下载文档原格式
水泥窑纯低温余热发电技术与装备简介、刖言水泥生产过程需要消耗大量的能源和天然矿物，而这些资源是不可再生的，因此制约了水泥工业的可持续发展，降低水泥生产过程中原燃料的消耗是保证水泥工业可持续发展的最有效措施。
水泥熟料煅烧过程需要较高的煅烧温度，消耗大量的天然矿石能源一一煤炭,以目前先进的新型干法水泥窑为例，其单位熟料烧成热耗在2900~3300kJ/kg但同时约占熟料烧成热耗30--40%的热量随废气从窑尾和窑头排入大气，而采用余热发电技术将这部分热量回收是一种非常有效的办法----、华效公司在低温余热发电方面的技术保障能力及业绩公司简介协作单位公司技术力量及外聘技术顾问相关工作业绩三、水泥低温余热发电技术和装备：设计思想A冷却机中部开口，抽取较高温度的废气以提高发电能力。
（由用户选择目前,?窑外分解窑所配套的篦式冷却机出口废气温度多在200r左右,在这种温度下的热量品位较低，？很难进行动力回收，除非窑尾废气温度相当高的特殊情况，一般情况下要对冷却机进行相应的改造。
由于从冷却机各段篦床上逸出的温度是不一样的，可以将这股废气人为地分为两部分，一部分是从冷却机中部逸出的，温度在300C 以上的中温废气，？利用这股废气进行余热动力回收是可行的;另一部分是从冷却机后部逸出的120 C左右的废气，这股废气基本上没有动力回收价值，而且与前一部分废气混合时降低了其热能的品位,使系统的可用能遭受很大的损失。
因此，在冷却机原有废气出口前新开一抽气口，用以抽取冷却机中部逸出的气体进行余热动力回收，原有抽气口抽取冷却机后部废气，两抽气口之间用挡墙相隔,压力的平衡用挡板实现。
设置锅炉旁通烟道，以便锅炉停运时不影响水泥生产。
锅炉出口废气与原抽气口的废气混合后进入电收尘，汇入水泥工艺流程。
B对预热器进行相应改造，由五级换热改为四级换热。
经过认真核算，可实施预热器的改造以提高发电能力，从而提高全厂整体的热利用效率（由用户选择。
水泥回转窑纯低温余热发电技术和经验介绍来源：更新日期：2007-3-23 【字体：小大】水泥生产过程需要消耗大量的能源（煤或油）和天然矿物，而这些资源是不可再生的，所以这就制约了水泥工业的可持续发展，如何降低水泥生产过程中原燃料的消耗是保证水泥工业可持续发展的最有效措施。
水泥熟料煅烧过程需要较高的煅烧温度，消耗大量的天然矿石能源—煤炭（或油）。
以目前先进的新型干法水泥窑为例，其单位熟料烧成热耗在2 900—3300kj/kg，以年产熟料50万吨规模计，每年消耗原煤约6.5万，但同时约占熟料烧成热耗30%左右的大量350℃左右的废气从窑尾和窑头收尘器排入大气。
采用余热发电技术将这部分热量回收是一种非常有效的办法，由于废气温度较低，对装备和技术的要求较高，采用纯低温余热发电国内尚未有非常成熟和成功的技术和工程，宁国水泥厂纯低温余热发电是引进日本的技术和装备。
目前国内新型干法窑主要采用的是带补燃炉的余热发电技术，但这种技术和国家有关政策有冲突，使这种技术的利用受到限制。
日产1050吨（实际1350吨）φ3.5×88m四级旋风预热器窑（SP窑）采用纯低温余热发电技术进行技术改造，项目由天津水泥设计研究院设计，于2003年5月建成投产，项目装机容量2.5MW，设计发电能力1800kw/h，全部采用国产设备和技术，经过半年左右的运行，主要设备和整个系统都运转正常，各项技术经济指标达到设计要求。
下面就纯低温余热发电系统作一介绍。
