中國水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)

    水泥熟料鍛燒過程中，由窯尾預(yù)熱器、窯頭熟料冷卻機(jī)等排掉的400℃以下低溫廢氣余熱，其熱量約占水泥熟料燒成總耗熱量30%以上，造成的能源浪費非常嚴(yán)重。水泥生產(chǎn)，一方面消耗大量的熱能（每噸水泥熟料消耗燃料折標(biāo)準(zhǔn)煤為100～115kg），另一方面還同時消耗大量的電能（每噸水泥約消耗90～115kwh）。如果將排掉的400℃以下低溫廢氣余熱轉(zhuǎn)換為電能并回用于水泥生產(chǎn)，可使水泥熟料生產(chǎn)綜合電耗降低60%或水泥生產(chǎn)綜合電耗降低30%以上，對于水泥生產(chǎn)企業(yè)：可以大幅減少向社會發(fā)電廠的購電量或大幅減少水泥生產(chǎn)企業(yè)燃燒燃料的自備電廠的發(fā)電量以大大降低水泥生產(chǎn)能耗；可避免水泥窯廢氣余熱直接排入大氣造成的熱島現(xiàn)象，同時由于減少了社會發(fā)電廠或水泥生產(chǎn)企業(yè)燃燒燃料的自備電廠的燃料消耗，可減少CO2等燃燒廢物的排放而有利于保護(hù)環(huán)境。

    能源、原材料、水、土地等自然資源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，是經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要的物質(zhì)保證。而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，資源約束的矛盾日益凸顯。為此中國政府在為貫徹實施《節(jié)能中長期專項規(guī)劃》而編制的《中國節(jié)能技術(shù)政策大綱》（2005年修訂稿）中明確支持“大中型新型干法水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)”的研究、開發(fā)、推廣工作。

     清潔發(fā)展機(jī)制是《京都議定書》第十二條確定的一個基于市場的靈活機(jī)制，其核心內(nèi)容是允許附件一締約方(即發(fā)達(dá)國家)與非附件一國家(即發(fā)展中國家)合作，在發(fā)展中國家實施溫室氣體減排項目。
    清潔發(fā)展機(jī)制的設(shè)立具有雙重目的：促進(jìn)發(fā)展中國家的可持續(xù)發(fā)展和為實現(xiàn)公約的最終目標(biāo)做出貢獻(xiàn)；協(xié)助發(fā)達(dá)國家締約方實現(xiàn)其在《京都議定書》第三條之下量化的溫室氣體減限排承諾。通過參與清潔發(fā)展機(jī)制項目，發(fā)達(dá)國家的政府可以獲得項目產(chǎn)生的全部或者部分經(jīng)核證的減排量，并用于履行其在《京都議定書》下的溫室氣體減限排義務(wù)。對于發(fā)達(dá)國家的企業(yè)而言，獲得的CERs可以用于履行其在國內(nèi)的溫室氣體減限排義務(wù)，也可以在相關(guān)的市場上出售獲得經(jīng)濟(jì)收益。由于獲得CERs的成本遠(yuǎn)低于其在國內(nèi)采取減排措施的成本，發(fā)達(dá)國家政府和企業(yè)通過參加清潔發(fā)展機(jī)制項目可以大幅度降低其實現(xiàn)減排義務(wù)的經(jīng)濟(jì)成本。
    對于發(fā)展中國家而言，通過參加清潔發(fā)展機(jī)制項目合作可以獲得額外的資金和（或）先進(jìn)的環(huán)境保護(hù)技術(shù)，從而可以促進(jìn)本國的可持續(xù)發(fā)展。因此，清潔發(fā)展機(jī)制是一種“雙贏”的機(jī)制。清潔發(fā)展機(jī)制合作也可以降低全球?qū)崿F(xiàn)溫室氣體減排的總體經(jīng)濟(jì)成本。
1.4對于水泥生產(chǎn)企業(yè)  

     水泥生產(chǎn)企業(yè)建設(shè)余熱電站，投資小，見效快，可以大幅降低水泥生產(chǎn)能耗既成本，相應(yīng)地可以大幅提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

     支持并促進(jìn)“水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)”的研究、開發(fā)、推廣工作，可以使中國水泥窯余熱發(fā)電的總體技術(shù)水平達(dá)到或接近當(dāng)前國外先進(jìn)工業(yè)國家已經(jīng)達(dá)到的技術(shù)水平。

 

