水泥廠廢熱利用的最新趨勢

水泥廠廢熱利用的最新趨勢

近些年來，因電價上漲及環保需求，水泥廠為減少生產電費和CO2排放，興建發電裝置已成為最新的發展趨勢。全世界2009年已投產的廢熱發電525臺套，2012年底上升至865臺套。這些裝備的資金回收時間一般低于5年，而用CDM款項所建的生產裝備則超過12年。

廢熱發電主要有三種方式，即

Rankline蒸汽循環（常規蒸汽循環方式）；

Rankline有機物循環（ORC）；

Kalina循環。

目前，常規蒸汽循環方式興建的廢熱發電裝備占總量的98%，但此方式效率較低，僅為20%～25%（現代大型電廠的效率約60%），ORC采用有機物循環，效率高些，而Kalina則更高些。

1 廢熱利用技術參數

水泥窯廢熱發電數量與窯的生產規模有關，1000t/d熟料裝機能力大致為1.8～1.9MW（圖1）。

廢熱發電的裝機功率與預熱器級數和原料水分有關，也與廢氣溫度和廢氣量有關（表1）。

預熱器廢氣溫度為220～380℃，其中0～100℃溫度段的廢氣無法利用，100～（150～210℃）溫度段的廢氣用于烘干原料水分，（150～210℃）～（220～380℃）溫度段的廢熱可以利用。

熟料冷卻機尾部廢氣溫度為250℃，中部抽取為450℃，其中100℃溫度段的廢氣無法利用，100～（250～450）℃溫度段的廢熱可以用于發電（圖2）。

表1 窯系統所需熱能

表2 燒成系統可利用廢熱，kJ/kg熟料

圖1 中國廢熱發電的裝機功率范圍

圖2 廢熱發電溫度范圍

廢熱發電熱量的計算情況如下：設定預熱器廢氣熱量為670kJ/kg熟料，用于烘干原料和不可利用的熱量為400kJ/kg，可利用的則為270kJ/kg熟料。冷卻機廢氣熱量為450kJ/kg，不可利用熱量為120kJ/kg，可利用的熱量則為330kJ/kg熟料。預熱器和冷卻機不可利用廢氣相加為600kJ/kg。按照25%的廢氣熱量轉換為電能為150kJ/kg熟料，折算為41kWh/t熟料。

即：270+330kJ/kg=600kJ/kg×0.25=150kJ/kg，相當于41.7kWh/t熟料。

2 市場狀況

2.1 世界廢熱發電數量

至2012年，世界廢熱發電總數為865臺套，中國最多，為739臺套，其中亞洲（包括中東）為849臺套，歐美為12臺套（圖3）。

2.2 中國廢熱利用狀況

中國政府部門制定了支持水泥廠廢熱發電政策，21

世紀得以快速發展，至2012年底，已投入生產線的廢熱發電裝備為739臺套（圖4），占世界總量的85.4%。

2012年末，中國已有985條預分解窯生產線安裝廢熱發電，總計生產能力為1160百萬噸熟料，總發電裝機功率為6575MW，平均每臺套為8.9MW。在739臺套裝備中，766臺套為常規蒸汽循環方式，3臺套為ORC和循環。

2008年以來，新建的廢熱發電裝置數量逐年下降，目前60%的預分解窯已安裝廢熱發電裝置，未安裝的40%生產線中，估計僅25%符合安裝要求。也就是說，近期投入的新裝備數量將迅速下降。值得注意的是中國的有關設計、裝備制造公司廢熱發電裝備的海外市場在迅速增加，其數量為2010年7臺套，2011年上升至17臺套，2012年總量為19臺套。

圖3 世界各國廢熱發電數量

圖4 歷年中國投入生產的廢熱發電數量

圖5 采用中國制造裝備的廢熱發電投資

3 廢熱發電的技術狀況

常規蒸汽循環方式通常蒸汽壓力為2.5MPa，廢汽溫度為350～370℃，隨著篦冷機中部取風溫度提高，以及鍋爐效率的增加，現單位熟料裝機功率可提高至45kWh/t熟料。

有機物循環（ORC）工作介質為高分子化合物，如硅酮油、碳氫化合物或制冷劑，這些化合物的揮發溫度較水低，因而發電量高些。而Kalina循環采用水-氨混合作工作介質，揮發溫度更低些，發電量更高些。上述兩種系統在地熱發電站廣泛應用，其裝機功率為1～10MW，但技術裝備較常規蒸汽循環復雜，因而在水泥工業推廣受到限制。隨著水泥窯熱耗的進一步降低，可用于發電的廢熱越來越少，為提高經濟效率，未來興建的廢熱發電裝置有可能向這兩種轉變。

4 投資情況

不同地區和國家的國情不一，則投資有所差別，采用中國制造裝備的投資見圖5。如圖5所示，每MW的興建費用中國約0.8歐元，亞洲約10歐元，歐洲為1.3～1.8歐元。

（陳友德摘編自No.6/2013 Z.K.G.）