1 热力系统系统主机为两台余热锅炉(窑头AQC锅炉和窑尾SP锅炉)和一套补汽凝汽式汽轮发电机组，装机容量为2.5MW，设计发电能力为1800kw/h。
余热来源SP（窑尾预热器）：废气流量95000Nm3/h，温度390℃（实际360℃）；AQC（冷却机）：废气流量40000Nm3/h，温度350℃。
冷却机中部设置抽风口作为AQC锅炉的取风口，通过与冷却机原抽风口之间的风门调节，保证中部抽风口的废气温度达到350℃左右，为减轻废气对AQC锅炉的磨损，在锅炉前设置了沉降室。
新型干法水泥生产中纯低温余热发电技术的应用对新型干法水泥生产中纯低温余热发电设备组成及工艺流程进行了介绍，并针对不同地区分析了重要参数的选择。
结合实际运行带来的经济效益、环保效益和社会效益来论证纯低温余热发电技术的应用前景。
标签：纯低温；余热发电；经济性；环保性1 概述党的十八大报告中对未来企业发展做出了明确要求：树立科学发展观，加强全过程节约管理，加强节能降耗，推动资源利用方式根本转变，提高能源利用效率和效益，节约集约利用资源，建立节约型社会，推动可持续发展战略。
国家针对近年来水泥行业高速增长中带来的能源消耗高、环境污染重等状况，制定了水泥行业发展规划，鼓励日产2000吨以上水泥熟料干法生产线采用世界先进的纯低温余热发电技术，对水泥生产过程中产生的废气余热进行回收利用。
相对旧式带补燃炉余热发电技术，新型纯低温余热发电技术从经济性、环保性及设备运行可靠性均具有较大优势，在新型干法水泥生产中正在普遍推广和使用。
2 一级闪蒸纯低温余热发电技术介绍2.1 设备组成上图为海螺水泥应用日本川崎技术及关键设备自行研发的纯低温余热发电系统。
整个系统设置一台PH锅炉用于回收预热器出口废气热能，一台AQC锅炉用于回收篦冷机出口废气热能，一台闪蒸器用于调节省煤器出口温度并产生饱和蒸汽作为汽轮机补汽辅助做功，一套锅炉给水系统，一套汽轮发电机及其冷却水系统。
2.2 流程介绍纯低温余热发电热力循环是基本的蒸汽动力循环，即汽、水之间的往复循环过程。
蒸汽进入汽轮机做功后经凝汽器冷却成凝结水，凝结水由凝结泵泵入闪蒸器下集箱与闪蒸器出水汇合后经给水泵升压进入省煤器进行加热，经省煤器加热后的高温水分为三路分别送至AQC锅炉汽包、PH锅炉汽包和闪蒸器内。
进入两锅炉汽包的水在锅炉内循环受热产生一定压力下的过热蒸汽作为主蒸汽送入汽轮机做功，进入闪蒸器的高温水利用“闪蒸”原理产生一定压力下的饱和蒸汽作为补汽送入汽轮机后几级辅助做功。
做功后的乏汽经凝汽器冷却形成凝结水重新参与热力循环，循环过程中损耗的水由纯水装置制取的纯水进行补充。
水泥厂中低温纯余热发电技术及其应用水泥生产过程中，会产生大量的热能，其中包括高温热能和低温热能。
高温热能可以用于熟料烧成和余热发电等领域，而低温热能则一般会直接
排放到大气中，造成了能源的浪费和环境的污染。
针对水泥厂低温热能的利用问题，近年来出现了一种新的技术——低
温纯余热发电技术。
该技术利用温差生成电能，可以将水泥厂低温废热转
化为电能，从而实现能源的再利用。
该技术的原理是利用温差发电模块，将低温废热转化为电能。
一般来说，该技术需要在50℃以下的低温环境下才能工作。
通过将低温废热与
环境温度形成温差，可以驱动热电材料中的电子流动，产生电压和电流。
该技术在水泥厂中的应用，可以解决低温废热无法利用的问题，提高
能源利用效率。
同时，还可以减少水泥生产对环境的影响，促进可持续发展。