     1984年，根據(jù)當(dāng)時水泥生產(chǎn)能力嚴(yán)重不足、供電能力十分緊張、新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)處于起步階段、煤電比價很低的實際情況，中國政府安排了救活十四個老水泥廠的工作。結(jié)合這項工作，國內(nèi)開展了中空余熱發(fā)電窯的高溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究、開發(fā)、推廣、應(yīng)用工作。至1995年，利用高溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備，在國內(nèi)建設(shè)投產(chǎn)了約290條帶有高溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的中空余熱發(fā)電窯。形成了以主蒸汽參數(shù)、余熱鍋爐形式、余熱發(fā)電能力分別為2.45MPa—400℃—噸熟料余熱發(fā)電量90～110KW—臥式余熱鍋爐、3.82MPa—450℃—噸熟料余熱發(fā)電量130～150KW—臥式余熱鍋爐、3.82MPa—450℃—噸熟料余熱發(fā)電量170～180KW—立式余熱鍋爐的三代水泥窯高溫余熱發(fā)電技術(shù)，為我國開展水泥窯低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

     中國政府根據(jù)新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，在1990年安排了國家重大科技攻關(guān)項目《水泥廠低溫余熱發(fā)電工藝及裝備技術(shù)的研究開發(fā)》工作。其課題之一是：《帶補(bǔ)燃鍋爐的中、低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究開發(fā)》，目的是在當(dāng)時中國國內(nèi)尚不能解決中低品位余熱—動力轉(zhuǎn)換機(jī)械的條件下，采用中國國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)系列汽輪發(fā)電機(jī)組回收400℃以下廢氣余熱進(jìn)行發(fā)電。該課題在1996年完成了攻關(guān)工作并形成了《帶補(bǔ)燃鍋爐的水泥窯低溫余熱發(fā)電技術(shù)》。截止2005年底，利用這項技術(shù)，在中國國內(nèi)的23個水泥廠36條1000～4000t/d預(yù)分解窯生產(chǎn)線上建設(shè)投產(chǎn)了28臺、總裝機(jī)為45.36萬Kw的以煤矸石、石煤為補(bǔ)燃鍋爐燃料的綜合利用電站，各水泥廠取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。這項技術(shù)的研究、開發(fā)、推廣、應(yīng)用，為我國開發(fā)水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備工作積累了豐富的經(jīng)驗。

     根據(jù)研究、開發(fā)、推廣《帶補(bǔ)燃鍋爐的水泥窯低溫余熱發(fā)電技術(shù)》的經(jīng)驗，結(jié)合日本KHI公司1995年為中國一條4000t/d水泥窯提供的6480Kw純低溫余熱電站的建設(shè)，國內(nèi)分別于1997年、2001年在一條2000t/d水泥線、一條1500t/d水泥線上利用中國國產(chǎn)的設(shè)備和技術(shù)建設(shè)投產(chǎn)了裝機(jī)容量各為3000Kw、2500Kw的純低溫余熱電站。2001年至2005年，中國水泥行業(yè)利用中國國產(chǎn)的設(shè)備和技術(shù)在十?dāng)?shù)條1200t/d級、2500t/d級、5000t/d級新型干法窯上配套建設(shè)了裝機(jī)容量分別為2.0MW、3.0MW、6.0MW的純低溫余熱電站，形成了中國第一代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，綜合技術(shù)指標(biāo)可以達(dá)到噸熟料余熱發(fā)電量為3140KJ/kg-28～33kwh/t。

     通過對十?dāng)?shù)條1200t/d級、2500t/d級、5000t/d級新型干法窯2.0MW、3.0MW、6.0MW純低溫余熱電站建設(shè)、運行經(jīng)驗的總結(jié)，自2003年起，中國研究、開發(fā)出了第二代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)。至2007年2月，利用第二代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)在中國國內(nèi)的1條1500t/d、1條1800t/d及1條2000t/d、1條3200t/d、4條2500t/d、 6條5000t/d共14條新型干法水泥生產(chǎn)線上設(shè)計、建設(shè)、投產(chǎn)了11臺裝機(jī)容量分別為1臺3MW、1臺3.3MW 、2臺7.5MW、3臺4.5MW 2臺9MW、2臺18MW的純低溫余熱電站，其噸熟料余熱發(fā)電量均為3140KJ/kg-38～42kwh/t。

 

     目前發(fā)達(dá)國家從事水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備研究、開發(fā)、推廣應(yīng)用工作的國家主要有日本、荷蘭、以色列、德國等先進(jìn)工業(yè)國家，其中尤以日本鋼管（JFE）、日本川崎重工（KHI）的技術(shù)及裝備在國際上推廣應(yīng)用所占的比重最大。中國第二代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)與發(fā)達(dá)國家先進(jìn)技術(shù)相比如下：

