入除尘器，通过烟囱排入大气。
采用双压锅炉，可充分利用热力资源，提高热效率，降低排气温度。
2 提高余热电站发电量的方法与途径
余热电站发电量多少首先取决于热力方案的选择是否先进、合理；而窑系统的正确、稳定运行是稳定和提高余热发电量的基础，是否能够为余热电站提供量大而温度较高的废气，是提高余热发电量的有效途径和保障，其中出窑熟料温度和窑尾废气量是较为关键的因素。2.1 提高出窑熟料的温度
余热电站，顾名思义，是利用余热进行发电。发电量的高低、多少，取决于废气温度的高低、废气量的多少，取决于废气总热量的多少。废气温度的高低对发电量有着较大的影响：窑头废气温度不是固定的，随着出窑熟料温度的高低而变化，一般烧成带靠前时，出窑熟料温度可达1 300℃；而烧成带居于窑中时，熟料属“冷料”出窑，温度已降至1 200℃，熟料温度前后相差达100℃，则篦冷机抽取的中风风温应有50℃的温差。几十万立方米的热气体存在50℃的高温温差（相当于2 130×104kJ/h热量），对余热发电的影响可想而知。一般凡是烧成带靠前的水泥生产线，余热发电量较居后者的发电量相差约在5kWh 左右。为此，努力提高窑操水平，把烧成带移至窑头是提高发电量的重要举措。
2.2 增大窑尾废气排量
窑尾废气是一个含有大量热焓的气体，废气量大，则热量多，发电量就大。废气量不足是众多电站发电量不高的直接原因，造成窑尾废气量不高的原因与窑头冷却风量不足有关。原因有三个：第一是篦冷机冷却风量不足，其表现是出篦冷机熟料过热；其次是料层过厚，风压低，通风不畅；三是篦板篦缝狭窄，影响通风。上述三种原因，影响冷却效果，影响废气排量，也是众多企业成品熟料冷却不好、温度过高、发电量不高的原因。窑头废气量少，窑尾高温风机无风可拉，出力不足，90万立方米的高温风机只能开到70万立方米，窑尾废气排量减少约20%。要增加窑尾废气风量，首先要加大篦冷机冷却风压、风量，加大三次风通过量，是提高窑尾废气风量的重要措施；其次是三次风管制作、操作不当，造成窑尾风量不足：（其一是三次风管管径面积设计小于烟室面积，阻力过大，致三次风通过量不足，全国至少应有25%以上的水泥企业因设计缺陷存在这种状况；其二是三次风阀开度不够，影响三次风通过。）有这种情况的水泥企业，本来三次风就不足，还要限制三次风阀的开度，仅开到30%~50%，不但影响发电量，同时因三次风不足、或温度不高，还会造成分解率不高、或燃煤的浪费。
因此，要在原有基础上用“三元流动法”（见作者2013年《中国水泥》笫10期《提高风机运行效能的方法和措施》），在不更换电机的情况下更换风机叶轮，把全部冷却风机的风压、风量提高20%，把出篦冷机熟料的温度由200℃降至100℃以下，是提高熟料质量、向熟料温度要发电量的重要措施；对凡是三次风管直径设计偏小的应列入大修计划，拆除更换。
2.3 窑头废气作为冷却用风循环使用
熟料在篦床上的冷却分为高中低温三个区段：其高温区主要实现对出窑熟料的骤冷，并提高入窑和入炉的二、三次风温；中温区为热回收区；低温区实现对熟料的进一步冷却、降低出篦冷机熟料的温度。
篦冷机高、中、低温三个区段的进风量分别约占总风量的31%、50%和19%左右；换热后出篦冷机的风量分配为：入窑二次风15%左右（标况、风温1 050℃左右）、入分解炉三次风22%左右（标况、风温950℃左右），其余作为余风排放。在无纯低温余热发电项目时余风风温约200℃；实施纯低温余热发电项目后，余风风量中65%左右的中低温风（500℃和300℃左右）通过窑头余热锅炉（AQC炉）加于利用，排放的废气风温为100℃左右。将100℃左右的低温废气代替常温风做为冷却风，引入篦冷机中温区冷却熟料，可使中温余风风温提高50℃，这并不影响篦冷机对出窑熟料的骤冷；也不会影响出窑熟料温度，经熟料易磨性对比试验，也不影响对出窑熟料的骤冷要求。
使用循环风代替常温风后，因风温较低（100℃左
右），仍可使用原有中段冷却风机。循环风应经窑头收尘后再引回，在此情况下需加强窑头收尘的防漏风措施，以免降低循环风温度。风机进风由常温常压改为循环风后，需克服循环风引风管的阻力，提高中温风机压力，若中温室风机全压无富裕量时，采用“三元流动法”，提高风机风压、风量足矣。
2.4 提高篦冷机的操作水平
篦冷机在操作上有两种方法：即厚料层操作或薄料层操作。厚料层操作是在满足冷却效果的情况下，降低篦冷机篦床速度，增加篦床料层厚度，致熟料温度偏高，但风温不高，故发电量下降；薄料层操作是加快篦速，降低料层厚度，提高进AQC锅炉风温及进出口压差，熟料冷却效果较好，风温高，发电量高。但窑工况的一些变化易对AQC炉的风温风量产生一定影响，发电稳定性不如前者。
篦床速度决定料层厚度，料层厚度决定废气风温，废气风温影响发电量。因此，掌握篦床速度是关键，在具体操作上，对三段篦床速度应科学掌握，区别对待，不求一致：即适当降低一段篦床速度，提高冷却风压，提高淬冷效果，提高二、三风的风温，有利窑炉操作；适当加快二段篦床速度，提高风温，有利发电；稳定三段篦床料层厚度，保持篦速总体平稳，不快推快放，以免造成一、二、三段的料层断接，有效提高二、三段篦床的废气风温，改善和提高进窑头余热锅炉的余风温度，提高发电量。2.5 在窑尾二级预热器旋风筒内设置过热器
为进一步提高余热发电系统运行的稳定性，浙江兴宝龙、新都、河南登封嵩基等多个余热发电项目在窑尾C2级预热器旋风筒内设置过热器的工业试验均取得成功。
C2级旋风筒设置SSH余热过热器，其结构、外形尺寸与窑系统二级预热器旋风筒的内筒一致，以过热管束为主组成，代替C2级预热器旋风筒的内筒。其使用功能是双重的：既是过热器、又起到旋风筒内筒的作用。选择在C2级预热器旋风筒内设置过热器的主要原因是考虑过热温度的需要（C2废气温度500℃～550℃）。SSH余热过热器在兴宝龙公司运行已近40个月，除因吹扫用压缩空气带水造成少量过热器换热管漏水外未发生其他故障，也没有影响窑系统运行等其他问题。
2.6 旁路放风发电
在新型干法水泥生产中，原料和燃料中的钾、钠、氯、硫等成分含量对生产和熟料质量有着很大的影响，其过量存在对生产系统的正常运行带来严重影响，并造成熟料含碱量超标；这些挥发分易在窑尾烟室、分解炉、预热器等适合温度区域形成闭路循环富集，引发窑尾烟室或分解炉、C4（或C5）级预热器出现结皮、堵塞，严重时影响烧成系统的稳定和正常运行；过量的钾、钠、氯成份进入熟料，一方面易发生碱集料反应，缩短混凝土的使用寿命，还会腐蚀混凝土中的钢筋，影响其结构强度。因此国内外水泥企业有的将窑尾烟室中部分带有过量钾、钠、氯等粉尘废气（温度在900℃以上）直接排出，俗称“旁路放风”，以达到系统运行稳定和提高产品质量的目的。
单纯采用旁路放风系统，由于窑尾烟室排出来的高温废气及粉尘直接排放，其中大量的热能没有回收利用，使得熟料生产热耗、电耗、料耗均有增加，造成能源浪费与环境污染。