需要注意的是，低温纯余热发电技术在应用中要考虑到设备的成本和
维护成本，以及与水泥生产过程的配合问题。
只有在成本和效益相协调的
情况下，才能更好地推广和普及该技术。
水泥厂纯低温余热发电技术以及发电能力的初步研究摘要：水泥在社会的建设中发挥着重要作用，是推进城市化的基础性材料。
而且，水泥的需求量还在持续增加，生产的规模进一步扩大。
但是，水泥的生产过程中会消耗很多的能量，这些能量大部分不能够进行充分的利用。
就被直接排入外界，不仅造成了能源的浪费还给环境造成了一定的污染。
科技进步，使得这些问题得到初步的解决。
纯低温余热发电技术应运而生，该技术能够将余热进行充分的利用。
本文就此发电技术进行研究，对其发电能力进行探讨，希望能给水泥厂以及相关的工作人员提供借鉴。
关键词：水泥厂；纯低温；余热发电技术；发电能力；初步探究引言生态环境是人们拥有高品质生活的基础，为了更好的促进社会的发展需要加强对环境的保护力度。
随着工业的发展，环境不可避免的遭到了污染。
这就需要各大工业转变生产方式，加强资源的节约以及环境的保护力度。
纯低温余热发电技术作为水泥厂近年来研发的节约能源、减少污染的重要技术，取得了良好的效果，在世界各国得到了广泛的应用。
该技术每年至少为我国生产几百亿度电，极大的保证了我国的用电安全。
1现行的余热发电技术1.1纯余热发电该技术在使用的过程中，遵循的是朗肯循环原理。
通过热能进行发电，用水和水蒸气产生的余热，将余热转换为电能。
该技术的操作过程比较简单，整个运行过程中花费的成本较低，而且有很强的可靠性。
所以受到很多水泥生产厂的欢迎。
但是，因为该技术在进行废气的排放时，废气中的余热的质量不稳定。
这就使得生产的电能在质量上得不到很好的保证。
1.2有机朗肯循环余热发电朗肯循环技术对废气的余热有具体的要求，如果余热的温度不达标，会降低电能的生产质量。
该技术是在朗肯循环基础上进行改进发明的。
该技术可以通过有机媒介对余热进行吸收，使得余热的温度达到发电的需求。
有机媒介在吸收热量后，会转化为液体，提高发电的效率。
该技术使用的媒介，其适应性比较强，可以在任何的温度中吸收余热。
并且其声速小，极大的降低了运行的成本。
水泥余热发电一、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。
发电模拟图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。
水泥工业中低温余热发电技术及装备天津水泥工业设计研究院唐金泉摘要1、中低温余热发电技术及装备的研制过程与现状我国水泥窑余热发电技术源于二十世纪三十年代日本人在我国东北及华北地区建设的若干条中空窑高温余热发电站，其水泥窑废气温度为800℃～900℃、熟料热耗为6700KJ～8400KJ/kg，所配套的高温余热发电系统的发电能力为每吨熟料90kW～130kW。
二十一世纪八十年代末，根据水泥工业节能降耗提高企业经济效益的需要，结合新型干法水泥熟料煅烧技术的发展、水泥生产过程中的废气余热温度已降至450℃以下的条件，国家在“八·五”期间安排了国家重大科技攻关项目《水泥厂中低温余热发电工艺及装备的研究开发》工作。
