1、水泥窯余熱發電能力計算方法 一、目前在開發、應用水泥窯純低溫余熱發電技術及裝備過程當中有許多新的情況產生，例如：從裝機容量上，同樣是5000t/d級的水泥窯，水泥生產條件、廢氣參數條件也類似,但裝機容量確有6.0MW、7.5MW、9.0MW等多種；從蒸汽參數上，有0.691.27MPa280340、1.572.47MPa-325400等多種；從實際發電能力上，有的宣稱2500t/d窯裝機已達6000KW或發電功率已超過4000KW, 有的宣稱5500t/d窯發電已達9300KW等；從宣傳上，一些設計、承建單位為說明自己有先進的水泥窯純低溫余熱發電技術從而有很高的發電量，采用不報熟料熱耗、利用三

2、次風或其它水泥生產用的高溫氣體來發電、在發電機功率表上做手腳、低報熟料實際產量等不正當手段進行宣傳。 由于上述新情況的產生，同時也由于為了規范水泥窯純低溫余熱發電技術及裝備的研究、開發、工程設計、工程建設工作，目前制定科學的水泥窯純低溫余熱發電技術評價方法是十分必要的。 二、目前水泥行業已經推廣應用的幾種純低溫余熱發電技術 目前水泥行業已經推廣應用的幾種純低溫余熱發電技術，以蒸汽參數來分，基本上有兩類：一類為0.691.27MPa280340的低壓低溫系統，一類為1.572.47MPa-325400的次中壓中溫系統。對于0.691.27MPa280340的低壓低溫系統，其熱力系統構成有如下三種

3、模式：技術要點：利用水泥窯窯尾預熱器排出的350以下廢氣設置一臺窯尾預熱器余熱鍋爐（簡稱SP鍋爐）、利用水泥窯窯頭熟料冷卻機排出的400以下廢氣設置一臺熟料冷卻機廢氣余熱鍋爐（簡稱AQC爐）、兩臺鍋爐設置一臺蒸汽輪機、發電系統主蒸汽參數為0.691.27MPa280340。 上述三種技術沒有本質的區別，共同的特點：都是利用在水泥窯頭熟料冷卻機中部增設抽廢氣口或直接利用冷卻機尾部廢氣出口的400以下廢氣及窯尾預熱器排出的300350的廢氣余熱；最重要的特點是采用0.691.27MPa-280340低壓低溫主蒸汽。區別僅在于：窯頭熟料冷卻機在生產0.691.27MPa-280340低壓低溫蒸汽的同

4、時或同時再生產0.10.5MPa-飽和160低壓低溫蒸汽、或同時再生產85200的熱水；汽輪機采用補汽式或不補汽式汽輪機；復合閃蒸補汽式適用于汽輪機房與冷卻機距離較遠的情況而多壓補汽式適用于汽輪機房與冷卻機距離較近的情況。 對于1.572.47MPa325400的次中壓中溫系統，其熱力系統構成有如下兩種模式：其一：冷卻機多級取熱純余熱發電技術，見圖4。 技術要點：利用水泥窯窯尾預熱器排出的350以下廢氣設置一臺窯尾預熱器余熱鍋爐（簡稱SP鍋爐）或同時利用窯尾C2級預熱器內筒設置過熱器；利用熟料冷卻機排出的400以下廢氣設置一臺熟料冷卻機廢氣余熱鍋爐（簡稱AQC爐），或者通過改變窯頭熟料冷卻機廢

5、氣排放方式：利用熟料冷卻機排出的部分360以下廢氣設置一臺AQC余熱鍋爐、利用熟料冷卻機排出的部分500以下廢氣設置一臺熟料冷卻機廢氣余熱過熱器（簡稱ASH過熱器）；將AQC爐排出的廢氣部分或全部返回冷卻機，窯頭熟料冷卻機冷卻風采用循環風方式；利用兩臺鍋爐或者增設的余熱過熱器設置補汽式蒸汽輪機，發電系統主蒸汽參數為1.573.43MPa340435、補汽參數為00.15MPa飽和160。 三、研究、開發、應用純低溫余熱發電技術應注意的幾個原則性問題3.1研究、開發、應用水泥窯純低溫余熱發電技術應遵循的基本原則水泥窯純低溫余熱發電技術是以節能降耗從而降低水泥生產成本為目的，它的內涵是：將水泥生產

