对水泥窑余热发电技术的几点看法

  0  引 言

  天瑞集团现在投产运行的有18条水泥熟料生产线，2条2 500 t/d线、15条5 000 t/d线、1条目前世界上最大的 12 000 t/d线，全部上有余热发电系统。发电水平多数能稳定在月平均40 kWh / t熟料以上，少数能稳定在41 kWh / t熟料以上，与兄弟企业相比，天瑞水泥还有一定的差距，尚需进一步努力。

  水泥窑余热发电的潜力以及与窑系统之间的关系、优化空间等，笔者在此根据这几年天瑞水泥搞余热发电的实践谈点个人看法，以供参考。

  1 余热发电与小火电

  余热发电不是小火电，是一项利国且利民、环保且创效、既节约资源又减少排放的技术，属于废弃物的综合利用范畴，应该大力提倡，应该足额享受到国家的各项优惠政策。

  水泥窑余热发电单就发电系统来讲，与小火电有很多可以通用的设备，装备上还属于小火电的范畴，事实上比现在要淘汰的小火电还要小。

  目前，我国正处在大量淘汰小火电的时期，这些被淘汰的设备经过一些适应性改造后，完全能够满足水泥窑余热发电的要求，既避免了小火电淘汰中的浪费，又能降低余热发电的建设投资，国家应该给予鼓励。

  应该说，天瑞水泥在这方面带了个好头，目前有5条水泥窑余热发电系统采用了小火电厂的淘汰设备，实践证明是完全可行的。降低了余热发电的投资成本，也就是降低了余热发电的建设门槛，更有利于余热发电的推广应用。

  2 还有大量的低品质余热未得到利用

  有专家提出给余热发电设置上限，以防企业为多发电变相补燃。其理由是：目前的纯低温余热发电已经达到40 kWh/t熟料，余热几乎挖掘殆尽，不补燃不可能再有大的进步了，再多发就不是余热利用了。

  就水泥行业来讲，不但现有的余热发电技术，有大量的低于200 ℃的低品质余热未能利用，而且诸如窑筒体散热、空压机散热等，也是一块不小的资源，除少数企业冬季采暖利用了一部分外，大部分企业都白白地浪费掉了。

  我们来看看水泥熟料在生产过程中的热效率是多少，它浪费了多少能源，如果把这些浪费的能源全部转换成电，它又能够发多少电？

  水泥熟料是由钙质原料、硅质原料、铝质原料、铁质原料的混合物，经高温煅烧形成的以硅酸盐矿物为主的多相组成烧结体。在高温热力学条件下，物料经过了扩散分解反应、固相反应、液相烧结等多个主控反应过程。由于所用的原料不同，所得熟料的矿物组成有别，其理论热耗一般波动在1 630～1 800 kJ/kg范围内（约390～430 kcal/kg），这与所采用的生产工艺没有关系。而我们现在的生产工艺，熟料热耗能达到710 kcal/kg熟料就已经是先进水平了。也就是说：现在熟料烧成的热效率约为 54.93%～60.56%，单位熟料浪费的热能约为 320～280 kcal/kg熟料，这些热能折算成标煤约为 45 710～40 000 g标煤/t熟料，按国家规定的发电对标系数350 g/kWh折算，可发电130～114 kWh/t熟料。

  所以说，在水泥工艺没有把热耗降低到710×4.2 kJ/t熟料以下之前，我们可以挖掘的潜力应在114 kWh/t熟料以上，而我们现在采用的纯低温余热发电才仅仅挖掘了40 kWh/t熟料左右。所以，不能说我们今天的余热发电技术已经到顶了，纯低温余热发电不应该满足于现状，更不应该排斥其他非纯低温技术的采用。我们的思路应该再开阔一些，不能把剩余的多于70 kWh/t熟料的能量白白的浪费了。比如说：首先是纯低温余热发电技术的突破，把可利用的温度再降低一些；能不能搞一些低品质发电，用于对供电质量要求不高的装置上，比如一般的通风、照明、制冷、空调等；能不能搞一点不纯低温，用少量的其他综合利用资源搞一点补燃，比如有机垃圾、煤矸石等；或者不发电，直接用汽轮机拖动设备；或者用于烘干、预热等其他工艺。

  3 余热发电对主工艺的影响

  中材节能公司的董总提出：“余热发电的核心价值，是余热利用，不是发电，不因发电牺牲主工艺的能效”，“建设余热发电项目的最终目的，是安全稳定高效运行实现节能降耗”。董总讲得非常好。

  我们不应该拿发电多少与主工艺能效相比较，而应该用“余热利用”和“节能降耗”与主工艺能效比较，必要时适当影响点主工艺能效未必就不合适。如果多发电增加的能效大于影响主工艺减少的能效，总的能效是增加的，有利于“余热利用”和“节能降耗”，又有什么不可以呢？

  发电专业主要考虑的应该是如何多发电，不应该害怕对主工艺造成影响而束缚了手脚。至于是否对主工艺造成影响，发电专业可以向主工艺专业作出提醒，在征求主工艺专业意见后由主工艺专业定夺。因为隔行如隔山，是否对主工艺造成影响，只有主工艺专业才能说得清楚，即使有影响，主工艺专业还可能有其他的补救措施，这不是发电专业的优势。