针对这一项目，根据当时国内火力发电主要设备（锅炉、汽轮机、发电机）中的汽轮机设计、制造、材料技术的限制，国家建材局确定：项目的开发工作走两条技术线路，其一：利用国产标准系列的汽轮机开发研制带补燃锅炉的中低温余热发电工艺及装备，即国家建材局委托天津水泥工业设计研究院承担的“八五”国家重大科技攻关项目课题——《带补燃锅炉的中低温余热发电工艺及装备的研究开发》；其二：开发研制适于水泥厂纯中低温余热发电的特种汽轮机，即国家建材局委托中国建筑材料科学研究承担的“八·五”国家重大科技攻关项目课题——《双流低温余热发电系统及螺杆膨胀机的研究开发》。
就上述两个课题，天津水泥工业设计研究院、中国建筑材料科学研究院分别开展了各自的各项目具体工作。
对于天津水泥工业设计研究院：:根据其所承担的“八·五”攻关课题任务，经过对热能动力循环理论及在此之前该院已经设计投产的多个中空窑高温余热电站热力循环系统及装备在生产运行过程中所存在问题的细致分析和总结，结合新型干法水泥生产线的工艺特点、废气余热品位、废气余热分布、水泥生产系统与余热发电系统结合起来后的复杂性，确定了课题开发工作重点集中于如下几个方面：（1）余热电站的热力循环系统配置研究及系统、设备配置计算方法的研究；（2）余热电站内各余热锅炉及补燃锅炉的研制；（3）水泥生产系统与余热电站系统间管理、操作及安全保护关系的研究；（4）余热电站汽水管道配置及锅炉给水除氧系统的研究；（5）余热电站控制思想及计算机控制系统的研究；（6）带补燃的中低温余热电站与纯中低温余热电站节能效果及投资效益的比较分析研究。
在确定上述研究开发工作重点的同时，确定了课题研究开发成果的应用方向——：1）利用课题开发成果为具有150℃至450℃废气余热的水泥生产企业建设带补燃锅炉的中低温余热电站；2）一旦适于水泥窑150℃至450℃废气余热的纯中低温余热电站特种汽轮机开发研制成功，课题开发成果取消补燃锅炉后直接采用特种汽轮机以实现纯中低温余热发电。
天津水泥工业设计研究院经过十年的艰苦努力全面完成了课题开发工作任务，同时在国家建材局原科技司的支持下至2000年进一步完成了适于水泥窑150℃至450℃废气余热的纯中低温余热电站所需特种汽轮机混压进汽（补汽式）汽轮机的开发研制任务，至2000年底：为了确定经济、合理、高效的热力循环系统、循环参数及电站汽水管路配置和除氧系统；为了解决余热锅炉所存在的磨损、漏风、集灰、炉内换热过程不清、换热效果不明以至余热锅炉热效率低下影响余热发电量的问题；为了解决补燃锅炉受热面匹配、与余热锅炉的关系及补燃锅炉主蒸汽调温措施等问题，在天津水泥工业设计研究院内建设运行了一套2000t/d预分解窑6000kW补燃电站1：20的模型实验线。
为了摸清适于水泥窑生产运行的立式余热锅炉具体结构方式及热力、换热特性同时摸清立式余热锅炉对于废气温度、废气粉尘的适应性，结合模型实验线内的实验用立式余热锅炉的运行情况从而验证实验所获得的数据，为苏州南新水泥有限公司700t/d中空窑6000kW800～900℃废气温度的高温余热电站实验研制了国内首台水泥窑高温立式余热锅炉。
在实际生产运行过程中经过对该台余热锅炉的三次局部更改，自1996年实现了均吨熟料余热发电量为6562KJ/kg—173kW.h/t、小时吨熟料余热发电量为6562KJ/kg—192kW.h/t的国内最高指标（比其它同规模、同类型水泥窑的卧式余热锅炉余热电站在熟料热耗相同的条件下，余热发电量提高20%以上），达到了预期目的，为中低温余热电站高效余热锅炉的设计、制造奠定了理论及实用技术基础。
