0　概述

水泥制造业是个高能耗产业，能源费用的支出在其生产成本中占有很大的比重，所以人们一直在寻求降低能耗的生产方式和回收能源的办法。30年代初，人们发明了中空窑余热发电生产工艺，利用窑尾的余热回收了大量的电力。50年代以后，随着科学技术的不断进步，人们又相继应用了干法预热器和预分解窑水泥煅烧工艺，使水泥窑的烧成热耗大大降低，熟料的烧成热耗由过去的6 700kJ/kg左右降到了现在的3140kJ/kg左右，窑尾的废气排放温度由过去的800℃以上降到了400℃以内。虽然热效率提高了一倍多，但热利用率也只有55%左右，对此人们还在继续探索新的节能措施。70年代末80年代初，西方发达国家和日本相继将水泥窑的中低温余热发电技术投入工业应用，并取得了满意的效果。尤其是该技术在日本国内广泛采用，而且已出口到了台湾、韩国和东南亚地区。

1995年日本新能源产业技术开发机构委托日本川崎重工业株式会社向宁国水泥厂无偿提供一套技术成熟的中低温纯余热发电技术和设备，用于4 000t/d水泥熟料生产线，发电机装机容量6 480kW。1996年11月正式动工，1997年12月初开始单机试运行，1998年2月6日一次并网发电成功，在窑系统稳定的前提下，发电机组运行正常，发电功率基本保持在额定功率以上。设计年发电量为4 087万kW·h；吨熟料发电能力为33.8kW·h。实际运行的小时发电量为7 000kW·h，吨熟料发电量为42kW·h。以年发电7 440h计，年发电量5 208万kW·h，扣除系统自耗电8%，相当于吨熟料供电量为38.64kW·h，而原材料消耗成本不足0.02元/kW·h。国内某厂2 000t/d熟料生产线(4级预热器)配置的中低温余热发电系统，全部采用国产设备，总的静态投资2 000万元左右，设计发电机装机功率3 000kW，设计小时发电量2 800kW·h，即吨熟料发电量33.6kW·h，1998年初正式动工，1999年初一次并网发电成功，现仍处在调试阶段，因锅炉受热面配置有一处偏小需要调整，实际小时发电量为2 400　kW·h，但它为我国的水泥厂中低温余热发电技术及国产设备的成功应用开了一条先河。从上述两厂的实际运行结果来看，在新型干法水泥窑生产线上配套建设中低温余热发电系统，只是充分利用了水泥生产过程中产生的大量废气余热进行回收发电，对水泥的生产过程没有大的影响，只要适当调整一些操作参数，使水泥窑能稳定运行，发电系统亦能稳定运行，且回转窑的运转率越高，发电成本越低。该技术的应用既可降低水泥的生产成本，提高企业的经济效益，也可为国家节约大量的电能，缓解供电的紧张状况。

1　水泥厂中低温纯余热发电的特点及工艺流程

    在水泥厂，中低温纯余热发电与中空窑余热发电不同，有其特殊性。1)中低温纯余热发电技术仅用在带预热器的窑上且完全利用其余热发电；2)废气余热的品位比较低，废气温度一般在200～400℃之间；3)可利用的废气余热源在一个以上；4)余热发电配置的热力系统相对较复杂；5)热力系统的压力等级相对较低；6)单位发电量的设备体积和重量相对较大。因此，在系统的选择和配置、应用和投资分析上都是一个新的课题。中低温纯余热发电的基本工艺流程图见图1。

2　发电规模的确定

    首先对工艺系统的余热量进行核算以便确定余热发电的规模。一般来说余热量取决于生产规模和生产工艺。对于同一种生产规模若采用不同的生产工艺和设备，那么余热量也有较大的差别。一般中低温纯余热发电系统的余热回收分为两部分:其一是窑尾预热器出口的废气余热；其二是窑头冷却机出口的废气余热。

图1　 某2 000t/d水泥厂余热发电工艺流程

    对于窑尾余热一般生产工艺考虑出预热器的废气余热部分回收作为生料磨的烘干热源，多余部分经增湿除尘后排放。若增加余热回收装置，不能只简单地回收多余部分的废气余热，而要与生料磨系统综合起来考虑，尽可能将高温废气提供给余热锅炉，而将余热锅炉的排气送给生料磨，这样余热锅炉可以利用较大的温差生产蒸气，回收的热焓高，锅炉的受热面小，耗钢量小，产气的压力等级相对较高，有利于提高整个系统的效率。我们曾对某厂窑尾的余热回收作过比较，其结果见表1。

表1　 窑尾余热回收情况

注:废气量为标准状况下。