6、過程中產生的并且水泥生產過程本身已不能再利用的余熱回收從而轉化為電能的技術，因此，研究、開發、應用水泥窯純低溫余熱發電技術應遵循的基本原則：不影響水泥生產、不增加水泥熟料熱耗及電耗、不改變水泥生產用原燃料的烘干熱源、不改變水泥生產的工藝流程及設備。 3.2對水泥生產影響的控制：水泥窯配套建設余熱電站，原則上要求不影響水泥生產，但由于在一條完整的熟料生產線窯頭、窯尾各串接相應的余熱鍋爐，因此，余熱電站對水泥生產不產生任何影響是不可能的。根據已投產的余熱電站實際生產運行情況，對于遵循上述原則配套建設的余熱電站，投入運行后對水泥生產的影響主要集中在如下幾個方面： （1）窯尾高溫風機：在窯尾SP鍋爐漏

7、風控制、結構設計、受熱面配置、清灰設計、除灰設計、廢氣管道設計合適的條件下，電站投入運行后，窯尾高溫風機負荷將有所降低，這種影響是正面的。 （2）增濕塔：將隨著電站的投入或解出調整噴水量，直至停止或全開噴水。 （3）生料磨及煤磨：隨著電站的投入或解出，烘干廢氣溫度將產生較大幅度的變化，需要根據烘干廢氣溫度的變化調整烘干廢氣量或磨的運行方式。 （4）窯尾電收塵：如果窯尾采用電收塵，電站投入運行后對其收塵效果總是有影響的，只是由于地區不同、配料不同、燃料不同或其它條件不同，對收塵效果的影響程度不同。但當窯尾采用袋收塵時，電站投入運行對提高收塵效果是有顯著作用的。 （5）水泥窯頭電收塵器：電站投入運

8、行后，窯頭電收塵器工作溫度大為降低，粉塵負荷也相應降低。 （6）窯系統操作：由于窯系統增加了兩臺余熱鍋爐，而余熱鍋爐廢氣不但取自還要送回水泥窯系統，因此勢必需要增加窯系統窯頭、窯尾、廢氣處理、生料粉磨、煤制備系統的操作環節。 對水泥窯生產造成的上述幾方面的影響，綜合起來為兩個方面：一是增加了水泥窯生產的操作環節（例如：隨著電站的投入、運行和解出，水泥窯需調整窯尾高溫風機、增濕塔噴水、生料磨及煤磨、窯頭排風機等系統的運行參數；二是如果窯尾采用電收塵，電站投入運行后對其收塵效果總是有或大或小的影響。 對水泥窯生產造成的影響應當而且必須控制在上述范圍以內，在目前水泥熟料燒成工藝技術及設備、純低溫余熱

9、發電熱力循環系統配置技術及設備條件下，為了提高發電量而采用抽取三次風或窯頭罩等高溫風、生料或燃料烘干改用燃燒燃料而將原來用于烘干的廢氣用于發電等措施都是不可取的。采用這些措施，表面上增加了發電量，實際不但不會有助于水泥生產綜合能耗的降低，反而由于熟料熱耗的增加會使水泥生產綜合能耗增加（當水泥廠建設余熱電站不是以節能為主要目的，在一公斤標準煤的價格與一度電的購電價格之比小于0.7的條件下，采用這些措施可以增加水泥生產綜合效益）。 3.3準確的余熱發電技術發電能力指標目前對于余熱發電技術發電能力指標，大家往往只注意每噸熟料發電量，而很少注意相關因素對發電量的影響，這是目前產生許多新情況的主要原因。

10、對于水泥窯純余熱發電，影響噸熟料發電量的因素很多，如：熟料熱耗（涉及窯頭、窯尾廢氣溫度等）；熟料形成熱（涉及生料配料成份）；原料、燃料烘干所需要的廢氣溫度、廢氣量（涉及可用于發電的余熱量）；電站熱力系統構成方式及蒸汽參數（涉及發電系統循環效率）；熟料實際產量和規模（涉及鍋爐、汽輪機等設備效率）；廢熱取熱方式（涉及對窯生產及熟料熱耗的影響）等等。 由于影響余熱發電能力的上述因素,加之這些因素在實際生產中的復雜性，僅采用噸熟料余熱發電量來評價純低溫余熱發電技術是不科學、不完整、不準確的，不能全面代表純低溫余熱發電技術水平。因此，根據目前的情況，研究、確定水泥窯純低溫余熱發電技術的評價方法既是必要的