设置旁路放风余热锅炉回收这部分热量进行发电已成趋势。窑尾旁路放风可利用现有窑尾SP锅炉，不再单独设置旁路放风余热锅炉及废气处理系统。旁路放风废气流程为：窑尾烟室——取风管道——旁路放风废气降尘器——窑尾C1级预热器出口废气进SP炉管道——窑尾SP 余热锅炉——窑尾高温风机（此为天津健威泽节能环保技术发展有限公司发明专利）。该方案实质是将旁路放风后的排风管道接入窑尾C1级预热器出口废气进SP炉管道，用于废气发电。
方案可以达到的收益：
（1）旁路放风率：在不改变分解炉、预热器的条件下旁路最大放风率可达到30%。
（2）熟料碱当量可降低10%～60%。
（3）余热发电能力：因旁路放风废气温度高，视放风率的不同，吨熟料发电能力可增加4kWh～15kWh。
对已建有余热电站的水泥窑，当要补建旁路放风系统时，在现有窑尾SP余热锅炉能力及电站机组容量能满足补建旁路放风系统时，不另设旁路放风锅炉，系统投资约为带PH炉旁路放风系统投资的60%~70%左右。
（4）视放风率的不同，熟料产量可提高12%以下，实例见表1。
2.7 优化煤磨取风工艺
煤磨运行时需要一定的高温热风用于烘干原料，在一些水泥窑余热发电系统中煤磨用风从进入窑头、窑尾锅炉用烟气中直接抽取，由于进入窑头（或窑尾）锅炉的烟气温度远高于煤磨用风所需温度，这时则采用冷风阀掺入冷风的方法降低进入煤磨的用风烟气温度，满足煤磨正常工作时的用风要求。“小风影响大气”，这就造成了高温烟气的浪费，造成发电量下降。因此要努力降低冷风掺入量或关闭冷风阀。
2.8 对漏风进行有效治理
（1）检查电站系统各阀门。具体包括：窑头篦冷机废
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气出口阀门、入AQC锅炉阀门、出AQC锅炉阀门、沉降室、入SP锅炉阀门、出SP锅炉阀门、入高温风机管道上的阀门以及各冷风阀门。要利用停窑时间及时检查各阀门是否开关到位，对磨损不能进行封闭的阀叶及时进行漏风修复处理。
（2）检查窑头有关设备的漏风。篦冷机要注意各风机管道以及各软连接位置的漏风、壳体与连接法兰的漏风、各卸灰阀的漏风、各室的窜风等，努力提高篦冷机的冷却效率；窑头电收尘要注意膨胀节漏风及密封处理，输送设
备及各连接法兰盘要密封严实。
（3）对于窑头排风机主要检查入口膨胀节是否存在漏风；检查窑尾到高温风机前各工艺装备是否存在漏风。实践证明，通过对系统漏风的有效治理，可充分利用余热，提高发电水平。
2.9 加强工艺装备及系统管道的保温
对窑系统各热工设备表面的散热进行防护处理。通过对篦冷机、
窑头罩以及预热器系统进行检测。如某企业发现1级预热器四个旋风筒外表面温度在70℃到90℃之间，大于表面小于50℃的要求，对四个旋风筒进行外表面的保温，使表面温度与环境温度的差值减小15℃，入高温风机的风温提高了3℃左右。
对通往余热发电的各工艺管道、沉降室、SP锅炉以及AQC锅炉的外部保温进行详细检查，对不符合保温要求的部位要重新进行保温处理。特别是对于正在施工的余热电站，尤其要注意各管道、沉降室等保温工作，可有效防止热损耗，更充分地利用余热进行发电。2.10 提高冷凝器的真空度及锅炉热效率
冷凝器的真空水平对汽轮发电机组的经济性有直接影响，如机组真空下降1%，机组热耗将要上升0.6%～1%，保证冷凝器较高真空度，是节能发电的重要内容。冷凝器的真空受传热情况、密封状态、冷却水的温度、流量、机组排汽量及抽气器的工作状况等因素制约。在保证冷凝器本体正常工作的情况下，尤其要关注循环水水温的变化，循环水温升高5℃，冷凝器真空可降低1％左右。对于采用冷却塔闭式循环的供水系统，水温冷却取决于冷却塔工作状况。因此，要对循环水池进行定期清理、对冷却塔密封填料进行更换、改善冷却塔周围的环境，保证冷却塔的正常运行；定期对冷凝器进行内部清垢，有效改善冷凝器内部的热传导效率，同样是提高冷凝器真空度的关键；有条件的企业应加倍配置冷凝器的数
量，轮流清洗，做到冷凝器清洗期间电站不停产，确保电站高效运转。
3 纯低温余热发电产生的各种效益
3.1 经济效益
采用国产技术与装备的纯低温余热发电项目，每千瓦装机投资约6 500元～7 000元。纯低温余热发电的供电成本通常在0.12～0.16元/kWh之间（其中折旧费占37%～39%，维修费占25%～28%，其他费用占18%～22%），外购电价与供电成本的差价就是效益。余热发电的供电可满足水泥生产用电的三分之一到四分之一，吨水泥成本可降低l2～15元。投资回收期在3～4年之间。
发电机组和水泥窑运转率基本相当，可达到7 400h 左右；熟料实际生产能力超过设计能力l0%左右，但吨熟料实际发电量达不到36kWh。综合各种因素，企业余热发电创造的经济效益应在3 000万元左右。3.2 CDM效益
利用清洁发展机制项目（CDM ）企业可获得额外的收入，例如：一条5 000t/d生产线配套建设9MW余热发电机组，每年约减排2万多吨的CO 2，按目前国际平均价格l0欧元计算，每年可给企业增收约150～200万元人民币。3.3 环境效益
纯低温余热发电的余热锅炉的降尘作用及窑头冷却机余热锅炉炉前配置的预除尘装置，进一步提高了收尘效果，具有一定的减排作用。经计算5 000t/d规模窑头余热锅炉减排粉尘约为50.05t/a，窑尾余热锅炉减排粉尘为11.45t/a，合计每年减排粉尘为61.50t。也就是说9MW机组的两台锅炉的降尘作用，使水泥窑年减排粉尘为61.50t。由此推算。水泥窑利用余热发电满足生产线部分供电需求，相当于减少了燃煤发电量，等于减少了燃煤产生的SO 2、
CO 2、NOx等有害气体对大气的污染。利用废气经余热锅炉进行热交换后，排入大气的温度大幅度降低，从而减小了对周围环境的热污染。
低沸点工质的有机朗肯循环纯低温余热发电技术 作者：来源：更新日期：2007-3-19 引言 我国水泥厂的余热发电，先后经历高温余热发电、带补燃炉的中低温余热发电和纯低温余热发电3个阶段。纯低温余热发电与带补燃的中低温余热发电相比，具有投资省、生产过程中不增加粉尘、废渣、N0。和S0。等废弃物排放的优点。 本文介绍以色列奥玛特(0RMAT)公司利用低温热源的有机朗肯循环(0rga nic Rankine Cyck，简称()RC)纯低温余热发电技术。该技术有别于常规技术，其特点是：不是用水作为工质，而是使用低沸点的有机物作为工质来吸收废气余热，汽化，进入汽轮机膨胀做功。 1.低沸点的有机物 在一个大气压下，水的沸点足100℃，而一些有机物的沸点却低于水的沸点，见表l。 有机物的沸点与压力之间存在着对应关系，以氯乙烷为例，见表2。水的沸点与压力之间对应关系见表3。
