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摘要：低温余热发电技术在我国水泥、钢铁、冶金、石化等行业得到了广泛的应用，虽然技术越来越成熟，但是在生产的过程中所产生的余热却一直无法得到有效的利用，这种余热往往具有较大的利用价值。本文以南方水泥公司为主要分析对象，通过对南方水泥的余热发电系统进行优化升级提高水泥生产系统的生产效率。本文首先提出了余热发电系统原出现的问题，其次提出了技术优化升级方案及实施，最后分析其优化升级效果。
关键词：低温余热发电；发电系统；优化
1 引言
随着国民经济的高速发展，可利用资源越来越少，能源紧缺的局面在一段时间内很难得到缓解，回收余热并谋求余热的有效利用是推进节能工作的重要课题之一。
南方水泥有限公司为了公司的发展，在2006年对两条生产线进行了复合闪蒸纯余热发电系统建设，但是由于技术、设计理念、配套设施等都不够成熟，其余热发电系统效果欠佳，发电量平均在5000～8000kW，吨熟料发电量仅为18kWh。鉴于此种情况，公司在2011年8月对整个系统进行了全面的优化升级，优化升级后，其发电效果明显得到了提升。
2 余热发电系统原出现的问题
原设计余热发电系统为“四炉一机”系统，为了提高C1级出口废气温度，将两台水泥窑5 级预热器优化升级成4级使用（“五改四”），实际运行中的参数见表1。
2.1 系统运行不稳定
“五改四”后，两个窑尾烟气的温度有了明显的提高，1号线达到420℃，2 号线达到370℃，发电量一度有了很大的提高，但是两个窑系统却出现不适应，主要表现为：系统热耗明显增加，三级、四级旋风筒频繁塌料、分解炉温度不稳定、窑煅烧能力下降、窑内结圈、熟料质量变差等。后来被迫逐步减少“四级预热器”系统内的分料，最终采用在“四级预热器”、“五级预热器”各分料50%的操作方法，才使得发电和水泥窑系统运行相对稳定。
2.2 发电量低
即便是采用“五改四”方式的时候，两线的 C1级出口温度也没有达到 430℃和 420℃的设计值， 锅炉入口温度更是比设计数值分别降低了51℃和 47℃，这时的峰值发电量也只是在 8 000kWh/h 左右，与设计数值还相差很多。
为了保证系统运转，逐步减少了“四级预热”分料量，也就造成了两线C1级出口温度逐步下降，余热发电功率也就稳定在6000～6500kW 左右，发电功率不足设计的 50%。
2.3 篦冷机余风烟气温度不能有效利用
开始由于生产线处于低台时产量状态，篦冷机余热废气温度不高，所以两台 AQC锅炉均设计为热水锅炉，设计入口烟气温度分别为1号AQC锅炉225℃，2号AQC 锅炉230℃。但是在实际运行中进入两线锅炉的烟气温度均超过了280℃，尤其是在实施提产计划以后，进入AQC锅炉烟气的温度分别达到了1号>300℃，2 号>340℃的水平，大大超出了设计水平，两台 AQC 热水锅炉无法全部应用。在运行中为避免炉内热水汽化只能抽取少部分热风取热，其余部分则排入大气，造成了热污染和熱能的浪费。
2.4 煤磨烘干能力不足
1号线煤粉系统的烘干热源均取自窑尾高温风机出口废气，原设计该处热风温度在270℃左右，完全可以满足煤磨烘干要求。窑尾余热锅炉投入后出高温风机热风温度大幅度降低，仅仅为220℃左右，造成煤磨烘干能力不足，磨机出口温度由原来的70～75℃降低到不足50℃，煤粉水分上升，煤粉仓频繁出现棚仓、挂壁、断料等喂煤事故，严重影响了1号窑的正常运转。
3 技术优化升级方案及实施