利用课题开发成果建设投产了两条工业实验用以煤粉为燃料的带补燃锅炉的中低温余热电站，其一为鲁南水泥厂两条2000t/d带有四级预热器预分解窑的一台12000kW凝汽式汽轮发电机的补燃余热电站；其二为北京琉璃河水泥厂一条2000t/d带有五级预热器预分解窑的一台12000kW抽汽供热式汽轮发电机组的补燃余热电站。
两个余热电站先后于1996年下半年投入生产运行。
通过这两个电站的投入运行验证了试验结果并为热力循环系统及参数配置、汽水管路配置、除氧系统配置、余热锅炉与补燃锅炉参数配置及设计制造、计算机控制系统配置及控制思想、电站与水泥生产系统间的安全保护生产管理关系提供了实际经验。
通过对上述各项工作的理论总结及上述几个工程在实际生产运行过程中所存在问题的分析，考虑国家资源综合利用政策及水泥厂具有将补燃电站运行过程中补燃锅炉产生的炉渣、粉煤灰做为水泥生产用原料的特点，在上述几个余热电站工程已经正常投入生产运行的基础上，为了将补燃锅炉技术升级为流化床补燃锅炉而使电站燃用煤矸石等劣质燃料，1998年至1999年为湖北葛州坝水泥厂一条700t/d带有五级预热器的预分解窑及一条2000t/d带有五级预热器的预分解窑配套建设了一台12000kW凝汽式汽轮机组的煤矸石补燃中低温余热电站。
在湖北葛州坝水泥厂中低温余热电站启动调试过程中，通过对流化床补燃锅炉所存在具体技术问题的进一步分析研究并通过整顿改造使整套电站于1999年10月投入正常生产运行。
此举标志着天津水泥工业设计研究院所承担的“八五”国家重大科技攻关课题—《带补燃锅炉的中低温余热发电工艺及装备的研究开发》任务及对课题开发成果进行技术升级的任务已全面完成。
在解决了课题所确定的六个重点问题的基础上形成了完整的课题开发成果《带补燃锅炉的中低温余热发电工艺及装备》，同时形成了完整的中低温余热电站工程设计思想及各项具体技术措施（包括装备），为余热发电系统技术及装备技术的进一步发展、实现纯中低温余热发电及装备技术在水泥工业的推广应用奠定了理论及实际生产运行技术基础。
在此基础上，天津水泥工业设计研究院分别为河南七里岗水泥厂一条700t/d及一条1000t/d带有五级预热器的预分解窑、黑龙江省牡丹江水泥厂一条2000t/d带有四级预热器的预分解窑、杭州钱潮建材股份有限公司1000t/d带有五级预热器的预分解窑配套建设了以流化床为补燃锅炉的一台7500kW（七里岗）凝汽式汽轮发电机组、一台12000kW（牡丹江）抽汽供热式汽轮发电机组、一台4500kW（杭州钱潮）混压进汽式（补汽式）汽轮发电机组的中低温余热电站，目前在为河南洛阳水泥厂、吉林双阳水泥厂、新疆屯河水泥公司配套设计以流化床为补燃锅炉的补燃中低温余热电站。
天津水泥工业设计研究院在进行上述带补燃锅炉的课题研究开发工作的同时，为了切实了解并掌握国外先进工业国家纯中低温余热发电装备技术情况，1995年承担了由日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）赠送全套纯中低温余热发电设备的安徽宁国水泥厂4000t/d带有四级预热器预分解窑的6480kW纯中低温余热发电工程的可行性研究报告、施工图设计、施工驻厂报务任务并参与了日方赠送设备的具体谈判工作。
该电站于1997年投入正常生产运行，经过对窑头熟料冷却机冷却风系统进行改造后（改造为循环风，使冷却机余风由200℃～300℃提高至360℃），仅利用窑头熟料冷却机废气余热（165300Nm3/h--360℃↓91℃）及窑尾预热器废气余热（258550Nm3/h—350℃↓250℃）实现了发电6480kW的目的。
