刘忠楼：对国内水泥余热发电的认识与建议

上海盛合新能源科技有限公司副总工刘忠楼

　　3月25日，由中国水泥网主办，中材节能股份有限公司、上海盛合新能源科技有限公司、上海川吉投资管理有限公司协办，成都四通科技投资有限公司、湖南湘电长泵长一制泵有限公司、连云港市万达电站辅机厂赞助的第七届余热发电峰会在杭州正式召开。上海盛合新能源科技有限公司副总工刘忠楼出席了本次会议并作了题为《对国内水泥余热发电的认识与建议》的报告，从我国水泥余热发电现状、在运水泥余热发电存在问题、业外建议三个方面分析，以下是报告的主要内容——

　　建设规模

　　截止到2010年底，全国新型干法水年生产线1289 条，其中大约有200条生产线不适合配备余热发电装置，已建有700条余热发电生产线，剩300余条生产线的有限空间。

　　目前新干线余热发电装机规模

　　2500t/d级：4.5~6MW

　　5000t/d级：9MW

　　6000t/d级：10MW~12MW

　　10000t/d级：18~20MW

　　实际发电功率均低于装机功率，吨熟料发电水平：25~30/38~42kWh

　　余热发电技术历程

　　余热发电技术历程经历了补燃技术、闪蒸技术、双压技术、三次风的应用、预热器高温烟气的应用、窑头高温段热风的应用

　　借鉴其它行业经验

　　燃气-蒸汽联合循环技术中的余热锅炉

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　　技术与装备状况

　　非专业标准的设计与建造；市场竞争致设备性能指标不规范；非专业电站管理的运营模式；装机发展速度过快，技术总结不足；关键设备的性能、寿命、安全可靠性面临考验，余热发电机组面临改造。

　　在役机组存在的问题

　　非专业设计导致机组达不到设计性能保证要求；投运一个阶段后余热发电出力明显降低；缺乏过程能量优化与能级重组利用理念透切理解；主设备的选型与系统整体设计缺乏优化；可利用的余热未获充分利用；性能提高空间大。

　　余热锅炉发现的主要问题

　　蒸汽参数达不到设计要求；窑头锅炉蒸汽参数波动大；窑头高温段抽风与低温段的相互抢风；清灰效果差、漏风量大、保温效果差；缺少有效的过热蒸汽调温手段；窑尾锅炉受窑头参数与工况变化的影响；窑尾锅炉废气温度对生料干燥能力的适应性差；烟风道挡板磨损、关闭密封、动作灵活性等问题；省煤器汽化问题；变负荷工况的设计与运行特性。

　　汽轮发电机组方面发现的问题

　　汽轮机的内效率低；低压补汽困难；低压缸叶片存在潜在的冲蚀与损坏；难以适应锅炉蒸汽参数的波动；汽轮机与发电机系统振动；汽轮机转速波动、超速等故障；汽轮机组与余热锅炉主、被动关系。

　　余热发电利用原则

　　生产线现行，进行热工标定；

　　运行数据的稳定性、长期性的分析；

　　不影响水泥窑的热工操作：发电效率高、运行灵活、安全可靠、维护量少、服役期长；

　　不增加水泥熟料烧成热耗及电耗；

　　最大限度获取、利用余热资源；

　　能级重组、梯级利用；

　　先进的热力系统循环方式；

　　生产线与余热发电系统布置合理。

　　注重余热锅炉、汽机变工况协调运行的设计。

　　朗肯循环(RC)

　　1859年、William Rankine，工作介质- 水，该系统循环简单、适应大容量机组、发电效率低、热量回收程度差，特点是适于常规的火力发电，低温余热利用效率差。

　　有机朗肯循环(ORC)

　　1961年、Harry Tabor & Lucien Bronicki，工作介质：有机碳水化合物，该系统适于低温热源、可靠性好、运行适应范围窄、应用范围差，特点是适应于较窄的热源温度范围、需慎重考虑有机工质的安全性。

　　卡琳娜循环(KC)

　　1983, Alexander Kalina，工作介质：氨水，该系统相对高发电效率、运行适应性范围宽、不能使用含铜材料、精细的循环设计、对低温热源具有效率高、适用范围宽、可靠性好、环境生态友好，其特点是适应于较窄的热源温度范围、需慎重考虑有机工质的安全性。

　　朗肯-卡琳娜联合循环(RC+KC)

　　朗肯循环适合高温热源、卡琳娜循环在低温热源上具有优势，这种常规联合循环理念的拓展，存在水泥窑废气余热资源的特点，适合中低温(450℃)水平，能够满足现有技术200℃以下的热量没有得到有效利用，废气参数波动性高。所以水泥余热发电适合采用RC+KC。

　　RC+KC联合循环的具体方案

　　利用AQC锅炉与部分SP锅炉省煤器出口的废气余热作为KC循环的热源(~200℃)；可用废气直接加热卡琳娜循环的氨水介质；可在AQC和SP配置热水锅炉，用热水作为KC的热源；可利用AQC和SP高压省煤器出来的热水作为KC的热源；RC循环采用相对高的参数。

　　RC+KC流程方案示例

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　　余热发电出力比较--5000t/d水泥窑为例

　　循环发电出力

　　吨熟料发电水平

　　几点意见

　　新水泥生产线预留余热发电机组接口，投运标定后设计开工建设；

　　能级重组-水泥生产工艺流程与余热发电的有机结合；

　　建议水泥行业组织实施；

　　新建机组，RC+KC联合循环示范机组；

　　改造机组，进行RC+KC联合循环示范；

　　改造机组，进行余热热源的深度利用；

　　搭建技术创新实践应用的平台。