 

 

     大連易世達(dá)能源工程有限公司，主要從事新型干法水泥生產(chǎn)線純低溫余熱電站工程設(shè)計、技術(shù)咨詢、工程總承包、設(shè)備成套、安裝、調(diào)試、生產(chǎn)運行管理等業(yè)務(wù)。目前擁有熱能、工藝、機(jī)械、電氣、土建等各專業(yè)工程技術(shù)人員60多名，集中了原余熱發(fā)電“八五”國家攻關(guān)組主要技術(shù)力量，具有強(qiáng)大的開發(fā)、設(shè)計、工程管理和生產(chǎn)運營能力，是集開發(fā)、設(shè)計、工程建設(shè)、運營服務(wù)于一體的技術(shù)密集型企業(yè)。目前具有余熱發(fā)電三項實用新型及兩項發(fā)明專利，其專利技術(shù)涉及目前主蒸汽參數(shù)為1.57MPa-3.43 MPa—340⁰C-435⁰C的水泥窯純余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)。至2006年，在技術(shù)開發(fā)及工程建設(shè)方面取得了如下主要業(yè)績：

*（1）完成了水泥窯余熱發(fā)電“八五”國家重點科技攻關(guān)項目“帶補(bǔ)燃鍋爐的低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究開發(fā)”工作，開發(fā)成果《帶補(bǔ)燃鍋爐的低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備》獲國家“八五”科技攻關(guān)重大科技成果獎，技術(shù)核心人員榮獲“八五”國家重點科研攻關(guān)全國先進(jìn)個人，受到了江澤民等黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人的接見。

*（2）完成了日本NEDO贈送寧國水泥廠純低溫余熱電站設(shè)備的技術(shù)談判、工程立項、日方資料轉(zhuǎn)化、工程設(shè)計工作。

*（3）完成了水泥窯余熱發(fā)電“八五”國家重點科技攻關(guān)項目成果《帶補(bǔ)燃鍋爐的低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備》的技術(shù)升級工作（補(bǔ)燃鍋爐燃料由煤粉升級為：煤矸石、石煤等劣質(zhì)燃料及生活垃圾），此項技術(shù)已投產(chǎn)應(yīng)用于近40個工程：浙江紅火集團(tuán)、福建龍麟集團(tuán)、牡丹江水泥集團(tuán)、葛洲壩水泥廠、杭州錢潮集團(tuán)倉前水泥廠等。

（4）完成中空余熱發(fā)電窯高溫二級余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究開發(fā)工作，開發(fā)成果至2003年4月已工業(yè)實驗性應(yīng)用于二個實際工程，每噸熟料余熱發(fā)電量提高到1500×4.1868kJ/kg——190～200kWh/t。

*（5）完成水泥窯余熱發(fā)電“八五”國家重點科技公關(guān)延續(xù)性項目——水泥窯純低溫余熱發(fā)電——低參數(shù)混壓進(jìn)汽式（補(bǔ)汽式）汽輪機(jī)的研究開發(fā)工作，其實際應(yīng)用工程及補(bǔ)汽式汽輪機(jī)組已通過部級鑒定，該套機(jī)組已應(yīng)用于九個實際工程。

（6）完成了水泥窯窯頭熟料冷卻機(jī)余熱鍋爐與補(bǔ)燃鍋爐一體化的研究開發(fā)工作，其開發(fā)成果目前已完成中間實驗運行考核階段。

（7）完成了中空余熱發(fā)電窯熟料提產(chǎn)降耗的技改研究、開發(fā)、工程設(shè)計工作，使中空余熱發(fā)電窯熟料產(chǎn)量提高200%～400%。

（8）完成了帶有二級預(yù)熱器、分解爐配套純中低溫二級余熱電站的新型干法水泥熟料生產(chǎn)線的技術(shù)開發(fā)工作。

*（9）完成了國內(nèi)第一代水泥窯純中低溫余熱發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)工作，其標(biāo)志為：主蒸汽參數(shù)為0.69～1.27MPa-280～340℃，實現(xiàn)了理論上采用這種主蒸汽參數(shù)時的最大發(fā)電量750kcal/kg-28～33kwh/t。