由表2和表3可见，氯乙烷的沸点比水低，蒸气压力很高。根据低沸点有机工质的这种特点，就可以利用低温热源来加热低沸点工质，使它产生具有较高压力的蒸气来推动汽轮机做功。 2ORC纯低温余热发电在地热发电方面的应用 0RC纯低温余热发电技术在我国地热发电方面已得到初步应用，我国目前已经勘测发现的地热田均属热水型热储。热水型资源发电采用的热力系统主要有两种，即扩容(闪蒸)系统和双工质循环系统。西藏羊八井地热电站，热水温度145℃，采用二次扩容热力系统，汽轮机(青岛汽轮机厂设计制造D3一1．7／0．5型地热汽轮机发电机组)单机容量3000W，3000W／m in，一次进汽压力182kPa，温度115℃，二次进汽压力54kPa，温度81℃，额定排汽压力为10kPa。双工质循环系统中，地热水流经热交换器，把地热能传递给另一种低沸点丁质，使之蒸发产生蒸气，组成低沸点工质朗肯循环发电。双工质循环机组，其热效率高，结构紧凑。我国的小型双工质循环系统地热电站——辽宁营口熊岳试验电站的装机容量2×J00KW，利
一、水泥窑纯低温余热发电背景 随着水泥熟料煅烧技术的发展，发达国家水泥工业节能技术水平发展很快，低温余热在水泥生产过程中被回收利用，水泥熟料热能利用率已有较大的提高。但我国由于节能技术、装备水平的限制和节能意识影响，在窑炉工业企业中仍有大量的中、低温废气余热资源未被充分利用，能源浪费现象仍然十分突出。新型干法水泥熟料生产企业中由窑头熟料冷却机和窑尾预热器排出的350℃左右废气，其热能大约为水泥熟料烧成系统热耗量的35％，低温余热发电技术的应用，可将排放到大气中占熟料烧成系统热耗35％的废气余热进行回收，使水泥企业能源利用率提高到95％以上。项目的经济效益十分可观。 我国是世界水泥生产和消费的大国，近年来新型干法水泥生产发展迅速，技术、设备、管理等方面日渐成熟。目前国内已建成运行了大量2000t/d以上熟料生产线，新型干法生产线与其他窑型相比在热耗方面有显著的降低，但新型干法水泥生产对电能的消耗和依赖依然强劲，因此，新型干法水泥总量的增长对水泥工业用电总量的增长起到了推动作用，一定程度上加剧了电能的供应紧张局面。而目前国内运行的新型干法水泥熟料生产线采用余热发电技术来节能降耗的企业极少，再者，国内由于经济潜力增长加剧了电力短缺的矛盾，刺激了煤电项目的增长，一方面煤电的发展会加速煤炭这种有限资源的开采、消耗，另一方面煤电生产产生大量的CO2等温室气体，加剧了对大气的环境污染。因此在水泥业发展余热发电项目是行业及国家经济发展的必然。此外，为了提高企业的市场竞争力，扩大产品的盈利空间，国内的许多水泥生产企业在建设熟料生产线的同时，也纷纷规划实施余热发电项目。 随着世界经济快速发展、新型节能技术的推广应用，充分利用有限的资源和发展水泥窑余热发电项目已经成为水泥业发展的一种趋势，也完全符合国家产业政策。 截至2009年，全国新型干法熟料生产线为934条,熟料产能7.6亿吨, 预计到2010年全国新型干法熟料生产线为1080条左右，熟料生产能力为8.6亿吨左右。虽然在水泥行业余热发电推广和普及迅速,除已建和在建外，到2010年全国还有50%的全国新型干法熟料生产线可以配置余热发电装置,如果以上新型干法熟料线全部配套余热发电，每年可实现节电270亿度，相当于节约煤炭消耗1000万吨（标煤），可减排CO2约24400万吨。 根据国家现行产业政策和“八部委”文件要求，截止2010 年国内新型干法水泥生产线配套建设纯低温余热电站的比例将达到40％，即到2010 年底以前还将有约400多座纯低温余热电站建成并投入运行。 二、新型干法水泥窑纯低温余热发电的兴起 1998年3月，日本政府赠送的中国首套水泥纯低温余热发电机组在海螺建成投运，十年来，该项目取得了良好的社会和经济效益，起到了很好的示范作用。海螺集团公司集成创新，在原有的基础上，针对水泥工艺特性改进设计，自行研发DCS系统，个性化设计，国产化装备。所开发的纯低温水泥窑余热发电技术余热回收效率高、发电过程中无需补充燃料，不产生任何污染，已处于国际领先地位。该技术是符合国家产业政策的绿色发电技术，是一种环保的、节能减排的、符合可持续发展要求的循环经济技术，经济效益也非常显著。
生产技术 Technology 屈松记1 ，齐俊华2 （1.登封嵩基集团水泥公司，登封 452476；2.河南省建材工业协会，郑州 450008） 我国水泥产能的超常发展，导致水泥企业经济效益下滑，吨水泥利润低微、甚至为负数，主业不赚钱；而纯低温余热电站已成为水泥企业新的经济增长点，成为“救命”、致富之宝。一个5 000t/d生产线的余热电站，一年可为企业带来2 000～3 000万元的经济利益。因此，建设好余热电站、管理好余热电站已成为企业的中心工作。 1 余热电站热力系统方案选择 提高水泥纯低温余热发电站的发电能力首先要做好余热电站热力系统的方案选择。余热电站的核心是热力循环系统，当前较为成功、成熟的热力循环方式主要有单压系统、闪蒸系统、双压系统等三种基本模式，以及由此而衍生的复合系统。 1.1 单压系统 单压系统是目前较普遍采用的热力系统。在该系统中，窑头余热锅炉和窑尾余热锅炉生产相同或相近参数的主蒸汽，混合后进入汽轮机，主蒸汽在汽轮机内作功、在冷凝器凝结成水，经窑头锅炉加热后到热力除氧器除氧，由给水泵送入窑头余热锅炉加热，窑头余热锅炉生产的热水再为窑头余热锅炉蒸汽段和窑尾余热锅炉供水，从而形成一个完整的热力循环。单压系统的主要特点是汽轮机只设置一个高压蒸汽进汽口。 1.2 闪蒸补汽系统 闪蒸系统应用热力学上的闪蒸原理，根据废气余热品质的不同而生产一定压力的主蒸汽和热水，主蒸汽进入汽轮机高压进汽口；热水则在闪蒸容器里产生出低压的饱和蒸汽，然后补入补汽式汽轮机专门设计的低压进汽口；主蒸汽及低压饱和蒸汽在汽轮机内一起作功，拖动发电机发电，低压蒸汽发生器内的饱和水进入除氧器与冷凝水一起经除氧后再由给水泵供给锅炉。 1.3 双压补汽系统 双压系统是根据废气余热品位的不同，分别生产较高压力和较低压力的两路蒸汽。余热锅炉生产较高压力的蒸汽后，烟气温度降低，依据低温烟气的品位，再生产低压蒸汽。较高压力的蒸汽作为主蒸汽进入汽轮机主进汽口；较低压力的蒸汽进入汽轮机的低压进汽口，一起推动汽轮机作功、发电；作功后的乏汽在冷凝器凝结成水后、经凝结水泵加压到除氧器除氧，再进入热力循环。 上述三种技术没有本质的区别，共同的特点：都是利用在窑头熟料冷却机中部增设抽废气口或直接利用冷却机尾部废气出口的400℃以下废气及窑尾预热器排出的300℃～350℃的废气余热；最重要的特点是采用0.69MPa～1.27MPa-280℃～340℃低压低温主蒸汽。区别仅在于：窑头熟料冷却机在生产0.69MPa～1.27MPa-280℃～340℃低压低温蒸汽的同时或同时再生产0.1MPa～0.5MPa-饱和～160℃低压低温蒸汽、或同时再生产85℃～200℃的热水；汽轮机采用补汽式或不补汽式汽轮机；复合闪蒸补汽式适用于汽轮机房与冷却机距离较远的情况，而双压补汽式适用于汽轮机房与冷却机距离较近的情况。 