有关我国对余热发电技术应用的研究

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　　摘要:文章对国内水泥厂余热发电技术的发展历史进行了叙述,分析了几代余热发电系统的特点及在我国的应用和今后我国余热利用的发展方向。
　　关键词:中空窑;预分解窑;余热发电
　　
　　20世纪30年代日本在我国的华北、东北地区修建了10余条带有余热发电系统的干法中空回转窑(又称中空余热发电窑),这些余热发电系统为我国后来开发自己的余热发电技术及设备奠定了技术基础。由于战争的原因,这些水泥窑及余热发电系统在投建以后基本上处于停产状态。20世纪50年代及80年代初这十几条水泥窑及余热发电系统相继恢复生产运行。至20世纪70年代后期,由于对这十几条水泥窑及余热发电系统进行改造的需要,我国开始自行开发水泥窑及余热发电系统技术及设备。目前,我国自己的余热发电技术及设备已经初具规模,在立足国内市场的同时,将目标瞄准国际市场。我国余热发电技术的发展可分为以下几个阶段。
　　
　　一、中空余热发电窑的余热发电技术及设备共有三代
　　第一代技术――日本于20世纪30年代在我国的华北、东北地区及20世纪70~80年代初我国自行建设的中空余热发电窑余热发电系统。在第一代技术中,水泥窑产量均小于500 t/d,水泥熟料热耗为6688~7524kJ/kg,单台水泥窑余热发电能力均小于3000kW,发电主蒸汽参数:压力≤2.45MPa,温度≤400℃,水泥熟料余热发电量为90~130kW•h/t,余热锅炉均为进口废气温度500~900℃的卧式锅炉,汽轮机为单进汽式汽轮机。至20世纪末,我国仍有近60条这样的中空余热发电窑在运行。
　　第二代技术――我国在第一代技术基础上开发研制的中空余热发电窑余热发电系统。在第二代技术中,水泥窑产量提高至700 t/d,水泥熟料热耗6 061~6 688 kJ/kg,单台水泥窑余热发电能力提高至4 000~6 000 kW,发电主蒸汽参数:压力3.82 MPa,温度450℃,水泥熟料余热发电量为150~170 kW•h/t,余热锅炉为进口废气温度500~900℃的卧式或立式锅炉,汽轮机为单进汽式汽轮机。自20世纪80年代中期至20世纪末,我国共建设了约20条这样的生产线,采用这一技术的中空余热发电窑其水泥的生产可不再向外购电而全部由余热发电系统供电。
　　第三代技术――我国结合预分解窑余热发电技术及设备而开发研制的中空余热发电窑余热发电系统。在第三代技术中,水泥窑产量仍为700 t/d,水泥熟料热耗仍维持在6 061~6 688 kJ/kg,单台水泥窑余热发电能力提高至4 500~7 500 kW,蒸汽参数:主蒸汽压力3.82 MPa,温度450℃;辅助蒸汽压力0.2~0.5 MPa,温度为饱和温度加50℃过热度。水泥熟料余热发电量为180~220 kW•h/t,余热锅炉均为两台锅炉:其一为进口废气温度500~900℃立式锅炉;其二为进口废气温度180~300℃的立式或卧式锅炉,汽轮机为两个或3个压力等级的进汽口。20世纪90年代我国采用这一技术已经建设了两条生产线,采用这一技术的干法中空回转窑的综合能耗(熟料热耗加水泥电耗)已与同等规模的预分解窑(带四级或五级预热器)相同。
　　
　　二、预分解窑
　　我国于20世纪80年代末期开始开发研制预分解窑余热发电系统及设备,至20世纪末已在国内11个水泥厂(共19条窑,单台窑水泥熟料产量700~4 000 t/d,总熟料产量为35 800 t/d)建设投产运行了16套余热发电系统(共16台汽轮发电机组,单台机组发电功率为2 400~12 000 kW,总发电装机容量为147.480 MW)。在这16套余热发电系统中余热锅炉总台数为38台,锅炉进口废气温度为180~450℃,另有以煤矸石等劣质燃料为燃料的补燃锅炉11台,即在16套余热发电系统中,带补燃锅炉的为11套,不带补燃锅炉的为5套。预分解窑余热发电技术及设备中有两个类型:其一为不带补燃锅炉的余热发电系统,其二为带补燃锅炉的余热发电系统。对于不带补燃锅炉的余热发电系统,主要是利用预分解窑系统中窑尾预热器排出的废气余热及窑头熟料冷却机排掉的废气余热来进行发电。根据废气温度的不同,余热发电系统的发电能力也不同,当窑尾预热器排出的废气温度为300~400℃、窑头熟料冷却机排掉的废气温度为180~250℃,同时在不改变水泥窑系统内任何设备、不影响水泥生产用物料烘干、不增加熟料热耗的条件下,水泥熟料的余热发电能力为22~35kW/t。对于带补燃锅炉的余热发电系统,所用余热与不带补燃锅炉的余热发电系统相同,为了提高发电能力以解决水泥生产用电问题,在不带补燃锅炉的余热发电系统内串接补燃锅炉(补燃锅炉需消耗燃料,其燃料可以为燃油、燃气、优质煤、煤矸石、泥煤及其它劣质燃料),余热发电系统可以不因水泥窑停运而停运,补燃锅炉排出的炉渣和粉煤可以用于生产水泥,发电能力可以根据水泥生产的需要来确定。
　　
　　三、预热器窑
　　对于预热器窑,当不改变水泥生产设备时,其余热发电系统及所达到的技术指标与预分解窑相同.为了进一步降低水泥生产能耗,提高水泥熟料产量,我国采用预分解技术及余热发电技术对预热器及中空余热发电窑进行改造,形成了带有流态化分解炉、旋风收尘器(或二级预热器)及余热发电系统的低能耗水泥生产系统。对于这个系统,水泥熟料产量可比改造前提高20%~100%(根据水泥厂需要及设备配套情况确定),熟料热耗为4 807~5 434 kJ/kg,吨熟料余热发电量为100~130 kW•h/t。至20世纪末,我国利用这项技术改造投产了两条水泥生产线。
　　
　　参考文献:
　　[1] 李小莉,刘东莱. 对水泥窑低温余热发电问题评述[J]. 水泥工程, 2008, (03) .
　　[2] 朱永礼. 低温余热发电投运后的窑系统操作体会[J]. 四川水泥, 2009, (01) .

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