水泥工业低温余热发电技术现状

    1999年德国巴州海德堡水泥公司所属的莱格福特水泥厂在一台3000t/d的熟料篦冷机上，利用其电收尘器排出的（150000m3/h，275℃）的废气余热，采用低沸点（36.1℃）介质戌烷C5H12进行兰肯循环，实现纯低温余热发电。这是一条工业试验生产线。6年的生产实践表明，该系统运行可靠，单位熟料发电量可达10.5kWh/t。以此推算，如果同时回收320℃的预热器废气余热，采用相同措施，将有可能提高熟料发电量达45～50kWh/t。可惜由于德国水泥市场历年连续减缩，其进一步的研发试验工作因此中断，未能实现预期效果。
    1995年美国电气与电子工程师学会（IEEE）的水泥专业委员会曾对低温余热发电技术进行了专门的研讨，并制定了一个目标，即就是在20年内（2015年前）实现水泥工业的余热发电量达到60kWh/t熟料或更高。因为按5级预热器计，每台PC窑及其篦冷机系统废气余热排放约为4.18×200kJ/kg熟料，这些热量如果全部转化为电能的话，则理论值应为230kWh/t熟料，而当时的平均先进水平仅为35kWh/t。说明整个余热发电系统的效率只有15%，热—电的实际转化效率很低。如果以平衡来核算，虽然300℃废气的量只有其热量的1/3，其发电系统的效率仍有较大潜力，达到60kWh/t熟料是有可能的。以上就是美国IEEE水泥专业委员会1995年研讨得出的意见。10年过去了，却始终未见美国IEEE在这方面有所作为。根据最近的信息，美国方面有关人士给笔者的答复是，首先是美国水泥工业没有这样的市场需求，所以不宜着力去研发。但是以现有的先进成熟的锅炉与汽轮机发电技术及其装备为基础。如果中国水泥工业有较大市场需求的话，美国公司现在就可以提供全套技术装备，保证单位熟料发电量接近50kWh/t。笔者又将这一信息与德国、日本的有关人士进行了交流核实，均得到认同。他们也表示了可以向中国水泥界提供先进的余热发电全套技术装备。
    综上所述，根据日本、德国和美国的实践，可以预言，现代水泥工业废气余热发电是颇具潜力的一项节能技术，尤其是对于象我国这样电力供应紧缺的情况，市场需求空间相当大，无疑将会对我国在这方面的技术与装备研发和应用发挥积极的促进作用。我国目前在这方面与国际先进水平的差距还比较大。1999年2月投产的江西万年青2000t/d的纯低温余热发电系统。全部为国产设备，熟料发电量为22～23kWh/t。宁国海螺4000t/d的余热发电系统采用日本川崎设备，1998年2月投产，熟料发电量达35～36kWh/t。2004年10月投产的柳州鱼峰3200t/d的余热发电系统，采用日本川崎技术及关键设备，部分设备国内分交制造。熟料发电量达36～38kWh/t。2004年9月中信重机与浙江客户签订了二条5000t/d纯低温余热发电工程总承包合同，全部采用国产设备，熟料发电量为26kWh/t。另外，长期以来，天津院在水泥窑余热发电方面做了许多工作，除补燃方案外，在纯低温余热发电项目中，2003年6月，上海万安总公司PC窑4级预热器1300t/d熟料生产线上采用了全部国产的余热发电系统，发电机容量为2500kW，窑头及窑尾废气是380℃。实际发电能力达1500～1800kW，相当于28～33kWh/t熟料。对于5级预热器的PC窑，因窑尾废气温度较低，约310℃，其熟料单位发电量相应地减少为27kWh/t左右。这基本上反映了我国目前的水平。南京院、成都院以及其他有些公司的情况大致相同，不赘述。总体来说，我国在纯低温余热发电方面，首先是全套技术装备水平与国际先进相比尚有较大差距，需要全面配套的跨跃式发展，加速迎头赶上。其次是水泥工业纯低温余热发电系统的应用相对于PC窑的发展而言，数量太少，对整个水泥工业的节电实效不大。但是在试图解决这一矛盾时，笔者也不赞同那些所谓大干快上，低水平重复的做法，应该积极创新和引进相结合，力争高起点跨跃式发展，要加快引进消化吸收国际最先进的有关技术装备，勇于创新。全套国产系统的水平应尽快达到5000t/d。 五级预热器，PC窑上熟料发电量30kWh/t以上。作为一项近期目标，笔者相信是可以实现的。