上述三个方案各有优缺点。技术上：单压方案简单，运转可靠，但余热开发、利用不完全；闪蒸和双压系统具有能源梯级开发利用优势，比单压系统技术更为先进，较单压系统多发电在8%~10%左右。一个5 000t/d生产线的余热电站，吨熟料如超发电1kWh，全年可为企业带来80～100万元的利润，故双压方案等更为合理，发展较快。 1.4 双压热力系统 这是目前较为常用的方案，该方案充分利用余热资源，设置两台不同参数余热锅炉，采用补汽凝汽式汽轮机，提高汽轮机内效率，提高吨熟料发电量。工艺流程介绍如下。 （1）在窑头设置双压余热锅炉，承担公共加热和生成低压蒸汽，同时生成部分高压蒸汽；采用立式自然循环，膜式受热面，带有两个汽包；烟气管路自上而下通过锅炉，先后经过锅炉内部的高压过热器、高压蒸发器、低压过热器、低压蒸发器和公共加热器；窑头余热锅炉前设置自然沉降除灰装置，锅炉传热管为螺旋翅片管。 （2）在窑尾设置生成高压蒸汽的窑尾余热锅炉，采 中图分类号：TQ172.625.9 文献标识码：B 文章编号：1671-8321（2015）06-0097-04
水泥窑第一代纯低温余热发电技术 核心提示：第一代余热发电技术填补了我国水泥行业的空白，为我国发展这项技术奠定了基础并积累了宝贵的经验，相当于上世纪九十年代初的新型干法窑水平，投资、发电能力、运行的稳定性等都存在一定的问题。 一、水泥窑第一代纯低温余热发电技术的定义及特征 1.水泥窑第一代纯低温余热发电技术：在不影响水泥熟料产量、质量，不降低水泥窑运转率，不改变水泥生产工艺流程、设备，不增加熟料电耗和热耗的前提下，采用0.69MPa～1.27MPa—280℃～340℃蒸汽将水泥窑窑尾预热器排出的350℃以下废气余热、窑头熟料冷却机排出的350℃以下废气余热转化为电能的技术。 第一代纯低温余热发电技术除上述定义外还同时具有如下两个或两个以上的特征： 1)冷却机仅设一个用于发电的抽废气口； 2)汽轮机主蒸汽温度不可调整，随水泥窑废气温度的变化而变化； 3)窑头余热锅炉、窑尾余热锅炉给水系统为串联系统； 4)采用额外消耗化学药品或电能的锅炉给水除氧系统。 二、水泥窑第一代纯低温余热发电技术的构成 1.技术要点 利用水泥窑窑尾预热器排出的350℃以下废气设置一台窑尾预热器余热锅炉（简称SP锅炉）、利用水泥窑窑头熟料冷却机排出的350℃以下废气设置一台熟料冷却机废气余热锅炉（简称AQC炉）、
为余热锅炉生产的蒸汽配置蒸汽轮机、发电系统主蒸汽参数为0.69～1.27MPa—280～340℃、每吨熟料余热发电能力为3140kJ/kg熟料——28～32kwh。 2.热力系统构成模式 水泥窑第一代余热发电技术热力系统构成模式主要有如下三种：其一：单压不补汽式中低温发电技术。 其二：复合闪蒸补汽中低温发电技术。 其三：多压补汽式中低温发电技术。 3.技术特点 上述三种模式没有本质的区别，共同的特点：其一、将窑头熟料冷却机排出的350℃总废气分为两个部分自冷却机中抽出，其中：在冷却中部设一个抽废气口抽出400℃以下废气，将这部分废气余热用于发电；在冷却机尾部设一个抽废气口抽出120℃以下废气，这部分废气直接排放。窑尾预热器排出的350℃以下废气余热首先用于满足水泥生产所需的原燃材料烘干，剩余的废气余热再用于发电。其二也是最重要的特点，发电主蒸汽参数均采用0.69～1.27MPa-280～340℃。而三种发电模式的区别仅在于： (1)窑头熟料冷却机在生产0.69～1.27MPa-280～340℃低压低温蒸汽的同时或同时再生产0.1～0.5MPa-饱和～160℃低压低温蒸汽、或同时再生产105～180℃的热水； (2)汽轮机采用补汽式或不补汽式汽轮机； (3)在相同废气参数条件下，如果以第一种模式发电能力为
低温余热发电技术的特点和发展趋势探讨 发表时间：2017-10-20T12:40:02.167Z 来源：《电力设备》2017年第15期作者：杨腾飞王志钢李浩 [导读] 摘要：随着可持续发展战略的提出，工业生产中对中低温能源有效利用、低污染处理问题逐渐重视，特别是对煤炭资源及电力资源需求量巨大的水泥产业 （中国平煤神马集团平顶山朝川焦化有限公司河南省 467500） 摘要：随着可持续发展战略的提出，工业生产中对中低温能源有效利用、低污染处理问题逐渐重视，特别是对煤炭资源及电力资源需求量巨大的水泥产业，更是充分认识到余热处理的重要性，不断对余热发电技术进行探究。本文分析了低温余热发电技术的特点和发展趋势。 关键词：低温余热；发电技术特点；发展趋势 全球范围内能耗的升高和温室效应的加剧，对发展更高级的能量系统以提高能量利用率，并减少CO2排放提出了更迫切的要求。在工业生产中至少50%的热量以各种形式的余热被直接排放到大气中，不仅造成了能源浪费，而且对环境造成热污染。 一、低温余热发电技术的特点 1.含尘量较大。对于低温余热发电技术的具体运行环境来看，其含尘量一般而言是比较大的，这种较大的含尘量也就很可能会对于相应的发电锅炉运行产生一定的影响，甚至会导致其出现较为明显的磨损现象，在日常运行过程中也容易出现一些堵塞现象。在实际低温余热发电技术运行中，因为其工矿生产烟气的含尘量一般都比较大，进而也就很容易出现积灰问题，最终影响到相应系统的运行效果，必须要在具体的系统中恰当安装相应的除尘装置，避免因为粉尘的问题影响其运行效果。 2.腐蚀性效果明显。结合工矿企业中低温余热发电技术的应用来看，相应腐蚀性表现也是比较明显的，这种腐蚀性问题主要就是指含有低温余热的烟气因为其内部含有较多的杂质，进而也就很容易促使其表现出较为明显的腐蚀性效果，尤其是对于烟气中存在的大量SO2气体而言，其腐蚀性更是极为突出，进而也就需要引起相应管理人员的高度重视。在实际运行过程中，为了促使其能够更好避免腐蚀性威胁和影响，应该针对相应余热锅炉进行有效的防腐蚀处理，首先在受热面以及炉膛的材质选择上，促使其能够具备理想的耐腐蚀效果，在表面也应该通过合理的防腐蚀进行处理，保障其能够形成一层致密的保护膜，最终有效提升其整体应用实效性。 3.安装现场环境较为复杂。为了更好促使低温余热发电技术能够得到较好运用，还需要重点针对其相应的系统安装进行有效关注，尤其是对于相应系统中涉及到的各个设备，更是需要促使其能够在最为恰当的位置得到有效安装处理。但是从相应安装现场环境方面来看，其复杂性相对而言还是比较突出的，受到的限制比较多，这也就对于相应低温余热发电技术的设计应用提出了更高的要求，需要其能够进行有效统筹规划，确保低温余热发电技术能够得到较好运行，并且具备理想的运行效率。 二、发展趋势 1.纯低温余热发电技术的应用。