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摘要：余热发电技术推动了水泥行业节能减排的发展，经过近几年的努力，从初始的中空窑余热发电到现阶段的国产化的纯低温余热发电技术，余热发电技术在水泥行业迅速推广并发展，在这个过程中形成了两代水泥窑纯低温余热发电技术。本文结合目前中国水泥行业纯低温余热电站情况，探讨了目前水泥窑纯低温余热发电技术的发展。
关键词：水泥窑；纯低温；余热发电
1、水泥窑第一代纯低温余热发电技术[1]
在不影响水泥熟料产量、质量，不降低水泥窑运转率，不改变水泥生产工艺流程、设备，不增加熟料电耗和热耗的前提下，采用0.69MPa～1.27MPa—280℃～340℃蒸汽将新型干法水泥窑（以下简称“水泥窑”）窑尾预热器排出的废气余热、窑头熟料冷却机排出的废气余热转化为电能的技术为水泥窑第一代纯低温余热发电技术。
1.1 第一代纯低温余热发电技术的特征
1）冷却机仅设一个用于发电的抽废气口；
2）汽轮机主蒸汽温度不可调整，随水泥窑废气温度的变化而变化；
3）窑头余热锅炉、窑尾余热锅炉给水系统为串联系统；
4）采用额外消耗化学药品或电能的锅炉给水除氧系统。
1.2 技术特点
1）将水泥窑窑头熟料冷却机排出的总废气分为两个部分自冷却机中抽出，其中：在冷却中部设一个抽废气口，抽出400℃以下废气设置一台冷却机余热锅炉（简称AQC余热锅炉），利用这部分废气经AQC余热锅炉生产蒸汽及热水通过汽轮机及发电机转换为电能；在冷却机尾部设一个抽废气口抽出120℃以下废气，这部分废气直接排放。
2）利用水泥窑窑尾预热器排出的废气设置一台窑尾预热器余热锅炉（简称SP锅炉），排出的废气经SP余热锅炉生产蒸汽，SP余热锅炉生产的蒸汽与AQC余热锅炉生产的蒸汽及热水合并后通过汽轮机及发电机转换为电能。SP锅炉排出的废气温度不可调整且需满足水泥生产用原燃材料烘干所需的最高温度。
3）发电主蒸汽参数均采用0.69～1.27MPa—280～340℃，每吨熟料余热实际发电能力约为3140kJ/kg熟料——28～35kwh。
2、水泥窑第二代纯低温余热发电技术[1]
在不影响水泥熟料产量、质量，不降低水泥窑运转率，不改变水泥生产工艺流程、设备，不增加熟料电耗和热耗的前提下，采用1.27MPa～3.43MPa—340℃～435℃蒸汽将水泥窑窑尾预热器排出的废气余热、窑头熟料冷却机排出的废气余热转化为电能的技术为水泥窑第二代纯低温余热发电技术。
2.1第二代纯低温余热发电技术的特征
1）冷却机设置两个或两个以上用于发电的抽废气口；
2）窑头设置独立的蒸汽过热器，汽轮机主蒸汽温度可调整，不随水泥窑废气温度的变化而变化；
3）在窑尾最后一级预热器内设置独立的蒸汽过热器，以提高电站运转率并稳定电站运行；
4）窑头余热锅炉、窑尾余热锅炉给水系统为各自独立、互不影响的并联系统；
5）锅炉给水除氧系统采用145℃以下低温废气余热，不再额外消耗化学药品或电能；
6）窑尾余热锅炉设置锅炉出口废气温度可调整装置已满足不同季节、不同湿度的物料烘干要求。
2.2技术特点
第二代水泥窑纯低温余热发电技术特点具有第一代水泥窑纯低温余热发电技术特点的同时，还另具有如下几个自身的特点：
1）冷却机采用多级取废气方式，为电站采用相对高温高压主蒸汽参数及实现按废气温度将废气热量进行梯级利用的原理创造条件；
2）设置独立的熟料冷却机废气余热蒸汽过热器，为调整控制蒸汽参数创造条件；
3）电站热力系统采用1.27～3.43MPa—340～435℃相对高温高压主蒸汽参数，为提高余热发电能力提供保证；