（10）完成了提高型（也稱為第二代）水泥窯純中低溫余熱發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)工作（其標(biāo)志為：主蒸汽參數(shù)為1.57～3.43MPa-340～435℃，實現(xiàn)了理論上采用這種主蒸汽參數(shù)時的最大發(fā)電量750kcal/kg-38～42kwh/t），確定了提高水泥窯純低溫余熱發(fā)電能力的技術(shù)途徑，相應(yīng)地發(fā)明了若干具體技術(shù)措施（三項實用新型專利、兩項發(fā)明專利），使水泥窯純低溫余熱發(fā)電能力比目前推廣應(yīng)用的第一代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)提高14.5～31.25%。

（11）歷年來先后完成15種余熱發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)、32種余熱發(fā)電裝備技術(shù)的開發(fā)工作，完成了46個水泥廠的余熱發(fā)電工程設(shè)計工作、9條水泥生產(chǎn)線技改或新建設(shè)計工作、15個水泥廠的水泥生產(chǎn)線及余熱發(fā)電工程啟動調(diào)試工作。

在純低溫余熱發(fā)電工程實例上，大連易世達(dá)能源工程有限公司利用第二代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，至2007年2月在國內(nèi)水泥行業(yè)的1條1500t/d、1條1800t/d、1條2000t/d、1條3200t/d、4條2500t/d、6條5000t/d等共計13條新型干法水泥生產(chǎn)線投產(chǎn)、建設(shè)、設(shè)計了1臺3MW、1臺3.3MW、3臺4.5MW、2臺7.5MW、2臺9MW、2臺18MW共計11臺總裝機(jī)為89MW的純余熱電站，噸熟料余熱發(fā)電量均為750kcal/kg-38~42kwh/t。

河南七里崗水泥廠2#窯（1200t/d）AQC補(bǔ)燃及余熱鍋爐一體化工程；
華新金貓水泥（蘇州）有限公司1#窯（3500t/d）SP余熱鍋爐工程；

山水昌樂水泥公司2500t/d水泥窯3MW純低溫余熱電站工程；

福建福龍水泥廠6000kw電站AQC余熱鍋爐工程；

浙江龍游杜山水泥2500t/d窯4.5MW純低溫余熱電站工程。

山水濰坊水泥公司2500t/d水泥窯4..5MW純低溫余熱電站工程；

山水創(chuàng)新水泥公司2500t/d水泥窯4..5MW純低溫余熱電站工程；

山水水泥公司1800t/d+2000t/d水泥窯7..5MW純低溫余熱電站工程；

浙江興寶龍水泥公司1500t/d水泥窯3MW純低溫余熱電站工程；

福建福龍水泥廠3200t/d水泥窯9.0MW純低溫余熱電站工程；

 

技術(shù)要點：利用水泥窯窯尾預(yù)熱器排出的350℃以下廢氣設(shè)置一臺窯尾預(yù)熱器余熱鍋爐（簡稱SP鍋爐）、利用水泥窯窯頭熟料冷卻機(jī)排出的400℃以下廢氣設(shè)置一臺熟料冷卻機(jī)廢氣余熱鍋爐（簡稱AQC爐）、兩臺鍋爐設(shè)置一臺蒸汽輪機(jī)、發(fā)電系統(tǒng)主蒸汽參數(shù)為0.69～1.27MPa—280～340℃、余熱發(fā)電能力為3140kJ/kg熟料——28～32kwh/t熟料。

熱力系統(tǒng)構(gòu)成有如下三種模式：

其一：單壓不補(bǔ)汽式純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖1。

其二：復(fù)合閃蒸補(bǔ)汽純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖2。

其三：多壓補(bǔ)汽式純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖3

 第一代余熱發(fā)電技術(shù)的特點：上述三種技術(shù)沒有本質(zhì)的區(qū)別，共同的特點：都是利用在窯頭熟料冷卻機(jī)中部增設(shè)抽廢氣口或直接利用冷卻機(jī)尾部廢氣出口的400℃以下廢氣及窯尾預(yù)熱器排出的300～350℃的廢氣余熱；最重要的特點是采用0.69～1.27MPa-280～340℃低壓低溫主蒸汽。區(qū)別僅在于：窯頭熟料冷卻機(jī)在生產(chǎn)0.69～1.27MPa-280～340℃低壓低溫蒸汽的同時或同時再生產(chǎn)0.1～0.5MPa-飽和～160℃低壓低溫蒸汽、或同時再生產(chǎn)85～200℃的熱水；汽輪機(jī)采用補(bǔ)汽式或不補(bǔ)汽式汽輪機(jī)；復(fù)合閃蒸補(bǔ)汽式適用于汽輪機(jī)房與冷卻機(jī)距離較遠(yuǎn)的情況而多壓補(bǔ)汽式適用于汽輪機(jī)房與冷卻機(jī)距離較近的情況。