第二代余热发电的废气温度及热量分布图

第二代余热发电的废气温度及热量分布图，见图6；根据上述废气温度及热量分布，发电系统完全有条件采用中温中压主蒸汽参数，实际应用的两种第二代余热发电热力系统分别见图7、图8第二代余热发电技术采用的主要技术措施：(1)改变抽取窑头熟料冷却机废气方式，即在靠冷却机进料端(热端)设置一抽取400～600℃废气的抽废气口，同时在冷却机中部设置抽取260～360℃废气的抽废气口。

根据废气温度，利用400～600℃抽废气口抽出的废气设置ASH蒸汽过热器，用于调整控制汽轮机进汽温度；利用260～360℃抽废气口抽出的废气设置AQC炉生产1.57～3.82Mpa次中压或中压饱和蒸汽并同时生产0.1～0.5Mpa饱和温度至180℃的低压低温蒸汽、85～200℃热水。

(2)在利用窑尾预热器系统最终（C1级旋风筒出口）排出的300～350℃废气的同时，利用C2级旋风筒内筒至C1级旋风筒入口的450～600℃废气设置蒸汽过热器。

这样：一方面C1级旋风筒入口的450～600℃废气温度仅降低20～25℃，是水泥生产所允许的同时不会增加熟料热耗；另一方面，通过设置的C2级旋风筒内筒过热器使SP炉可生产1.57～3.82Mpa次中压或中压饱和温度至450℃的过热蒸汽，见图8。

目前这项技术已在1600t/d 窑3000kw纯低温余热电站系统顺利通过实验考核运行。

(3)为了提高窑头熟料冷却机废气余热回收率以提高窑头AQC炉进口废气温度从而进一步提高发电量，窑头熟料冷却机冷却风采用循环风方式，即将AQC炉出口废气部分或全部返回冷却机。

目前这项技术也已在1600t/d窑3000kw纯低温余热电站系统顺利通过实验考核运行。

对于第二代余热发电技术的上述（2）、（3）项措施，根据工程实际情况，即可以同时采用，也可以采用其中的某一项，也可以两项都不采用。

是否采用上述（2）、（3）项措施，对余热电站实际发电能力有10～15%的影响。

目前国内预分解水泥窑采用纯低温余热发电的主机设备配置主要为：1 窑头采用余热锅炉（或热交换器），简称为AQC炉，国内都为立式；国外也是。

2 窑尾采用余热锅炉（或热交换器），简称为SP炉，国内都为立式；国外为卧式。

3 汽轮机，国内采用补汽凝汽式汽轮机；国外为混压式汽轮机。

4 发电机，国内采用空冷式发电机；国外也是。

5 水处理设备。

6 循环冷却设备。

7 DCS控制设备。

余热锅炉设备国内制造地主要有哈尔滨、辽宁鞍山、杭州、无锡、盐城和河南洛阳；汽轮机设备国内制造地主要有杭州、南京、青岛、洛阳等。

对于余热锅炉如何适应废气的低温和含尘的高浓度是设备之关键。

因为废气温度低就要增加换热面积；废气的含尘浓度高会带来传热性能降低，并加快设备磨损，尤其是窑头余热锅炉的磨损。

对于汽轮机设备面对的是中、低品位的混压进汽，混压进汽式汽轮机的开发成功，填补了国内汽轮机制造业的空白。

因此可以认为预分解水泥窑纯低温余热发电设备的逐渐成熟正处于应用初始阶段。

一、余热锅炉类（1）哈尔滨锅炉厂（2）杭州锅炉集团（3）南通万达锅炉公司（4）鞍山锅炉厂（5）无锡华光锅炉股份公司（6）中信重型机械公司（7）盐城锅炉公司（8）东方锅炉设备制造公司（9）鞍山锅炉厂（10）郑州锅炉厂二、汽轮发电机类（1）杭州中能汽轮动力公司（2）南京汽轮机厂（3）青岛汽轮机厂（4）中信重型机械公司（5）杭州发电设备厂（6）济南发电设备厂3主要设备及系统配置3.1余热锅炉余热锅炉按布置形式可分为立式和卧式两种，按循环方式又可分为强制循环和自然循环。

在中低温纯余热发电系统中，一般设置2台余热锅炉，1台为窑尾锅炉通常称SP炉，1台为窑头锅炉通常称AQC炉。

SP炉设置在最后一级预热器和窑尾主排风机之间。

废气温度一般在300～400℃之间，含尘量高，一般为标准状况下50～80g/m3，废气的负压较大。

要求锅炉的换热原件不易积灰，受热面布置便于清灰，且锅炉的密封性能要好。

采取的布置形式一般根据工厂的场地、粉尘的堆积特性等条件确定。

宁国水泥厂的SP 炉就选用的卧式锅炉。

卧式锅炉的特点是烟气在炉中水平流动，受热面是蛇形光管，竖直布置上端固定在构架上，下端为自由端，并焊有振打装置之连杆，特殊设计的振打装置对受热面定期振打，加之蛇形管为竖直悬吊在构架上，可使受热面保持干净无灰，从而保证了很高的传热效果。

由于工作介质在蛇形管内上下流动，无法利用其重度差进行自然循环，所以采用强制循环。

锅炉下部用一内置式拉链机将灰输送至锅炉的一端经一锁风喂料机输出。

又如台湾的花莲水泥厂的SP炉则采用的立式锅炉。

立式锅炉的特点是烟气在炉中垂直流动，受热面也采用蛇形光管，但水平布置，分组采用特殊的挂件悬挂在构架上，分组设置振打装置，从上至下逐组振打，也能满足清灰的要求，但这种布置方式比起竖管的清灰干净程度略差，所以在受热面的设置上要考虑上述因素。