结合纯低温余热发电技术的经济评价分析和水泥窖实例对纯低温余热发电技术的应用展开研究，假设所选水泥窖为熟料产量每天6000吨以上的干法窖，其废气产量为正常排放量的均值，就会发现在利用纯低温余热发电技术后，其窖尾废气余热达210摄氏度，冷却机废气达到360摄氏度，预热器达到330摄氏度，如果对三种余热共同发电就可以有900摄氏度的余热可供利用，熟料热耗单位消耗所放出的能量明显增多，为了提升热力循环系统的工作效率，在应用的过程中就要积极的应用多压系统，但在选取单压和双压方案时要以实际情况为准，当锅炉热平衡计算数值与锅炉结构计算所得数值基本吻合的情况下，锅炉自身能够完全吸收生产过程中产生的烟气的热量，这个时候采用投资费用相对较少的单压就可以满足要求，但当测量数值存在明显差异的情况下，证明废气余热不能完全利用，需要将余热传送到汽轮机补气部分，这时就要采用投资相对较高，设计结构较复杂的双压形式。除此之外在应用过程中的技术选择方面也有一定的影响，纯低温余热发电技术注重对余热的梯度利用，所以通常情况下要在窖头冷却剂处设置两个及两个以上的抽风口，并对窖头和窖尾的锅炉采用立式自然循环结构，实现自动余热传输；在此基础上在两者共用部分设置一个省煤器及一个再热器同样可以实现对余热重复有效利用的目的，由此可见，通过对纯低温余热发电技术准确全面的经济评价可以根据不同的水泥窖形式和实际情况对其余热进行针对性的重复再利用，通过对其结构组成、相关设备设置优化等提升余热发电利用效率，达到提升能源利用效率，保护环境的目的，经济评价为其实际应用提供了参考依据和研究方向，两者相辅相成。 2.除氧器。余热发电系统中，为了保证余热锅炉的给水水质要求，防止热力设备及其管道的腐蚀，必须除去在锅炉给水中的溶解氧和其他气体。目前除氧方法主要有化学除氧、热力除氧。化学除氧法只能除去水中的氧，但不能除去其他气体，且药品价格昂贵，后期运行费用上升，因此不为首选。热力除氧按工作压力分为真空除氧、大气式除氧以及高压除氧。从除氧要求的条件来看，除氧的效果与工作压力的关系并不大[7]。在工程上对除氧压力的选择主要决定于技术经济比较。目前在余热发电中用的比较多的是真空除氧和大气式除氧。大气式除氧器对进口水温要求较高，一般104℃，在余热发电系统中不设低压加热器，因此凝结泵出口水温度难以满足其工作要求，造成除氧效果不佳。如果在炉膛尾部再加设一级前置加热器来保证给水除氧效果，这便使锅炉受热面布置变得更加复杂化，且该加热器受到的低温腐蚀也会比较严重，造成设备检修更换周期短。但在双压系统中，用低压蒸汽给水除氧有利于汽轮机低压补汽参数的稳定而将因余热参数波动引起的低压蒸汽参数波动缓解于除氧过程，为解列热力系统创造了条件。 3.饱和蒸汽补汽汽轮机。余热蒸汽进汽参数不稳定、比容大、湿度大等特点，要求在汽轮机设计中考虑。进汽参数不稳定要求汽轮机的进汽调节系统必须能适应需设置压力调节器控制调节阀，当新蒸汽压力降低时，关小调节阀，防止由于余热锅炉的蒸发量不足，促使压力进一步降低，汽轮机通流末级产生鼓风。反之开大调节阀。同时余热发电用汽轮机为了快速启动，而且能够在滑压方式下运行，喷嘴配汽在空载和低负荷时只有部分进汽度，这种情况对汽机暖机不利，特别在快速启动时尤为明显，因此余热发电汽轮机采用节流配汽，不设调节级。汽机启动时靠调节阀控制转速，使发电机并网；正常运行时，调节阀全开，汽轮机处于滑压运行状态。此种进汽方式使汽轮机进汽部分始终处于均匀受热状态，这样就能满足在整个启动过程，及低负荷时能够保证汽机进汽均匀，以利于汽机快速启动，提高通流效率。在汽机主汽阀前设置旁路系统，主蒸汽通过减温减压阀，流人凝汽器。补汽由于压力低可直接排入凝汽器。从而减少由于汽轮机原因导致的整个工业系统的停机。此外在汽轮机的排汽方式上，单压汽轮机采用上排汽的方式，整个汽轮发电机组单层平台布置，使整个系统的布置简单，能有效的减少占地空间，减少设备投资。 本文在介绍低温余热发电的技术原理和特点基础上，探讨了余热发电的发展趋势。余热发电是工矿企业开展节能减排、降耗增效的有效措施，也是实现循环经济的必由之路。相信在我国的科研单位、高校、设计院、制造厂家、企业的共同努力下，余热发电事业的前景是
高耗能行业中低温余热发电技术 朱亚东，徐 建，吕 进，于立军? （上海交通大学，上海 200240） 摘要：诸如钢铁、石油、化工、机械等高能耗行业存在着巨大的中低温余热资源，目前这部分余热资源的利用相当少，因此充分利用这部分余热资源是高耗能行业节能减排的重要内容和主要手段之一。基于有机朗肯循环的发电系统以热为输入，输出为电能，将低品位热能逆向转化成高品位电能。针对中低温有机朗肯循环的特点，对若干工质的干湿性、热效率及适用条件进行了研究，对于中低温余热有机朗肯循环发电系统的四种结构（基本型、回热型、抽气回热型、再热型）进行了优化研究。 关键词：有机朗肯循环；高耗能行业；余热 Power Generation Technology Using Mid-Low Temperature Waste Heat for High Energy Consumption Industry ZHU YaDong，XU Jian，Lv Jin，YU LiJun （Shanghai JiaoTong University，Shanghai 200240，China） Abstract: There is a great deal of mid-low temperature waste heat in high energy consumption industry such as steel, petroleum, chemical, mechanical and so on. Currently, this part of waste heat is hardly used, so taking full use of this part of waste heat is an important part and one of the primary means of energy saving for high energy consumption industry. Generation system based on ORC(Organic Rankine Cycle) with heat input and power output, reverses low-grade heat into high-grade electricity. For the characteristics of mid-low temperature ORC, a number of working fluids' wet and dry performance are researched. Four structures of the mid-low temperature waste heat ORC power generation system (basic ORC, regenerative ORC, exhaust regenerative ORC and reheat ORC)are researched. Keywords：organic rankine cycle(ORC)；high energy consumption industry；waste heat 作者简介：于立军：男，1969年8月生，教授，博士生导师。