4）汽轮机采用多级混压进汽汽轮机，AQC余热锅炉采用1.47～3.43MPa相对高压蒸汽段、0.15～0.5MPa低压蒸汽段、100～120℃热水段布置受热面；
5）窑头AQC余热锅炉、窑尾SP余热锅炉给水系统各自独立，为两台锅炉的运行互不影响创造条件；
6）锅炉给水除氧系统采用145℃以下低温废气余热，不再额外消耗化学药品或电能。
3、水泥窑第一代、第二代纯低温余热发电技术的比较[2]
第二代水泥窑纯低温发电技术相对于第一代余热发电技术有如下优点：
1）余热可以同时生产次中压或中压饱和至450℃的过热蒸汽、0.1～0.5Mpa饱和至180℃的低压低温蒸汽、85～110℃热水；
2）热力循环系统可以采用次中压中温或中压中温参数，提高了热力循环系统效率，在充分利用水泥窑不同废气温度的余热的同时，实现了热量根据其温度进行梯级利用的原理。
3）第二代水泥窑纯低温发电热力循环系统、循环参数及废气取热方式使水泥窑废气余热按其质量最大限度地转换为了电能，从而使余热发电能力比第一代水泥窑纯低温发电技术得以大幅提高，实际可达到3140KJ/Kg--38～45kwh/t。同第一代纯低温余热发电技术相比，在熟料热耗不变的前提下，余热发电能力可以提高12.5%～31.25%；
4）解决了第一代纯低温发电技术主蒸汽温度不能调温从而影响汽轮机使用寿命的问题；
5）采用较高的主蒸汽压力和温度，为汽轮机采用大范围变化主蒸汽压力和温度的滑参数运行创造了条件，使发电系统的运转率、可靠性提高，对水泥窑生产波动的适应性也比第一代技术好的多；
6）解决了AQC、SP两台锅炉给水系统串连从而互相影响、给水系统调控困难、系统运行不稳定等问题；
7）窑尾余热锅炉设置了锅炉出口废气温度可调整装置，使锅炉出口废气温度既能满足水泥生产所需原燃材料烘干所需废气温度的变化，又使余热最大限度地转化为了电能；
8）锅炉给水除氧系统采用145℃以下低温废气余热热力除氧，不再额外消耗化学药品或电能，提高了锅炉给水的稳定性和连续性。
4、余热发电对水泥窑的影响[1]
余热发电投入运行后对水泥生产总会有些影响的，其主要为：由于窑尾增设了余热锅炉使废气温度大幅降低而不能喷水增湿，这样将影响窑尾废气收尘效果，同时需调整原料烘干废气运行参数；由于窑头增设了余热锅炉，当冷却机废气排风机原设计能力不足时，需调整或更换。余热电站虽然对水泥熟料生产线的上述几个环节有一定影响，但同时在其它一些环 节也有利于水泥熟料生产线的运行：如可以降低窑尾高温风机及除尘器负荷（风温降低、粉尘减少），可以避免冷却机废气除尘器经常被烧坏而影响收尘效果等。
5、水泥窑纯低温余热发电技术的发展目标
通过对第二代纯余热发电技术调试及试生产所取得的初步经验，并进一步分析水泥生产工艺过程及废气温度和热量分布情况，目前第三代纯余热发电技术已研究开发成型，其目标为：对于新型干法窑，在保证满足生料烘干所需废气参数、煤磨烘干所需废气参数、不影响水泥生产、不增加水泥熟料烧成热耗及电耗、不改变水泥生产用原燃料的烘干热源、不改变水泥生产的工艺流程及设备的条件下，每吨熟料余热发电量达到或超过3140kJ/kg-48～52.5kwh（对于实际产量为5500t/d的水泥窑，发电机组可为12000～15000KW）。其最终目标：在可以看得见的将来，通过水泥窑余热发电技术的发展结合水泥熟料生产用电系统和设备节能技术的进步，实现水泥熟料的生产除每公斤熟料消耗3140～3350kJ燃料外电能消耗为零。
参考文献：
[1] 何保华， 唐金泉， 唐兆伟， 洪陈华. 两代水泥窑纯余热发电技术及相关问题比较研究[J].水泥，2007，（1）：16-19.