在这套纯余热发电技术装备中，采用的汽轮机即为适于水泥窑废气余热品位及余热分布的特种汽轮机：二级低参数混压进汽式（补汽式）汽轮机，其原理及参数见图一图一.二级混压进汽式汽轮机原理及参数分布（日本NEDO赠送）上述这台汽轮机无论其结构方式还是参数配置国内是没有先例的（在中小型汽轮机设计制造方面，在本文发表之前，国内仅能生产一个进汽口—即仅为主进汽口的汽轮机，其进汽参数为 1.2～1.6MPa-280～340℃、1.3MPa-340℃、1.6MPa-340℃、2.4MPa-385℃、3.43MPa-435℃等），该台汽轮机整机内效率为77.5%，连同发电机在内的总效率为75.5%。
该工程日方所赠送的全套设备造价约合15亿日元，宁国水泥厂配套资金约2800万元人民币。
为了实现国产化装备的纯中低温余热发电技术的应用，天津水泥工业设计研究院在充分消化吸收日本人赠送给安徽宁国水泥厂纯中低温余热发电全套设备中的混压进汽式（补汽式）汽轮机设计、制造技术后，由于中国建筑材料科学研究院承担的“八·五”国家重点科技攻关课题《双流低温余热发电系统及螺杆膨胀机的研究开发》工作遇到了困难。
天津水泥工业设计研究院与杭州汽轮机厂、杭州钱潮建材股份公司合作于1997年承担了国家建材局部门研究开发项目——也为中国建筑材料科学研究院“八·五”国家重大科技攻关课题的延续项目——《水泥厂中低温余热发电专用设备——混压进汽式（补汽式）汽轮机的研究开发》项目。
经过近两年的研究、实验，首台样机——4500kW混压进汽式（补汽式）汽轮机应用于杭州钱潮建材股份有限公司1000t/d带五级预热器的预分解窑4500kW以流化床锅炉为补燃锅炉的中低温余热电站（该电站之所以仍采用补燃发电，主要考虑：一旦混压进汽即补汽不成功，将补汽系统自发电热力系统中切除后，电站仍能正常运行发电，除电站经济效益不能达到预期效果外，不致于使电站不能生产运行而给水泥厂造成更大的损失），该电站（包括混压进汽系统）于2000年7月1日并网发电成功至9月6日全套电站通过生产运行考核，吨熟料余热发电能力比标准单级进汽汽轮机机组提高7.2Kw以上，其汽轮机原理及参数见图二。
图二.混压进汽式汽轮机原理及参数分布（国内研究制造）这台汽轮机的整机内效率达到了74.4%，连同发电机在内的总效率达到了71.5%，这台机组在研制过程中，由于未能很好地解决速关阀及稳定补汽参数等措施使补汽很困难（必须在补参数数基本不波动不波动的情况下才能补入汽轮机）。
但尽管如此，这台机组的试制及试运，为实现我国水泥工业纯中低温余热电站全套装备的国产化、为在国内水泥工业推广应用纯中低温余热发电技术摸索了装备设计、制造技术经验（即将该台机组的补汽技术应用到国产进汽参数为1.2～1.6MPa-280～340℃的一个进汽口的标准汽轮机后，可设计制造出适于水泥窑纯中低温余热发电所需的特种汽轮机—低参数混压进汽式（补汽式）汽轮机，与带补燃锅炉的中低温余热发电工艺及装备技术结合后取消补燃锅炉，形成完整的水泥窑纯中低温余热发电技术及装备并可保证安全、稳定、经济、高效地投入生产运行），将在国内水泥工业二十一世纪中低温余热电站热力循环系统设计、装备技术设计及制造、国产化纯中低温余热发电技术的推广应用方面引进革命性变化并与新型干法水泥生产技术、带补燃锅炉的中低温余热发电技术的推广应用有同等重要的意义。