11、,條件也是成熟的而且也是急需的。 四、水泥窯純低溫余熱發電技術的評價方法初探盡管影響余熱發電能力的因素較多也比較復雜，但水泥熟料煅燒過程及純低溫余熱發電必定都是熱工過程，因此，研究、確定出全面、科學、準確的純低溫余熱發電技術評價方法是可能的。本文提出的評價方法是初步的，僅供同行討論、參考，其由如下二部分構成： 第一部分:實用部分,即“每公斤熟料熱耗噸熟料余熱發電量”。目前水泥行業已經習慣用噸熟料余熱發電量來做為衡量余熱發電技術水平的指標，因此，評價方法中保留這個指標是必要的。但由于噸熟料余熱發電量沒有考慮熟料熱耗、熟料形成熱、原燃料烘干所需廢氣溫度及廢氣量等因素對發電量的影響，因此，為了考慮影

12、響余熱發電量的主要因素即熟料熱耗對余熱發電能力的影響，應改為采用“每公斤熟料熱耗噸熟料余熱發電量”(仍簡稱“噸熟料余熱發電量”)這一指標來評價。盡管如此，由于這個指標仍然沒有考慮熟料形成熱、原燃料烘干所需廢氣溫度及廢氣量對發電能力的影響，對于這個指標: (1)在建設余熱電站之前比較、確定余熱電站技術方案時，在熟料產量、熟料熱耗、用于發電的廢氣參數(廢氣溫度、廢氣量、含塵濃度等，下同)、用于原燃料烘干的廢氣參數條件都相同的條件下，采用“噸熟料余熱發電量”來對不同的余熱電站技術方案進行評價是準確、可靠的； (2)對于已投產的余熱電站，采用“噸熟料余熱發電量”來對余熱電站及水泥窯自身進行綜合考核同樣

13、也是準確、可靠的； (3)對于已投產的不同水泥窯間的余熱電站進行比較:當熟料產量、熟料熱耗、用于發電的廢氣參數、用于原燃料烘干的廢氣參數等生產條件大體相同的條件下，采用“噸熟料余熱發電量”進行比較是相對準確、可靠的。當上述生產條件差別較大，如:一條窯的熟料熱耗是7504.1868kj/kg，而另一條窯為7804.1868kj/kg；或一條窯的生料烘干廢氣溫度為200，而另一條窯為230時，采用“噸熟料余熱發電量”進行比較則是不準確、不可靠的。 對于熟料熱耗對發電能力的影響：根據研究及實際生產情況，一般來講，當熟料熱耗增加或減少78Kcal/Kg時，噸熟料余熱發電量也響應增加或減少1kwh以上。

14、也就是說，余熱電站每多發1kwh電，窯系統將多消耗11.12Kg標準煤的燃料（這種結果，間接說明了采用提高熟料熱耗增加發電量的辦法是浪費能源的不可取的辦法）。 第二部分:理論部分，即混合熱效率(簡稱熱效率)如前所述，水泥窯純低溫余熱發電技術的內涵是將水泥生產過程中產生的并且水泥生產過程本身已不能再利用的余熱回收從而轉化為電能，因此，采用理論上的“混合熱效率”(既不是絕對熱效率，也不是相對熱效率)來對不同的純低溫余熱發電技術的熱量轉換效果進行評價是科學、準確、可靠的，可以消除熟料熱耗、熟料形成熱、原燃料烘干所需廢氣參數、電站熱力系統構成方式及蒸汽參數、熟料實際產量和規模、廢熱取熱方式等因素的影響

15、。 (1)定義：水泥窯純低溫余熱系統熱效率是指可用于發電的水泥窯總余熱量轉化為電能的比例，其數學表達式為：熱效率= 發電功率D8604.1868 可用于發電的總余熱量Qi (2)物理意義：發電功率D：即是余熱發電系統輸出功率，單位為kw可用于發電的總余熱量Qi由以下幾部分組成，即Qi=QSP+QAQC+Qtt+Qgt， QSP為可用于發電的窯尾廢氣余熱，其計算方法為：Qsp=Vzs(TjsCtjs-ThsCths)+Vys(CthsThs-1351.42)式中：Qsp為可用于發電的窯尾總廢氣熱量，KJ/hVzs窯尾預熱器排出的總廢氣量，Nm3/hTjs窯尾預熱器排出的廢氣平均溫度，Ctjs對應