  只有两个专业加强沟通、优势互补，才能最终找到最佳的能效平衡点。

  4 余热发电与熟料烧成煤耗

  这是大家争论已久的问题，因为两者互相有一定的影响，特别在对一条线的运行考核上，是以多发电为主还是以降煤耗为主，笔者认为要根据具体情况具体分析，要互相兼顾，不应该因为重视这一方面而否定了另一方面。放之四海而皆准的真理，对局部的具体情况往往不是最佳的方案。

  冀东水泥在考核上提出了“熟料标煤耗发电量”的概念，用于某条线的前后对比，考核其是否取得进步，是一个不错的想法。但对于集团内不同生产线的对比，就显出了他的局限性，由于其工艺、装备、原燃材料不尽相同，决定了他们的煤耗不可能相同，当煤耗降不下来时更应该多发电，更有条件多发电，如果强制的控制发电量，只能是造成人为的浪费而已。

  冀东水泥提出“熟料标煤耗发电量”的本意是：“防止为提高发电量多烧煤，在降低煤耗的基础上多发电”。后半句是对的，但前半句值得商榷。为什么要“防止为提高发电量多烧煤”呢？国家规定的发电对标系数为350 g/kWh，如果因为多烧了300 g煤而多发了2 kWh的电，又有什么不可以呢？事实上这种可能性是存在的。

  在运行考核上，海螺水泥的提法更科学一些：对2005年以前建设的窑，考核指标为40 kWh/t熟料；2005年以后建成的非第四代篦冷机窑，考核指标为37 kWh/t熟料；2005年以后建成的第四代篦冷机窑，考核指标为34 kWh/t熟料。根据技术装备水平的先进程度，考虑他们具有的潜力大小，分别设置不同的考核指标，才具有可操作性，才不至于造成考核误导。举一个极端的例子，设计为四级预热器的窑，可以发到44～46 kWh/t熟料，而设计为五级预热器的窑最多也就能发40～42 kWh/t熟料，不能按同一个“熟料标煤耗发电量”来考核。

  前面讲过，目前即使配套了余热发电的水泥窑，仍然有大量的低品质余热未能被利用，所以中材的董总才搞什么“朗肯循环”。但在“朗肯循环”成熟以前怎么办？我们能不能利用少量的高温余热（导致少量的煤耗增加）来带动，或者说激发一部分低温余热的利用呢（产出大于投入）？这一点，琉璃河的余热发电已经给出了一个肯定的答案，是可以有所作为的。

  我们不应该把自己禁锢在“余热发电” 这个小概念上，而必须把自己放在“余热利用”这个大概念中。就现有的水泥窑和纯低温余热发电技术水平，正常的余热利用应该在40 kWh/t熟料左右，再增加发电量就会导致煤耗的增加。参照国家规定的350 g/kWh的发电对标系数，作为集团化的管理考核，为引导各公司寻求最佳的能效平衡点，应“以40 kWh/t为基数，每多发一度电奖励300 g/t熟料的煤耗指标”，让各公司根据自己的实际情况追求最佳能效。

  进一步讲，在余热发电上，大家都比较避讳“补燃”这个概念，实际上，对于“补燃（或变相补燃）”，不应该全盘否定。如果“补燃”能增加综合能效就可以适当补燃；再说，补燃不一定是烧煤，生活垃圾、木业垃圾、矸石煤泥、工业有机垃圾、农业秸秆稻壳、食品工业的排渣等，都可以作为补燃的材料，既避免了这些垃圾对环境的影响，又增加了单靠余热发电没有用完的低温余热的利用，不是很好吗？国家在政策上应该鼓励多种综合利用技术和多种环保措施的组合使用。

  5 热力系统的优化

  “余热发电”与“火力发电”相比，相同点都是发电，但余热发电没有太多的新东西，而且装备也要小得多，不会有太多的问题。

  所不同的是，一个是“余热”，一个是“火力”，主要区别在热力系统的不同上。进一步讲就是热源的不同，“余热”这个热源与“火力”相比，品质要低得多，利用起来要复杂得多，这才是搞好余热发电的关键所在。

  目前的水泥窑纯低温余热发电，热力系统采用较多的是 “双压系统”和“窑尾蒸汽到窑头进一步加热”的设计，应该说比以前优化了许多，也取得了明显的效果，但还有进一步优化的空间。主要是窑头余热的进一步细分，把短缺的优质余热分离出来，用于锅炉的关键部位，比如：

  （1）在篦冷机篦上的二三段之间加隔墙，防止三段低温废气串入对二段中温废气的贫化；

  （2）将余热发电在篦冷机上的取风口一分为二，实现高温废气与中温废气的分开使用，进一步提高锅炉的蒸发能力；

  （3）在篦冷机的低温区增加一个取风口，作为煤磨用风的主风源，原中温区取风口仅作调节温度使用，把原来用于煤磨烘干的中温风让给发电；

  （4）利用窑头排放的废气（还有100多℃）作为篦冷机一二段的冷却风源，抬高余热发电的取风温度，也减少了废气排放；

  （5）进一步增加篦冷机一二段的料层

  （6）如有必要，可在三次风管内或窑头罩内增设蒸发器，或直接取少量的三次风或二次风用于锅炉的蒸发段，或采用有利于综合利用的补燃措施。

  6  结束语

  水泥窑余热发电技术是国家实行节能减排的一项重大技术，不仅给企业带来极大的经济效益，在环保方面也带来极大的社会效益。但在余热发电运行中，还有非常大潜力可挖。我们应该从各个方面入手，不断优化系统，提高余热发电潜力，做到把“余热利用”和“节能降耗”放在首位，实现经济效益与社会效益双丰收。