主要从事多相流流动和余热利用方向研究工作。作为项目负责人，已经完成2项国家自然科学基金项目；作为项目负责人完成上海拜耳、上海庄臣、海螺水泥、上海安靠等30多个工业企业的节能评估工作，积累了丰富的现场经验；作为主要科研人员，顺利完成上海市科委、日本中央电力研究以及松下公司所等多项科研任务，主要负责余热发电系统开发、发电系统数学建模、仿真等工作。近年来，在余热利用及两相流动等研究领域发表学术论文30篇。其中，有15篇论文被SCI收录，SCI 论文他引超过85次，有14篇论文被EI收录，获中国国家发明专利16项。E-mail：ljyu@https://www.doczj.com/doc/223494739.html,
5000t/d水泥生产线纯低温余热发电项目 基本设计方案 ××××年×月×日
目录 一、项目概况 (1) 二、余热条件 (1) 三、发电系统主参数的确定 (1) 四、余热发电工艺流程简述 (2) 五、余热锅炉与水泥生产工艺系统的衔接 (3) 六、工程条件 (4) 七、主要技术指标 (6) 八、项目定员 (7) 九、工程进度计划 (7)
一、项目概况 ××公司现有一条5000t/d新型干法水泥熟料生产线，为充分回收利用水泥生产线窑头、窑尾的余热资源，缓解日益紧张的电力供求矛盾，本工程拟对水泥熟料生产线建设一套装机容量均为10MW的纯低温余热发电系统，力求做到充分利用工艺生产余热，达到节约能源，降低能耗，提高企业经济效益的目的。 二、余热条件 依据以往的工程经验，对生产线的烟气参数进行了整理。 单条5000t/d水泥熟料生产线余热条件如下： 1）窑尾余热锅炉 窑尾预热器出口废气量：330,000Nm3/h 进锅炉废气温度：340℃ 余热锅炉出口温度：220℃（进原料磨烘干原料） 含尘浓度（进口）：80g/Nm3 2）窑头余热锅炉 熟料冷却机抽气口废气量：220,000Nm3/h 进锅炉废气温度：380℃ 余热锅炉出口温度：85℃ 含尘浓度（进口）：≤8g/Nm3（设置预除尘装置） 三、发电系统主参数的确定 根据目前纯低温余热发电技术及装备现状，结合水泥窑生产线余热资源情况，本工程装机采用纯低温余热发电双进汽技术。采用双进汽系统的主要目的是为了提高系统循环效率。使低品位的热源充分利用，获得最大限度的发电功率，降低窑头(AQC)双蒸汽余热锅炉的排气温度；其次，双进汽系统的二级蒸汽经过过热，保证汽轮机内的蒸汽最大湿度控制在14％的以下，使汽轮机末级叶片工作在安全范围内，提高机组的效率；再次，双进汽系统的低压蒸汽可用于供热、洗浴等方面，在烟气余热变化较大时，可不进行补汽，提高了系统运行灵活性。 5000t/d生产线10MW余热发电系统： SP炉：主蒸汽压力1.7MPa，主蒸汽温度320±10℃，产汽量为23.9t/h；
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）。
第十一章纯低温余热发电系统 11.1 发电规模 发电规模按5000t/d熟料生产线配套设计。 水泥生产线的窑头、窑尾会排放大量的废气，通常仅利用废气的余热来烘干原料，利用率很低，其余大量废气的余热不仅没有得到利用，而且还要对废气进行喷水降温，浪费水和电能。因此，利用余热发电技术回收这部分废气的热能，可以使水泥生产企业提高能源利用效率，降低成本，提高产品市场竞争力，降低污染物排放量。 综合考虑水泥熟料生产线的工艺流程、场地布置、供配电结构、供水设施等因素，利用生产线窑头、窑尾余热资源，可建设一条装机容量为9000KW的纯低温余热电站。 11.2 设计原则 1）余热电站在正常运行时应不影响原水泥生产线的正常生产； 2）充分利用窑头、窑尾排放的废气余热； 3）采用工艺成熟、技术先进的余热发电技术和装备； 4）余热电站尽可能与水泥生产线共用水、电、机修等公用设施； 5）贯彻执行有关国家和拟建厂当地的环境保护、劳动安全、消防设计的规范。 11.3 设计条件 1）余热条件 从更合理的利用窑头余热考虑，窑头篦冷机需要进行改造，在篦冷机的中部增加一个废气出口，改造后的窑头废气参数为：240000Nm3/h，360℃。此部分废气余热全部用于发电。 窑尾经五级预热器出口的废气参数为：312500Nm3/h，320℃。此部分废气经利用后的温度应保持在220℃左右，用于生料粉磨烘干。 2）建设场地 本工程包括：窑头AQC锅炉、窑尾SP锅炉、汽机房、化学水处理车间、冷却塔及循环水泵房等车间。 各车间布置遵循以下原则：窑头AQC锅炉和沉降室布置在窑头
厂房旁边的空地上，窑尾SP锅炉布置在窑尾高温风机的上方，汽机房的布置靠近锅炉，化学水处理车间、冷却塔及循环水泵房尽量靠近汽机房。在布置有困难时可以适当调整，不能影响水泥生产线的布置。 AQC锅炉占地面积：14.2m×6.35m SP锅炉占地面积：22m×12m 汽机房占地面积：31m×20.4m 3）水源、给水排水 电站的用水有：软化水处理、锅炉给水、循环冷却水及其它生产系统消耗，消防用水，部分用水可循环使用。 11.4 电站工艺系统 1）余热电站流程 本方案拟采用纯低温余热发电技术，该技术不使用燃料来补燃，因此不对环境产生附加污染；是典型的资源综合利用工程。主蒸汽的压力和温度较低，运行的可靠性和安全性高，运行成本低，日常管理简单。 综合考虑目前水泥生产线窑头、窑尾的余热资源分布情况和水泥窑的运行状况，确定热力系统及装机方案如下： 系统主机包括两台余热锅炉、一套补汽式汽轮发电机组。 a．AQC余热锅炉：利用冷却机中部抽取的废气（中温端，～360℃），在生产线窑头设置AQC余热锅炉，余热锅炉分为高压蒸汽段、低压蒸汽段和热水段运行；高压蒸汽段生产 1.6MPa-350℃的过热蒸汽，进入蒸汽母管后通入汽轮发电机组，低压蒸汽段生产0.15MPa-140℃的过热蒸汽，热水段生产的140℃热水后，作为AQC 余热锅炉蒸汽段及SP余热锅炉的给水，出AQC锅炉废气温度降至110℃。 b．SP余热锅炉：在窑尾设置SP余热锅炉，仅设置蒸汽段，生产 1.6MPa-305℃的过热蒸汽，进入蒸汽母管后通入汽轮发电机组，出SP余热锅炉废气温度降到220℃，供生料粉磨烘干使用。 c．汽轮发电机组：上述余热锅炉生产的蒸汽共可发电7.9MW，因此配置9MW补汽式汽轮机组一套。
