水泥余熱發電的工藝設計及熱力循環系統

張愛民

新疆青松建材化工（集團）股份有限公司，新疆阿克蘇 843005

水泥余熱發電的工藝設計及熱力循環系統

張愛民

新疆青松建材化工（集團）股份有限公司，新疆阿克蘇 843005

隨著近年來綠色經濟和循環經濟的發展，一系列利用資源進行再循環生產的產業迅速的發展起來。利用水泥的余熱發電就是其中之一，本文就從水泥余熱發展的相關知識出發，結合相關的案例進行分析，從而深入的探討和論述了水泥余熱發電工藝設計和熱力循環系統等問題。

.水泥余熱發電；工藝設計；熱力循環；系統.

隨著我國工業的快速發展，充分有效的利用各種資源成了行業發展的趨勢。在水泥工業的發展過程中，我國取得較大的進步，這不僅表現在技術工藝上，同時也表現在產量上。長期以來，我國水泥工業的總產量一直占據世界第一的地位，水泥工業的生產規模在一步步的擴大。但是，作為一個較為傳統的、能耗較高的行業，其資源沒有得到更加充分的利用，開發的程度仍然不夠，特別是對水泥在生產過程中所產生的余熱上，在這方面還沒有很好的進行開發利用。作為重要的能源，水泥工業生產中的余熱大有循環利用和可持續發展的作用。而我國的相關部門也做了相關的探索和研究，這主要體現在利用水泥余熱進行發電，在這個過程中，我們主要經歷了幾個不同的階段。

最初主要是通過恢復中空干法水泥窯的高溫廢氣進行余熱發電。但水泥窯的熟料熱耗雖然很高，發電機組的運行效率卻很低。后來又轉向于新型干法窯上，通過補燃技術進行輔助，從而進行發電。而近年來的發電工藝技術主要投向于從純PC窯低溫廢氣的余熱發電技術上，在這個過程中不再需要補燃，這樣一來就相對的回收了更多的電能。與此同時，這一過程也更加的節能和環保。

1 對水泥余熱發電工藝的設計和探索

一般而言，水泥余熱發電的系統主要由煙氣系統和熱力系統兩部分組成。其中煙氣系統包括窯頭爐（AQC爐）以及窯尾爐（SP爐），在熟料的冷卻機廢氣出口和窯頭的點收塵器之間，我們安裝設置窯頭爐，而在窯尾高溫風機和燒成窯尾這二者的中間安裝窯尾爐，他們一般均采用上進側出的廢氣流程，循環方式為自然循環。

對于水泥余熱發電工藝的設計，我們一般從它的流程上進行分析和探索，就目前的生產流程來看就是要準確的分析每一個環節，根據其不同的特點開展下一步的規劃和工藝設計。在這個過程中，熟料冷卻機的出口一般產生出廢氣，而一旁的引風機恰好對其進行抽動吸引，在這個引力之下，廢氣可以從AQC爐的頂部進入中間的爐膛，這樣一來就可以完成一個自下而上的循環流動，進而進行一個逆向的熱量交換。而要實現整個工藝的循環我們就要開展以下的幾種設計：

1）對通過逆向熱量交換的工質進行分解和利用，因為完成逆向熱量交換的工質一般會產生兩個蒸汽，他們的參數一般不同，根據參數的不同可以分為主蒸汽以及補充蒸汽。對這兩種蒸汽進行利用，一方面要讓主蒸汽進入相應的主蒸汽母管補充蒸汽補入汽輪機的中間；

2）對于來自燒成窯尾預熱器中的廢氣，一般要在送風機的抽動和吸引之下，從SP爐的頂部經過，從而進入中間的爐膛，進行逆向熱量的交換，工質吸取熱量后產主蒸汽，進入主蒸汽母管。而出自于SP爐的廢氣送入原料磨中，然后對生料進行后續的烘干工作，汽輪機主進汽可以從主蒸汽母管中獲得，做完功的乏汽則要進入凝汽器，之后我們對其進行冷卻。對于凝結水，一般由凝結泵送入處于真空狀態的除氧器，經過除氧的加熱產生主給水，主給水經給水泵就要送入AQC爐省煤器再次進行加熱。待加熱至到飽和得狀態后就要分三路進入AQC爐高以及低壓汽包和SP爐高壓汽包中間。而進入SP爐汽包的飽和水經各級蒸發器再次與過熱器被加熱成過熱的主蒸汽，這樣一來就完成了整個工藝的一個基本循環，這樣的設計也較為科學合理，也更加的有效。

2 水泥余熱發電的熱力循環系統

經過長時間的發展，我國水泥余熱發電熱力循環系統一般包括四個方面，這4個方面經過長時間的發展也各自形成了四種不同的模式，下面我們就對其進行相關的分析：

1）單壓系統。這一系統總體而言就有比較多的優點和長處，主要表現在系統的構成上，它一般比較的簡單，所以運作起來也就比較容易，效率比較高。這一系統通常是是水泥余熱發電中普遍采用的熱力系統。不過，這一系統也存在不足的地方，單壓系統AQC鍋爐的省煤器水量一般是AQC鍋爐和SP鍋爐兩者的總給水量，所以一旦冷卻機的廢氣溫度較高時，就不能降低AQC鍋爐廢氣排出的溫度，從而導致冷卻機廢氣的總能下降；

2）閃蒸系統。這一系統主要由單壓系統發展而來，通常主要應用熱力學上的閃蒸機理，它根據廢氣余熱品質的不同而生產一定壓力的主蒸汽和熱水，主蒸汽進入汽輪機高壓進汽口，閃蒸系統提高了發電功率，但其運行調整不方便，設備投資和站用電率也較高，系統散熱和電耗較多；

3）雙壓系統。主要是通過設置AQC雙壓鍋爐得以實現。通常余熱鍋爐生產出壓力較高的蒸汽后，煙氣的溫度會降低，余熱的品質下降，根據低溫煙氣的品位，再生產低壓蒸汽?？傊p壓系統提高了余熱資源的利用率，但是它的投資成本高；

4）復合循環系統復合循環熱力系統。這一系統主要是適用于熱耗相對較低的生產線。因為在SP鍋爐產生飽和蒸汽或低過熱度的過熱蒸汽，這樣就將SP鍋爐主汽傳送到AQC鍋爐的聯合過熱器進行過熱。在這一過程中，較高溫度的廢氣用于過熱和蒸發器，而相對較低溫度的廢氣就用于加熱給水或者是用于閃蒸，從而實現了對廢氣的高效利用。

總之。水泥的余熱發電工程是一個復雜的系統工程，有著較好的盈利能力和一定的抗風險能力，生產過程中不會產生任何新的環境污染，能夠有效減少對廠區及周邊地區的環境污染，具有良好的環境效益。我國在相關領域已經積累了一定的建設和運行經驗，但是在如何提高余熱利用水平，提高純低溫余熱發電量，還需要進一步的探索。水泥余熱發電工程作為一個利廢、節能并具有良好社會經濟效益的項目，具有廣闊的發展前景。

[1]宋智晨.中國余熱發電市場調研報告2010[R].中投顧問，2010.

[2]張富.水泥工業純低溫余熱電站的技術與裝備[J].水泥技術，2004(3).

[3]霍光云.余熱回收[M].天津科學技術出版社，1985(5).

[4]劉紀福，等.實用余熱回收利用技術[M].機械工藝出版社，1993(12).

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