16、于Tjs的窯尾廢氣比熱，KJ/Nm3Ths物料烘干所需要的廢氣平均溫度，Cths對于應Ths的窯尾廢氣比熱，KJ/Nm3Vys扣除物料烘干所需窯尾廢氣量后剩余的窯尾廢氣量,Nm3/h135扣除物料烘干所需窯尾廢氣量后剩余的窯尾廢氣進入電收塵器允許的最低溫度，1351.42對應于135的窯尾廢氣比熱，1.42KJ/Nm3 QAQC為可用于發電的窯頭廢氣余熱，其計算方法為:QAQC=VZATjACtjA式中：QAQC可用于發電的窯頭總廢氣余熱量，KJ/hVZA電站不投入運行時（或電站投產前）冷卻機總排入大氣的廢氣量，Nm3/hTjA電站不投入運行時（或電站投產前）冷卻機總排入大氣的廢氣平均溫度，C

17、tjA對應于TjA的冷卻機排入大氣廢氣比熱，KJ/Nm3 Qtt為用于發電的窯胴體廢熱熱量，單位為KJ/h。對于窯胴體廢熱熱量，目前有部分水泥廠進行了部分回收，但未用于發電，其它絕大部分水泥廠都未回收。當將窯胴體廢熱熱量回收并用于發電時，計算發電系統熱效率應按實際回收的窯胴體廢熱熱量計算。 Qqt為用于發電的其它熱量，單位為KJ/h。對于不同的余熱發電技術或不同的水泥廠，其用于發電的熱量除前述廢熱熱量外，有可能還利用其它熱量，如：為了多發電，利用窯的部分二次風或三次風，這樣勢必增加熟料熱耗，因此應將熟料增加的熱耗或抽取的用于發電的二次風，三次風熱量計入發電用熱量； 為了多發電，改變物料烘干方式

18、：將原本用于烘干的廢氣全部用于發電而改變物料烘干熱源，即或者改用燃燒燃料的方法烘干物料，或者用其它方法烘干物料。但無論采用何種方式，應將物料烘干所用的熱量計入發電用熱量。 水泥生產線因配套建設余熱電站所增加的其它能源消耗，換算為熱量后均應計入發電用熱量。 (3)應用舉例：例一：一條熟料產量為5500t/d的水泥窯，熱耗小于3140KJ/kg。生料烘干采用窯尾廢氣，廢氣參數為：353600Nm3/h-210；煤烘干采用冷卻機廢氣，廢氣參數為：30000Nm3/h-290；窯尾預熱器排出的廢氣參數353600Nm3/h-330，窯頭冷卻機扣除煤烘干所需廢氣后排入大氣的廢氣參數310000Nm3/h

19、-290；僅利用窯頭、窯尾廢氣余熱配套余熱電站。 當電站分別采用2.29Mpa380、0.98Mpa310主蒸汽參數時，熱效率計算結果如下： 主蒸汽參數 0.98MPa-310 2.29MPa-380 窯尾廢氣余熱 預熱器排出的廢氣參數 353600Nm3/h-330 353600Nm3/h-330 生料烘干所需廢氣參數 353600Nm3/h-210 353600Nm3/h-210 用于發電的窯尾廢氣熱量Qsp 6504.36104KJ/h 6504.36104KJ/h 窯頭廢氣余熱 冷卻機排入大氣廢氣參數 310000Nm3/h-290 310000Nm3/h-290 用于發電的窯頭廢氣熱

20、量QAQC 11837.57104KJ/h 11837.57104KJ/h 用于發電的總廢熱量 18341.93104KJ/h 18341.93104KJ/h 熟料熱耗 3140KJ/kg 3140KJ/kg 發電機功率D 7800KW 8880KW 熱效率 15.3% 17.42% 噸熟料發電量 3140KJ/kg -34KWh 3140KJ/kg -38.7KWh例二：一條熟料產量為5500t/d的水泥窯，熱耗小于3140KJ/kg。生料烘干采用窯尾廢氣，廢氣參數為：272000Nm3/h-270；煤烘干采用冷卻機廢氣，廢氣參數為：30000Nm3/h-290；窯尾預熱器排出的廢氣參數35