低温余热发电系统设计方案 1. 需考虑的问题 低温余热发电系统的窑尾余热锅炉（SP炉）和篦冷机余热锅炉（AQC炉）串联于熟料生产线上，两锅炉阻力均小于1000Pa。设计时，必须考虑下列问题： (1)窑尾主排风机和窑头、窑尾电除尘器及其风机的能力是否适应增设窑尾余热锅炉和篦冷机余热锅炉的条件； (2) 原料磨的热风系统能否满足工艺要求； (3) 该两台锅炉系统的安装是否不破坏原生产厂房。 经对窑系统设计资料认真复核，确认增设两台锅炉系统后所涉及的上述设备能力可以满足要求，不须作任何改造；两台锅炉系统的布置可以不破坏原生产厂房；出窑尾锅炉废气被送至生料原系统作为烘干热源，经核算,只要控制出窑尾锅炉废气温度≥240℃～℃260就可满足入磨原料综合水份≤5%的烘干要求。 双压纯低温余热发电技术介绍 双压余热发电技术就是按照能量梯级利用的原理，在同一台余热锅炉中设置2个不同压力等级的汽水系统，分别进行汽水循环，产生高压和低压两种过热蒸汽；高压过热蒸汽作为主蒸汽、低压过热蒸汽作为补汽分别进入补汽凝汽式汽轮机，推动汽轮机做功发电，双压余热发电系统使能量得到合理利用，热回收效率高。 余热资源参数不同，余热锅炉的低压受热面与高压受热面有不同的布置方式。根据辽源金刚水泥厂窑头(AQC)和窑尾(SP)的余热特点和工艺要求，经过余热利用后，要使AQC余热锅炉排烟温度降到100℃左右。使窑尾SP余热锅炉排烟温度降低到220℃左右后进入原料磨烘干原料,其设置的双压余热发电系统简图如 图1。
双压余热发电系统与常规余热发电系统不同之处在于其窑头(AQC)余热锅炉增设了低压汽水系统，其汽轮机组在第四压力级之后增加了补汽口，并适当增大补汽口以后汽轮机通流部分面积。 采用双压系统的主要目的是为了提高系统循环效率。使低品位的热源充分利用，获得最大限度的发电功率，降低窑头(AQC)双压余热锅炉的排气温度；其次是双压系统的低压蒸汽是过热的，进入汽轮机后能保证汽轮机内的蒸汽最大湿度控制在14％以下，使汽轮机叶片工作在安全范围内，并提高机组的效率；同时低压蒸汽还可用于供热等其它需要热源的地方，提高运行灵活性。 双压余热发电系统简单灵活、成本低、热利用率高。由于在余热锅炉上增设了低压省煤器、低压蒸发器，并且增设了低压过热器，能够把更多的低温余热吸收利用，比单压系统多发电10%左右，并且必要时能够解列，维持单压系统正常运行。而对于能够增加发电量的闪蒸系统来说，需要增加闪蒸器、汽水分离器等设备；闪蒸器产生的是饱和蒸汽，在进入汽轮机做功后，易使汽轮机排汽干度不能满足汽轮机的要求。 1995年8月17日国家计委、原国家建材局与日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）签订了基本协议书，由中国安徽海螺集团宁国水泥厂与日本川崎重工株式会社实施。该项目1996年10月18日动工，199 5年2月8日并网发电一次成功。 水泥厂余热资源的特点是流量大、品位低。在宁国水泥厂4000t／d生产线上，预热器（PH）和冷却机（AQC）出口废气流量和温度分别为258550Nm3/h、340℃和306600Nm3/h、238℃，其中部分预热器废气用来烘干燃煤和原料。针对上述特点，热力系统采用减速式两点混气式汽轮机，利用参数较低的主蒸汽和闪蒸汽的饱和蒸汽发电；根据余热资源的工艺状况设置两台余热锅炉，保证能够充分利用余热资源；应用热水闪蒸技术，设置一台高压闪蒸器和一台低压闪蒸器，闪蒸出的饱和蒸汽混入汽轮机做功；对现有AQC 进行废气二次循环改造。由于PH出口废气还要用于烘干原料，因此未设省煤器，只设蒸发器和过热器。加强系统密封。系统采用先进的DCS集散控制系统进行操作控制，具有功能齐全、自动控制、操作简便等特点。 工艺流程图（见图） 此主题相关图片如下：
基于有机朗肯循环的ORC低温余热发电技术伴随国际能源价格持续上涨，及对可再生能源、清洁能源的呼声日益升高，有机工质朗肯循环(Organic Rankine Cycle简称ORC)低温发电技术在国际电力工业市场已经成为一个异军突起的黑马。 典型的蒸汽动力发电系统，其工作循环可以理想化为由两个可逆定压过程和两个可逆绝热过程组成的理想循环，包括以下四个热力学过程： 第一步：定压吸热过程， 第二步：绝热膨胀过程， 第三步：定压放热过程， 第四步：绝热加压过程。 该热力循环理论是由19世纪苏格兰工程师W.J.M.Rankine提出，为纪念其取得的成就，蒸汽动力装置的基本循环亦称为为朗肯循环(Rankine Cycle)。有机工质朗肯循环专指以低沸点(蒸发温度38度，正戊烷)氟碳氢化合物为循环工质的热力系统，ORC低温发电技术就是基于这一工作过程的发电系统，也称有机工质朗肯循环发电。ORC低温发电技术，这里低温泛指的温度小于150度但大于90度的热源，其低温热源是工业过程废热、太阳能、海洋温差、地热等清洁能源，技术突破点在于研究更低的热源温度以驱动透平做功发电，以适应更多的工况条件。尽管发电效率低于传统火电，但由于使用的是清洁能源及工业过程中被废弃的低品质余热，因此在国际能源市场发展迅速。 常规的化石燃料发电技术(火力发电)，即利用煤炭、重油或天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气冲转汽轮机驱动发电机来发电。这个系统中的循环工质是除盐水，由于水的物理性质(一个大气压，100度蒸发)，因此传统电力工业追求的是更高的温度计压力，以提高发电效率，如：超临界、超超临界等。但是提高发电效率的同时，也带来了环境污染、粉尘、气候变化等负面因素。因此在低温发电领域，ORC与传统的发电技术相比，具备以下几个优势： 1)有机工质具有良好的热力学性质，低的沸点及高的蒸气压力使0RC方法比水蒸气朗肯循环具有较高的热效率，对较低温度热源的利用有更高的效率。
低温余热回收利用技术 项目建议书 中国科学院 中北国技(北京)科技有限公司
目录 一、技术概况 (3) 二、技术特点 (3) 三、工程建设规模及收益 (4) 四、技术适用方向 (4) 五、技术应用情况 (6) 六、案例介绍 (6) 七、合作模式 (7)
