水泥低温废热（余热）回收综合利用与开发

     闪蒸器产生的底压蒸汽，用来汽轮机低压段补汽的方法来回收低温余热，并提高余热利用效率，提高吨熟料水泥的发电量。同时，汽轮机低压段补汽的方式，对汽轮机的稳定运行和安全起到了关键作用。国外对这种低压段补汽的汽轮机研制中发现，研制高效的闪蒸器并多级闪蒸产生低压蒸汽补汽时，锅炉负荷的变化对汽轮机的影响比较小的同时，汽轮机的运行也比较稳定。

 

     目前，一些水泥厂和设计院作5级分解窑水泥企业的总体热平衡计算后布置热力系统时，取消或不设闪蒸系统。还有为了提高窑头AQC锅炉的蒸汽品位，篦冷机上的抽气孔向前移动（窑头燃烧器用的高温热风量不受影响前提下），使入锅炉的废气瘟度提高至380℃，生产出满足（不带补汽的）汽轮机供汽要求的低压微过热蒸汽。这样以来，降低了总的热效率，降低了余热利用率。

 

     经调查和研究，4—5级预分解窰的SP炉和AQC炉的工作压力根据工厂的具体情况选择不同的工作压力，热力系统中的闪蒸水量根据总的热平衡来确定。总之，SP炉的排烟温度约210—220℃之间，AQC炉的排烟温度约100℃以下。

 

    从AQC锅炉加热水段加热的热水（接近飽和水）进入闪蒸器后，经多级（两级或叁级）扩容闪蒸出一定量的低压飽和蒸气，进入汽轮机相应的进汽口作功发电。一般情况下低压锅炉的给水是经除氧器除氧后的除氧水，水温为104℃，窄点温度取20℃-25℃，相应的烟温为124℃，排烟温度将会超过124℃以上。闪蒸器内的飽和水（进行除氧处理）与汽轮机的冷凝水混合后由给水泵供给锅炉，这时的给水水温为40℃至70℃之间，当窄点温度取20℃-25℃，相应的排烟温度至少能达到105℃以下。这比常规的锅炉多利用了100 ℃至124℃之间的热量，烟气焓相当于7．5Kacl/Nm³。

 

    某水泥厂入AQC锅炉的烟温为380℃，按常规布置，包括SP炉的给水，AQC锅炉加热段进口水温为45℃到70℃，出口水温接近于锅炉的工作压力下的飽和温度时，AQC锅炉的烟气温度为130℃左右。这时，烟气侧的放热量为76Kacl/Nm³。当用闪蒸系统时，排烟温度为100℃左右，多吸收了7．5Kacl/Nm³,约占吸收热量的10﹪，相对提高了总的余热利用效率。

 

     我公司为某水泥厂设计的HG-33000-AQC锅炉是为窑外分解窑低温余热发电工程设计的余热锅炉。该锅炉布置在窑外分解窑的窑头位置，窑头部分用来冷却水泥熟料的空气经热交换达到380℃后进入AQC锅炉的进口，流经过热器，对流管束，省煤器，热水段，烟温降到100度之后，经窑头除尘器除尘后排入大气中。

该锅炉属于单锅筒自然循环立式锅炉，被加热的工质分为两部分，一部分经省煤器后进入锅筒经下降管入对流管束，在这里被加热后的汽水混合物引入锅筒，汽水分离后的饱和蒸汽入过热器后过热至350 ℃的微过热蒸汽，此段循环为自然循环。

 

     另一部分给水水温为56（70）℃凝结水（来自凝结水泵）经锅炉的热水段，工质在热水段中加热至210度—220℃、`2．6MPa未饱和水，一部分水进入蒸发段的省煤器中，一部分进入系统的闪蒸器中。

这种锅炉的技术参数如下：

额定蒸发量           D         t/h               15．5

额定工作压力         P         MPa              2．45

额定蒸汽温度         te         ℃                350

给水温度             tg         ℃               56—71

热水段（省煤段通水量）Q        t/h               35—45．8

 

     这时，从热水段出来的热水一部分进入锅炉的蒸发段，另-一部分热水进入系统中的闪蒸器里。热水段的给水量为35t-/h、锅炉的出水温度为220℃、排烟温度约为105℃。闪蒸汽按三级闪蒸布置时，一级闪蒸段的工作压力为1．25MPa、蒸汽温度为190℃，其闪蒸蒸汽量为2，3t/h，二级闪蒸段的工作压力为0.7MPa、蒸汽温度为169℃，其闪蒸蒸汽量为1．2t/h，三级闪蒸段的工作压力为0．5MPa、蒸汽温度为151℃，其闪蒸蒸汽量为0，9t/h，总的蒸汽量为4．4t/h，占总蒸发量的14％以上。将这低压蒸气供汽轮发电机发电，多发10％以上的电，提高了余热利用效率的同时，对汽轮发电机的稳定运行起到了关键作用。因为窑外分解窑的工况是波动的，蒸汽产量也是波动的，这对汽轮发电机的运行产生不同程度的影响。采用低压段补汽的汽轮发电机从根本上解决了汽轮机的运行不稳定的问题。这种汽轮机不同于常规技术参数的汽轮机，从结构上采取特殊型式，如设冷凝水槽等结构，保证了汽轮机的稳定运行。

