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一条日产熟料5000t的新型干法窑生产线,按目前国内外的先进水平来衡量,年产熟料为160~170万t,水泥则达到l90~200万t;熟料单位热耗为750×4.18kJ/kg,水泥电耗为90kWh/t,其中熟料电耗约为55 kWh/t。在这样的前提条件下,如果我们利用该水泥窑系统的各种余热来发电,能够达到吨熟料净回收电能≥55 kWh/t,则实现了水泥熟料生产对外界电能的零消耗。
2008年底我国已投产的装备有纯低温余热发电的新型干法窑共有260余台,发电装机容量达1660MW,全国水泥窑余热发电的吨熟料发电量平均为33 kWh。然而其中将近半数以上的5000 t/d级水泥窑的余热发电量已达到吨熟料40 kWh左右。这是自上世纪80年代中期天津水泥工业设计研究院组建余热发电室,开拓水泥窑余热发电“八、五”科技攻关项目以来,在全国各兄弟单位和有关企业的共同努力和创新下,持续了约25年曲折艰辛的历程,坚持自主创新的丰硕成果。
回想起当初我曾十分郑重又期待地对一些刚分配到天津院余热发电室的应届大学毕业生说:“你们要作好思想准备,奋斗一辈子,坚持水泥窑余热发电事业。等你们退休的时候,实现我国吨熟料发电量达到40kWh的目标。这是一项值得投入毕生精力的事业。虽然现在看来这个目标似乎非常艰巨(当时在日本吨熟料发电量已达到约25 kWh/t),但是我相信在你们这一代我国是可以实现这一目标的。同志们加紧努力吧!”
今天这批文革后,早期毕业的大学生们都成长为各行各业的骨干精英,水泥窑余热发电这一行业也不例外,他们中大多数还不到50岁,然而我国水泥窑余热发电量已经达到了吨熟料40kWh,实际上他们已经提前完成了我当初预想的目标,真是可喜可贺!
那么下一步我国水泥窑余热发电的目标与技术路线,发展方向将作何考虑,兹根据国内外在该领域中的现实水平及其发展趋势提出个人的如下看法与同仁们共商讨。
目标:我国水泥熟料生产在2020年要实现对电能的零消耗。即水泥窑余热发电的吨熟料回收电能,在熟料单位热耗不大于750×4.18 kJ/kg的前提下,达到55 kWh以上。根据国内外现有的技术条件以及有关科技进步趋势的预测。本人认为这个目标是比较有把握的,是可以实现的。
技术路线:首先我们应该鼓励多元化的技术路线,充分发掘利用新型干法水泥窑系统的各种余热废热的回收发电方式和途径,不要过早地排斥任何一种理念或途径。要相互取长补短,共同寻求最佳方案,实践是检验真理的唯一标准,长期工业实践的结果是最具有说服力的。
关于进一步提高我国水泥窑余热发电效率,增加吨熟料发电量的技术发展路线问题,兹郑重推荐的是Kalina循环系统。本人跟踪该项技术已有10年,之所以现在才向同仁们推介,主要是国内外的主客观条件现已趋成熟,具备了取得突破性进展的条件。2008年12月上海盛合新能源科技公司与美国Wasabi能源公司签署了Kalina循环技术转让协议。上海盛合公司总裁张高佐先生在第五届纯低温余热发电国际峰会上多次郑重宣称将在国内推行对Kalina技术资源的共享,这对Kalina技术在我国水泥工业余热发电方面的推广应用具有促进作用。
近来,Kalina技术在有些媒体上被说成是吨燃料发电可达83 kWh。然而实际上Kalina技术除在钢铁、化工行业有4~5家应用的以外,在全球水泥窑上的应用实例至今尚未见报导。这一领域中的应用恐怕还有待我国水泥工业来首先付诸现实,届时它真正能发多少电尚需事实来说话。所以即使采用Kalina技术,我们仍然有很多艰难的工作要做。必须再接再励,实事求是地努力创新。过早地夸大宣传是科技研发工作的大忌。
至于上海电气总包的北京琉璃河水泥厂2500t/d窑余热发电系统,首先应该指出的是,它并没有采用Kalina技术,与所谓的Kalina循环技术毫不相干。它是基于张高佐先生的从三次风取热的所谓能级重组出发的一种理念。虽然这套余热发电装置已经运转了一年半,然而其整套熟料生产与发电的长期总体的详细数据尚不够透明。只是说在余热条件充足的情况下,该2500t/d窑的余热发电功率达到了6000kW,甚至6300kW。遗憾的是,不知当时水泥窑的具体产量以及单位熟料的热耗几何。为此笔者真诚地希望琉璃河水泥厂能将长期的实际运行数据公布于众,以正视听。对于各种理念、方式或途径我们都应抱着欢迎支持的态度,同时在科研开发和试验的过程中难免会有不同的观点和评价,所以需要我们不懈地努力。这也是可以理解的。但是事实必将胜于雄辩。
如果琉璃河厂该2500 t/d窑的熟料产量为104t/h,熟料热耗为750×4.18 kJ/kg的条件下,余热发电长期平均确实达到6000 kW的话,即吨熟料发电量达到了57.6kWh,这的确是一个重大的突破,应该进行认真地科学鉴定,推广应用,不要被埋没了,岂不可惜!
此外,有人曾试验从水泥窑筒体的表面热损失中吸收一部分热量用于发电,因为这些热损失本身约占熟料单位热耗的8%左右。这种想法在理论上是符合能量平衡原理的;但是在实践中技术难度较大,试验至今仍在继续探求中。如果有人并不看好这种方式的话,希望也不要完全排斥其成功的可能。
或许还有一些其他的提取利用水泥窑系统余热废热的理念和方式,我们都应鼓励大家“异想天开”,酌情试验,多元化探索。
最后应该指出,实现熟料生产对电能的零消耗,需要进行两方面的共同努力。除了上述的提高余热发电量以外,另一个潜力也不小的方面就是降低熟料单位电耗,尤其是生料的粉磨电耗、窑尾高温风机的电耗、熟料篦冷机的电耗以及广泛采用调频电机等均具有一定的节能空间。在2020年把熟料电耗降到50 kWh/t以下是很有可能的。因此笔者对我国熟料生产在2020年实现对电能的零消耗是充满信心的,是有一定的科学依据的。
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