一、技术概况 纯低温余热回收发电项目是利用100℃以上工业余热产生的低品位蒸汽，来推动专门设计的低参数的汽轮机组做功发电。与大中型的火力发电不同，低温余热发电是通过回收钢铁、水泥、石化等行业生产过程中排放的中低温废烟气、蒸汽所含的低品位热量来发电，是一项变废为宝的高效节能技术。该技术利用余热而不直接消耗原煤、原油、原气，不仅不对环境产生任何破坏和污染，反而有助于降低和减少余热直接排向空中所引起的对环境的污染。该技术针对各种不同参数低温余热的回收采取不同技术和措施，针对钢铁工业的低温余热（低品位）主要采用带蓄能器饱和蒸汽发电方案和带蓄能器过热蒸汽发电方案两种。统计数据表明，一个年产钢铁500万吨的企业，全年利用低温余热可发电约2亿度，可为企业增收8000万元。 低温余热发电技术是一项国家积极鼓励、大力推广的节能技术，具有极佳的社会和经济效益。它已越来越受到人们的高度重视，从我国能源局编制的《2010热电联产发展规划及2020年远景目标》可以看出中国余热发电的春天就要到了。而且国家规定，对于容量大于1000千瓦的余热电站，实行无条件上网并给予优惠上网电价。这些措施的出台为我国低温余热发电技术的广泛应用创造了有利条件。 二、技术特点 1、低温余热发电技术无需补燃锅炉，系统简单，运行方便，不消耗任何燃料。 2、利用先进的专利和专有技术，比采用其他同类技术年余热发电量提 高约30%。 3、根据所利用的余热情况设计专用的发电系统及专用的余热发电设备，而 不是套用标准的火力发电设备，这样保证了余热电站的高效率。目前可以达到效率水平：
ORC低温余热发电设备项目 合作方案 投资分析/实施方案
ORC低温余热发电设备项目合作方案说明 常规的水蒸气朗肯循环中,工质是水蒸气,由四大设备：锅炉、汽轮机、冷凝器和给水泵组成。工质在热力设备中不断进行等压加热、绝热膨胀、 等压放热和绝热压缩四个过程,使热能不断转化为机械能。当利用低温有机 工质（如上述的戊烷）作为循环的工质时,主要设备有：蒸发器、汽轮机、 冷凝器和循环泵等。 该ORC低温余热发电设备项目计划总投资4543.05万元，其中：固定 资产投资3580.84万元，占项目总投资的78.82%；流动资金962.21万元，占项目总投资的21.18%。 达产年营业收入7839.00万元，总成本费用6229.79万元，税金及附 加81.41万元，利润总额1609.21万元，利税总额1912.58万元，税后净 利润1206.91万元，达产年纳税总额705.67万元；达产年投资利润率 35.42%，投资利税率42.10%，投资回报率26.57%，全部投资回收期5.26年，提供就业职位119个。 坚持安全生产的原则。项目承办单位要认真贯彻执行国家有关建设项 目消防、安全、卫生、劳动保护和环境保护的管理规定，认真贯彻落实 “三同时”原则，项目设计上充分考虑生产设施在上述各方面的投资，务
必做到环境保护、安全生产及消防工作贯穿于项目的设计、建设和投产的 整个过程。 ...... 报告主要内容：项目基本情况、建设背景、市场分析预测、产品规划 分析、项目选址、工程设计、工艺先进性、项目环保分析、项目安全卫生、项目风险说明、节能方案分析、计划安排、项目投资方案、经济收益、综 合评价说明等。
低温余热发电產品說明 1、低温余热发电应用背景 我国的一次能源资源现状不容乐观，煤炭资源储量虽然世界排名第二（美国第一，是我国储量的一倍），但我国可开采的煤炭资源不足百年时间，远少于世界前六位储煤量国家；我国的石油和天然气资源也仅够开采几十年，世界范围内的石油资源开采也可能在本世纪内短缺。 过去二十年我国的能源消耗量迅猛增长，1 9 9 3 年我国作为能源净进口国以后，能源缺口越来越大，随着经济规模的日益扩大，能源需求迅猛增加。然而，我国的能源利用率水平却十分低下，按照单位能耗创产值来看，我国的能耗指标是全世界平均水平的5 倍；是日本能耗的1 5 . 5 倍；连印度这样的人口大国，我国的能耗也是她的2 倍。这种惊人浪费能源的状况，导致掠夺性能源资源的巨量消耗，其结果将对我国环境和生态造成永久性的冲击，可能成为我国下一代或者下几代的沉重负担。所以，解决我国能源短缺和能源结构的问题，已经成为影响我国可持续发展和国家安全的战略性大问题。 我国政府非常清楚所面临的能源发展状况，从八十年代开始，就制定了“能源开发与节约并重，节约优先”的政策，大力扶持和开发世界上的第五大能源－“节能”技术，并制定了《节能法》。 从第五大能源的资源来看，高品位能源的浪费是有限的，因为通过现有的技术都可以较好地回收和利用；大量浪费的是低品位能源－低温、低压、污染的、不稳定的热能，占到总浪费能源的7 0 ％－8 0 ％，甚至更多。如何高效回收低品位能源并转化成高品位能源( 如电能) ，是摆在全世界能源专家前面的一项很大的技术难题。 2、低温余热发电技术背景 现有的将热能转换成机械能或者电能的动力机，主要有燃烧油、气的燃烧动力机（汽油机、柴油机和燃气轮机）和利用蒸汽冲转的汽轮机。低品位能源一般都以蒸汽、汽水混合物、热水等形态存在，或者其他形态通过换热器转换成这种形态存在，因而回收低品位能源的设备主要以汽轮机为主。 根据汽轮机的技术特点，它只能适用于过热蒸汽、干净蒸汽而且蒸汽流量和参数相对稳定的热源情况，设备要求的人员技术水平和维护条件都很高。这种技术特点，使得汽轮机大多适合于带基本负荷的发电企业，无法应用在现有工业大量低品位余热废热的回收利用中。为解决这个技术难题，全世界许多能源工作者付出大量心血，积极开发新型的低品位热能动力机，希望不仅能回收各种复杂的低品位浪费的热能，而且效率高、安全可靠、容易施工和运行操作，在许多能源技术相对薄弱的用户企业也可以应用推广的热动力机。 螺杆膨胀发电机就是这样一种低品位热能动力机，它能够回收低品位热能并直接转换成电能，是一种在当前能源利用领域重大突破性的新型动力机。 螺杆膨胀发电机具有三个非常重要的技术特点： ☆热源适应范围非常宽广：可以适用于过热蒸汽、饱和蒸汽、汽水混合物、热水和高含盐份的各种低品位热源的热电转换，属于国际上唯一具备如此优点的热动力机。 ☆变工况能力十分优越：在热源负荷和参数大范围（从1 2 0 ％到1 0 ％范围）变化波动的情况下，不仅运行稳定可靠，而且高效平稳。 ☆维护费用和使用技术门槛很低：属于十年无大修的动力机，小修维护和运行操作都简单方便，对用户原系统不产生干扰影响，安装和移动十分简易。 目前，我国的螺杆膨胀发电机产品，不仅完全拥有核心知识产权技术，而且单机功率达到国际上最高水平1 5 0 0 KW（国际上同时开发的国家：日本投用的单机产品功率为1 0 2 KW；美国投试的样机功率1 0 0 0 KW），并经过了长时间多行业的实践运行检验，形成了多系列标准的成熟产品。 3、低温余热发电推广意义 根据国家原经贸委统计的数据，在我国轻工等行业有工业锅炉超过5 0 万台，利用螺杆膨胀发电机可以回收许多工业锅炉的蒸汽压差损失，实现能量的梯级合理利用，按照平均每台1 0 0 KW电能的回收水平，可以为国家带来两个三峡的发电能量，其战略意义和经济意义是不言而喻的。在实际工业中不少工业锅炉的蒸汽利用效率低，有些不稳定蒸汽甚至排空浪费，所以实际回收的电能量将更为丰厚。 在石油化工行业，因为工艺过程中伴随有大量的蒸汽，也产生大量的废热液，这些废弃排放掉的热源都可以利用螺杆膨胀发电机来回收发电。