[2] 唐金泉， 常子冈， 唐兆伟. 提高回转窑纯低温余热发电能力的途径[J].水泥，2005，（4）：8-14
关键词：水泥窑；纯低温；余热发电
1、水泥窑第一代纯低温余热发电技术[1]
在不影响水泥熟料产量、质量，不降低水泥窑运转率，不改变水泥生产工艺流程、设备，不增加熟料电耗和热耗的前提下，采用0.69MPa～1.27MPa—280℃～340℃蒸汽将新型干法水泥窑（以下简称“水泥窑”）窑尾预热器排出的废气余热、窑头熟料冷却机排出的废气余热转化为电能的技术为水泥窑第一代纯低温余热发电技术。
1.1 第一代纯低温余热发电技术的特征
1）冷却机仅设一个用于发电的抽废气口；
2）汽轮机主蒸汽温度不可调整，随水泥窑废气温度的变化而变化；
3）窑头余热锅炉、窑尾余热锅炉给水系统为串联系统；
4）采用额外消耗化学药品或电能的锅炉给水除氧系统。
1.2 技术特点
1）将水泥窑窑头熟料冷却机排出的总废气分为两个部分自冷却机中抽出，其中：在冷却中部设一个抽废气口，抽出400℃以下废气设置一台冷却机余热锅炉（简称AQC余热锅炉），利用这部分废气经AQC余热锅炉生产蒸汽及热水通过汽轮机及发电机转换为电能；在冷却机尾部设一个抽废气口抽出120℃以下废气，这部分废气直接排放。
2）利用水泥窑窑尾预热器排出的废气设置一台窑尾预热器余热锅炉（简称SP锅炉），排出的废气经SP余热锅炉生产蒸汽，SP余热锅炉生产的蒸汽与AQC余热锅炉生产的蒸汽及热水合并后通过汽轮机及发电机转换为电能。SP锅炉排出的废气温度不可调整且需满足水泥生产用原燃材料烘干所需的最高温度。
3）发电主蒸汽参数均采用0.69～1.27MPa—280～340℃，每吨熟料余热实际发电能力约为3140kJ/kg熟料——28～35kwh。
2、水泥窑第二代纯低温余热发电技术[1]
在不影响水泥熟料产量、质量，不降低水泥窑运转率，不改变水泥生产工艺流程、设备，不增加熟料电耗和热耗的前提下，采用1.27MPa～3.43MPa—340℃～435℃蒸汽将水泥窑窑尾预热器排出的废气余热、窑头熟料冷却机排出的废气余热转化为电能的技术为水泥窑第二代纯低温余热发电技术。
2.1第二代纯低温余热发电技术的特征
1）冷却机设置两个或两个以上用于发电的抽废气口；
2）窑头设置独立的蒸汽过热器，汽轮机主蒸汽温度可调整，不随水泥窑废气温度的变化而变化；
3）在窑尾最后一级预热器内设置独立的蒸汽过热器，以提高电站运转率并稳定电站运行；
4）窑头余热锅炉、窑尾余热锅炉给水系统为各自独立、互不影响的并联系统；
5）锅炉给水除氧系统采用145℃以下低温废气余热，不再额外消耗化学药品或电能；
6）窑尾余热锅炉设置锅炉出口废气温度可调整装置已满足不同季节、不同湿度的物料烘干要求。
2.2技术特点
第二代水泥窑纯低温余热发电技术特点具有第一代水泥窑纯低温余热发电技术特点的同时，还另具有如下几个自身的特点：
1）冷却机采用多级取废气方式，为电站采用相对高温高压主蒸汽参数及实现按废气温度将废气热量进行梯级利用的原理创造条件；
2）设置独立的熟料冷却机废气余热蒸汽过热器，为调整控制蒸汽参数创造条件；
3）电站热力系统采用1.27～3.43MPa—340～435℃相对高温高压主蒸汽参数，为提高余热发电能力提供保证；
4）汽轮机采用多级混压进汽汽轮机，AQC余热锅炉采用1.47～3.43MPa相对高压蒸汽段、0.15～0.5MPa低压蒸汽段、100～120℃热水段布置受热面；
5）窑头AQC余热锅炉、窑尾SP余热锅炉给水系统各自独立，为两台锅炉的运行互不影响创造条件；