 

     根据国外资料介绍，水泥废热回收发电技术的利用针对不同水泥生产工艺产生的废热条件及参数确定窑头AQC锅炉的工作参数和窑尾SP锅炉的工作参数，窑尾SP锅炉的排烟温度同时还要满足水泥生料烘干的需要。国内水泥厂的窑尾SP炉的排烟温度一般采用220℃左右，国外水泥厂的窑尾SP炉的排烟温度一般在245℃—290℃之间。国外水泥厂的窑头AQC锅炉的入口废气温度一般采用200—300℃，排烟温度一般采用110℃以下。

 

     国内水泥厂熟料冷却用篦冷机大多数采用空气冷却方式，其结构基本上成型固定，篦冷机前端冷却熟料换热的高温废气（空气）引入到煅烧水泥生料的窑头燃烧器中，提高燃烧用热风温度，从而提高了燃烧效率，减少了热损失，相当于降低了煅烧水泥的热耗，余下的大部分换热后低温热空气（废气）引入到窑头AQC锅炉中，这时的废气温度为200—300℃。   莫些水泥厂为了提高AQC锅炉的蒸汽品位，提高入AQC锅炉的烟气温度，将抽气孔的置移至篦冷机的中前部，影响和减少了篦冷机前端的高温废气（空气）量，降低了窑头燃烧器的热效率，反而水泥熟料的单位热耗增加了。

 

     据国外资料介绍，进入窑头AQC锅炉的废气是经沉降室或旋风分离器分离粉尘后的含尘量较低的废气。这不仅改善了废气的条件，而且创造了AQC锅炉的受热面采用扩展受热面—翅片管的条件，大大减小了锅炉的体积布置足够的换热面积，保证AQC锅炉的排烟温度足够低。在篦冷机和AQC锅炉之间设置旋风分离器使进入锅炉的废气的含尘浓度降到10g/Nm³左右，保证AQC锅炉的稳定运行。为保证篦冷机的冷却熟料效果，篦冷机上的抽废气孔的位置没有任何改动（移动），这说明入AQC锅炉的废气温度只有200—300℃的原因。

节能中长期专项规划中对主要产品能耗指标规定，水泥综合能耗2005年度为159千克标准煤/吨，到2010年将达到148千克标准煤/吨，到2020年将达到129千克标准煤/吨，这时，水泥分解窑的窑尾排出的废气温度将进一步降低，水泥废气回收利用方式和方法会发生变化。水泥低温废气回收或发电或供热（供暖热水锅炉）和制冷，或根据水泥厂的具体条件设补燃锅炉，作补燃锅炉的给水进行加热等。

 

     发达国家水泥低温废热回收发电装备早在上世纪80年代开始安装了带有2—3级闪蒸器的热力系统的发电系统，有些国家的水泥窑窑尾的排烟温度低于270℃，低温废热回收利用方式方法不仅仅是发电的方式了。上世纪70年代末80年代初水泥废热回收发电技术在发达国家中已经推广应用，当时的吨熟料发电量为31KWh（平均值），这一技术现在本国内已经停止开发和使用了。只有少数外国公司在中国国内推销水泥低温废热回收发电技术和装备。         

 

我公司为某水泥厂1000t/d窑外分解窑设计制造了HG-F3200-SP锅炉，其设计参数如下：

入锅炉烟气量         V   Nm ³ /d                    78000

入锅炉烟气温度       T     ℃                       320

排烟温度             T’’    ℃                       100

保热系数             Φ   -                         0．978

锅炉效率             η   ％                         65

回水温度             t’    ℃                         80

出水温度             t″  ℃                         140

工作压力             Pe   MPa                        1．6

锅炉排污             Pw   ％                         1．5

循环水量             Q    t/h                        101．05

热功率               N    MW                           7．14  

 

    这一锅炉安装投入使用以后，水泥厂取消了供暖及生活用工业用锅炉8-9台。即节省了工业用煤，又保护了环境，保证了工厂及职工生活区的供暖需要。这一技改措施不仅得到了当地政府部门的表彰，成了环境保护的先进单位，也成了行业内的节能和环境保护的先进单位。

 

     总之，水泥厂的水泥低温余热回收综合利用不能仅限于发电方式，应考虑其它的方式，如考虑厂区的供暖，制冷，小型电站或热电联供锅炉的给水的加热等其它形式。目前，水泥厂的节能采用低温余热回收发电方式时，应考虑水泥的综合能耗达到最小的前提下提高发电量。在不影响水泥生产的前提下，所配置热力系统是先进的，不仅仅是锅炉，应包括闪蒸器及汽轮发电机，这样，才能提高总的余热回收热效率，降低吨熟料的能耗。或者根据水泥厂地域和条件因地制宜考虑供暖等其它方式。