以确保锅炉的高效率。

但立式锅炉占地面积小，布置方便。

冷却机的废气虽然含尘量不大，标准状况下约10～20g/m3，但磨蚀性大。

所以AQC炉的设置分前置式和后置式两种。

前置式即AQC设在冷却机与电收尘器之间，这种设置一般还需加预收尘装置以减轻粉尘对AQC炉内的换热管磨蚀，因此系统阻力增加较多，但可以利用图3、图4流程。

后置式即AQC设在电收尘和窑头排风机之间，粉尘对换热管磨耗小，且系统阻力增加不大，但电收尘必须密封性能好,漏风量小，热损失小。

窑头粉尘为熟料颗粒，粘附性不强，所以AQC炉的结灰不严重，一般均选为立式锅炉。

由于窑头的废气温度低，气量大，且对锅炉的排气无特殊要求，应尽可能地回收余热。

为了增大换热面积，强化换热效果，AQC炉的换热管应采用螺旋翅片管或蟹形针管等能显著增加换热面积而又耐磨蚀的管形。

3．2汽轮发电机用于余热利用的汽轮发电机其特点是以汽定电，所以要求带负荷的能力可在较大范围内波动，尤其是发电机的选型要考虑能超过设计发电量的15％左右。

目前市场上可用于中低温纯余热发电系统的汽轮发电机有两种。

一种为单压系统的低参数凝汽式汽轮机。

特点是系统简单，适合3000kW左右的小机组。

另一种为混压系统，汽机除主蒸汽进口外还有一至两个补汽口，并辅助采用了热水闪蒸技术，用闪蒸的饱和蒸汽混入汽轮机做功。

特点是系统较复杂，但系统热效率较高，适合6000kW以上机组。

3．3热力系统在热力系统的设计上一般是根据废气温度及废气量经过合理配置来确定蒸汽参数和蒸汽量，一般选用的汽轮机的参数比较低。

在余热锅炉设置上，对SP炉来说因出炉的废气还要用于原料的烘干，所以一般SP炉带汽包仅设置过热器和蒸发器。

AQC炉的排烟无特殊要求，主要设置省煤器，也可带汽包设置蒸发器，有可能的情况下也可适当的设置过热器例如窑头采用图3、图4流程。

余热锅炉的受热面的配置，最终是根据余热资源及最大产气量配置的。

由于系统用于水泥厂的余热发电，所以汽机必须带有前压调节装置，当机组在正常运行时，以汽机的进口压力作为主要控制参数，来调节机组输出功率以保证压力基本稳定，这种方式可适应废气余热参数5）水泥连接系统优化与杭州锅炉厂合作，设置两台不同参数余热锅炉，保证能够充分利用余热资源。

由于水泥线工艺布置较紧凑，现场空地不多，而窑尾SP锅炉又采用立式锅炉，综合以上因素考虑，将窑尾SP炉布置在窑尾预热器后的高温风机之上。

由于出冷却机的余气温度大约300℃左右，为提高主蒸汽品质，需对冷却机进行改造，可从冷却机中部（原煤磨抽风处）引出管道，抽出350℃左右的废气送至沉降室，滤去大颗粒粉尘后再由管道分别引向AQC锅炉和煤磨。

原余风管路系统可做为锅炉的旁通烟道，当锅炉故障或水泥生产不正常时可关闭去AQC锅炉的阀门，气流可不经锅炉而由此旁路系统直接排至窑头收尘器。

在冷却机原余风管路上、新设的去锅炉管路上和出锅炉管路上均增设电动百叶阀门，以实现对气流的控制和切换。

2 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。

3.2 设计特点3.2.1电站工艺系统特点根据辽源金刚水泥厂的余热条件，结合朗肯循环原理，对能量进行梯级利用，采用双压工艺热力系统，可使相对高温热源（210~350℃烟气）产生较高参数的蒸汽，使相对低温热源（100~210℃烟气）产生较低参数的蒸汽，使能量分布优化，提高热力系统循环效率。

在窑尾预热器废气出口设置SP余热锅炉。

从预热器出来的350℃左右的烟气从顶部进入SP 余热锅炉，由于其烟气粉尘浓度高为80－100g/Nm3、粉尘颗粒细、粉尘比电阻高、粉尘硬度低等特点，对锅炉受热面的磨损不严重、但容易积灰，因此在SP余热锅炉内设置振打除灰装置。

烟气在锅炉内经过能量交换后，温度为220℃左右，进入原水泥系统。

在窑头冷却机废气出口设置AQC余热锅炉，采用双压技术。

由于窑头烟气带着磨损性较强的熟料微粒，含尘浓度为20－30g/Nm3左右，具有干燥，粉尘粒径粗、磨损性大、粘附性不强等特点；为减轻锅炉磨损，提高锅炉的使用寿命，在AQC锅炉前设置沉降室。

350℃左右的烟气从篦冷机中部抽出后进入沉降室，在沉降室内约有60％的灰尘沉降下来，灰尘通过拉链机送到水泥熟料系统，烟气再从顶部进入AQC余热锅炉，在锅炉内经过能量交换成为温度为100℃左右的烟气，进入水泥系统的窑头电收尘器。