6）锅炉给水除氧系统采用145℃以下低温废气余热，不再额外消耗化学药品或电能。
3、水泥窑第一代、第二代纯低温余热发电技术的比较[2]
第二代水泥窑纯低温发电技术相对于第一代余热发电技术有如下优点：
1）余热可以同时生产次中压或中压饱和至450℃的过热蒸汽、0.1～0.5Mpa饱和至180℃的低压低温蒸汽、85～110℃热水；
2）热力循环系统可以采用次中压中温或中压中温参数，提高了热力循环系统效率，在充分利用水泥窑不同废气温度的余热的同时，实现了热量根据其温度进行梯级利用的原理。
3）第二代水泥窑纯低温发电热力循环系统、循环参数及废气取热方式使水泥窑废气余热按其质量最大限度地转换为了电能，从而使余热发电能力比第一代水泥窑纯低温发电技术得以大幅提高，实际可达到3140KJ/Kg--38～45kwh/t。同第一代纯低温余热发电技术相比，在熟料热耗不变的前提下，余热发电能力可以提高12.5%～31.25%；
4）解决了第一代纯低温发电技术主蒸汽温度不能调温从而影响汽轮机使用寿命的问题；
5）采用较高的主蒸汽压力和温度，为汽轮机采用大范围变化主蒸汽压力和温度的滑参数运行创造了条件，使发电系统的运转率、可靠性提高，对水泥窑生产波动的适应性也比第一代技术好的多；
6）解决了AQC、SP两台锅炉给水系统串连从而互相影响、给水系统调控困难、系统运行不稳定等问题；
7）窑尾余热锅炉设置了锅炉出口废气温度可调整装置，使锅炉出口废气温度既能满足水泥生产所需原燃材料烘干所需废气温度的变化，又使余热最大限度地转化为了电能；
8）锅炉给水除氧系统采用145℃以下低温废气余热热力除氧，不再额外消耗化学药品或电能，提高了锅炉给水的稳定性和连续性。
4、余热发电对水泥窑的影响[1]
余热发电投入运行后对水泥生产总会有些影响的，其主要为：由于窑尾增设了余热锅炉使废气温度大幅降低而不能喷水增湿，这样将影响窑尾废气收尘效果，同时需调整原料烘干废气运行参数；由于窑头增设了余热锅炉，当冷却机废气排风机原设计能力不足时，需调整或更换。余热电站虽然对水泥熟料生产线的上述几个环节有一定影响，但同时在其它一些环 节也有利于水泥熟料生产线的运行：如可以降低窑尾高温风机及除尘器负荷（风温降低、粉尘减少），可以避免冷却机废气除尘器经常被烧坏而影响收尘效果等。
5、水泥窑纯低温余热发电技术的发展目标
通过对第二代纯余热发电技术调试及试生产所取得的初步经验，并进一步分析水泥生产工艺过程及废气温度和热量分布情况，目前第三代纯余热发电技术已研究开发成型，其目标为：对于新型干法窑，在保证满足生料烘干所需废气参数、煤磨烘干所需废气参数、不影响水泥生产、不增加水泥熟料烧成热耗及电耗、不改变水泥生产用原燃料的烘干热源、不改变水泥生产的工艺流程及设备的条件下，每吨熟料余热发电量达到或超过3140kJ/kg-48～52.5kwh（对于实际产量为5500t/d的水泥窑，发电机组可为12000～15000KW）。其最终目标：在可以看得见的将来，通过水泥窑余热发电技术的发展结合水泥熟料生产用电系统和设备节能技术的进步，实现水泥熟料的生产除每公斤熟料消耗3140～3350kJ燃料外电能消耗为零。
参考文献：
[1] 何保华， 唐金泉， 唐兆伟， 洪陈华. 两代水泥窑纯余热发电技术及相关问题比较研究[J].水泥，2007，（1）：16-19.
[2] 唐金泉， 常子冈， 唐兆伟. 提高回转窑纯低温余热发电能力的途径[J].水泥，2005，（4）：8-14