我公司经过充分准备后于2011年8月下旬开始实施优化升级。系统设计参数见表 2。
（1）两台窑头AQC锅炉优化升级成蒸汽锅炉，增加蒸发器汽包、集箱和强制循环泵。原有锅炉本体受热面不做大的改动，只是将原来的受热面依据锅炉原理进行了重新分配调整，同时增加汽包和强制循环泵就可以满足要求。
（2）为满足窑头锅炉蒸汽要求，相应地优化升级窑头取风口，在篦冷机中段开口抽取温度高于400℃的高温烟气。由于正常运行中篦冷机余风的温度平均在300℃左右，这种温度下的热量品位比较低，很难满足窑头产生高温蒸汽的需要，因此需要将篦冷机取风口做适当的调整。
（3）增加一条专用管道并更换了煤磨系统高温引风机直接抽取锅炉之前的热风。为了保证1号窑尾锅炉运行的时候1号煤磨系统烘干热源得到保证，对煤磨烘干热源取风点做了优化升级，增加了一条准800mm的风管，同时更换了煤磨系统高温引风机，使得煤磨热风直接取自于窑尾锅炉进风口，杜绝了锅炉投运时煤磨烘干能力不足的问题。
（4）1号窑尾锅炉短接省煤器增加锅炉出口烟气温度，满足生料磨系统烘干要求。原计划将1号窑尾锅炉省煤器拆除，使出口烟气温度达到230℃以上。经过反复考虑后最终选择在优化升级时只利用阀门对该省煤器进行短接，保留必要的受热面积。
（5）对发电系统进行了全面治理 ，尽可能地使整个系统恢复所有功能。由于整个余热系统已经运行了2年多，系统存在不少问题，为了确保优化升级后的运行效果，优化升级方案尤其注意了系统“消缺”的处理。
4 优化升级效果
余热系统的优化升级在2012年4月份基本完成，优化升级后的的“四炉一机”系统也在6月19号全部投入运行发电，经过实验观察，余热系统和窑系统都趋于稳定，锅炉运行参数见表3，发电量亦初步稳定在10800kW，吨熟料发电量达到了32kWh/t 熟料，初步实现了预期目标。
5 结束语
（1）低温余热发电系统对水泥生产系统是至关重要的，它们是相辅相成的关系，每个公司在进行生产的过程中必须要依据自身情况进行慎重的考虑，要实现发电、水泥的综合效益最大化。
（2）企业应从发电、水泥生产两个系统进行综合考虑来决定窑尾预热器匹配的级数是四级或是五级，而不是随便决定。
参考文献
[1] 王学斌，赵钦新，惠世恩，徐通模，周屈兰. 纯低温余热发电系统热工参数的设计优化[J]. 锅炉技术. 2008（06）
[2] 廖家平，潘卫. 纯低温余热发电模型的研究[J]. 湖北工业大学学报. 2009（02）
[3] 吕桂峰. 水泥余热发电热力循环系统[J]. 安装. 2009（01）
关键词：低温余热发电；发电系统；优化
1 引言
随着国民经济的高速发展，可利用资源越来越少，能源紧缺的局面在一段时间内很难得到缓解，回收余热并谋求余热的有效利用是推进节能工作的重要课题之一。
南方水泥有限公司为了公司的发展，在2006年对两条生产线进行了复合闪蒸纯余热发电系统建设，但是由于技术、设计理念、配套设施等都不够成熟，其余热发电系统效果欠佳，发电量平均在5000～8000kW，吨熟料发电量仅为18kWh。鉴于此种情况，公司在2011年8月对整个系统进行了全面的优化升级，优化升级后，其发电效果明显得到了提升。
2 余热发电系统原出现的问题
原设计余热发电系统为“四炉一机”系统，为了提高C1级出口废气温度，将两台水泥窑5 级预热器优化升级成4级使用（“五改四”），实际运行中的参数见表1。
2.1 系统运行不稳定