21、3600Nm3/h-330，窯頭冷卻機扣除煤烘干所需廢氣后排入大氣的廢氣參數310000Nm3/h-290；利用窯頭、窯尾廢氣余熱配套余熱電站。 當電站分別采用2.29Mpa380、0.98Mpa310主蒸汽參數時，熱效率計算結果如下： 主蒸汽參數 0.98MPa-310 2.29MPa-380 窯尾廢氣余熱 預熱器排出的廢氣參數 353600Nm3/h-330 353600Nm3/h-330 生料烘干所需廢氣參數 272000Nm3/h-270 272000Nm3/h-270 扣除生料烘干所需窯尾廢氣量后剩余的窯尾廢氣參數 81600Nm3/h-270 81600Nm3/h-270 用于發電

22、的窯尾廢氣熱量Qsp 5085.27104KJ/h 5085.27104KJ/h 窯頭廢氣余熱 冷卻機排入大氣廢氣參數 310000Nm3/h-290 310000Nm3/h-290 用于發電的窯頭廢氣熱量QAQC 11837.57104KJ/h 11837.57104KJ/h 用于發電的總廢熱量 16922.84104KJ/h 16922.84104KJ/h 熟料總熱耗 3140KJ/kg 3140KJ/kg 發電機功率D 7000KW 8040KW 熱效率 14.9% 17.1% 噸熟料發電量 3140KJ/kg30.5KWh 3140KJ/kg35.1KWh例三：一條熟料產量為5500t

23、/d的水泥窯，生料烘干采用窯尾廢氣，廢氣參數為：353600Nm3/h-210；煤烘干采用冷卻機廢氣，廢氣參數為：30000Nm3/h-290；窯尾預熱器排出的廢氣參數353600Nm3/h-330，窯頭冷卻機扣除煤烘干所需廢氣后排入大氣的廢氣參數310000Nm3/h-290；利用窯頭、窯尾廢氣余熱同時抽取窯三次風35000Nm3/h-900配套余熱電站，因抽取三次風熟料熱耗由3140KJ/kg升至3360KJ/kg。 當電站分別采用2.29Mpa380、0.98Mpa310主蒸汽參數時，熱效率計算結果如下： 主蒸汽參數 0.98MPa-310 2.29MPa-380 窯尾廢氣余熱 預熱器排

24、出的廢氣參數 353600Nm3/h-330 353600Nm3/h-330 生料烘干所需廢氣參數 353600Nm3/h-210 353600Nm3/h-210 用于發電的窯尾廢氣熱量Qsp 6504.36104KJ/h 6504.36104KJ/h 窯頭廢氣余熱 冷卻機排入大氣廢氣參數 310000Nm3/h-290 310000Nm3/h-290 用于發電的窯頭廢氣熱量QAQC 11837.57104KJ/h 11837.57104KJ/h 抽取的三次風熱量 抽取的三次風參數 35000Nm3/h-900 35000Nm3/h-900 用于發電的三次風熱量 5063.04104KJ/h

25、5063.04104KJ/h 因抽取三次風增加熟料熱耗 220KJ/kg 220KJ/kg 用于發電的總廢熱量 23404.97104KJ/h 23404.97104KJ/h 熟料總熱耗 3360KJ/kg 3360KJ/kg 發電機功率D 9175KW 10455KW 熱效率 14.11% 16.08% 噸熟料發電量 3360KJ/kg40KWh 3360KJ/kg45.6KWh五、評價方法的應用5.1評價方法應用分析從評價方法的構成、熱效率的物理意義及所舉三個實例計算結果來看：（1）對于同一條水泥窯，發電用熱熱源相同，當發電熱力循環系統采用不同的主蒸汽參數時，參數越高熱效率越高，相應地噸熟料余熱發電量也越高。這說明：根據熱源溫度的不同，實現熱量根據其溫度進行梯級利用的原理對提高余熱發電能力的重要性； (2)對于同一條水泥窯，發電用熱熱源不相同但主蒸汽參數相同時，熱源溫度越高，噸熟料余熱發電量也越高，但電站熱效率越低。這說明：利用水泥窯生產本身可以回用的高溫熱量來提高水泥窯的發電量，雖然發電量可以提高，但節能效果確降低，因此是不能提倡的； (3)對于同一條水泥窯，發電用熱熱源相同但物料所需烘干熱源溫度不同時，烘干所需熱源溫度越高，噸熟料余