“五改四”后，两个窑尾烟气的温度有了明显的提高，1号线达到420℃，2 号线达到370℃，发电量一度有了很大的提高，但是两个窑系统却出现不适应，主要表现为：系统热耗明显增加，三级、四级旋风筒频繁塌料、分解炉温度不稳定、窑煅烧能力下降、窑内结圈、熟料质量变差等。后来被迫逐步减少“四级预热器”系统内的分料，最终采用在“四级预热器”、“五级预热器”各分料50%的操作方法，才使得发电和水泥窑系统运行相对稳定。
2.2 发电量低
即便是采用“五改四”方式的时候，两线的 C1级出口温度也没有达到 430℃和 420℃的设计值， 锅炉入口温度更是比设计数值分别降低了51℃和 47℃，这时的峰值发电量也只是在 8 000kWh/h 左右，与设计数值还相差很多。
为了保证系统运转，逐步减少了“四级预热”分料量，也就造成了两线C1级出口温度逐步下降，余热发电功率也就稳定在6000～6500kW 左右，发电功率不足设计的 50%。
2.3 篦冷机余风烟气温度不能有效利用
开始由于生产线处于低台时产量状态，篦冷机余热废气温度不高，所以两台 AQC锅炉均设计为热水锅炉，设计入口烟气温度分别为1号AQC锅炉225℃，2号AQC 锅炉230℃。但是在实际运行中进入两线锅炉的烟气温度均超过了280℃，尤其是在实施提产计划以后，进入AQC锅炉烟气的温度分别达到了1号>300℃，2 号>340℃的水平，大大超出了设计水平，两台 AQC 热水锅炉无法全部应用。在运行中为避免炉内热水汽化只能抽取少部分热风取热，其余部分则排入大气，造成了热污染和熱能的浪费。
2.4 煤磨烘干能力不足
1号线煤粉系统的烘干热源均取自窑尾高温风机出口废气，原设计该处热风温度在270℃左右，完全可以满足煤磨烘干要求。窑尾余热锅炉投入后出高温风机热风温度大幅度降低，仅仅为220℃左右，造成煤磨烘干能力不足，磨机出口温度由原来的70～75℃降低到不足50℃，煤粉水分上升，煤粉仓频繁出现棚仓、挂壁、断料等喂煤事故，严重影响了1号窑的正常运转。
3 技术优化升级方案及实施
我公司经过充分准备后于2011年8月下旬开始实施优化升级。系统设计参数见表 2。
（1）两台窑头AQC锅炉优化升级成蒸汽锅炉，增加蒸发器汽包、集箱和强制循环泵。原有锅炉本体受热面不做大的改动，只是将原来的受热面依据锅炉原理进行了重新分配调整，同时增加汽包和强制循环泵就可以满足要求。
（2）为满足窑头锅炉蒸汽要求，相应地优化升级窑头取风口，在篦冷机中段开口抽取温度高于400℃的高温烟气。由于正常运行中篦冷机余风的温度平均在300℃左右，这种温度下的热量品位比较低，很难满足窑头产生高温蒸汽的需要，因此需要将篦冷机取风口做适当的调整。
（3）增加一条专用管道并更换了煤磨系统高温引风机直接抽取锅炉之前的热风。为了保证1号窑尾锅炉运行的时候1号煤磨系统烘干热源得到保证，对煤磨烘干热源取风点做了优化升级，增加了一条准800mm的风管，同时更换了煤磨系统高温引风机，使得煤磨热风直接取自于窑尾锅炉进风口，杜绝了锅炉投运时煤磨烘干能力不足的问题。
（4）1号窑尾锅炉短接省煤器增加锅炉出口烟气温度，满足生料磨系统烘干要求。原计划将1号窑尾锅炉省煤器拆除，使出口烟气温度达到230℃以上。经过反复考虑后最终选择在优化升级时只利用阀门对该省煤器进行短接，保留必要的受热面积。
（5）对发电系统进行了全面治理 ，尽可能地使整个系统恢复所有功能。由于整个余热系统已经运行了2年多，系统存在不少问题，为了确保优化升级后的运行效果，优化升级方案尤其注意了系统“消缺”的处理。
4 优化升级效果
余热系统的优化升级在2012年4月份基本完成，优化升级后的的“四炉一机”系统也在6月19号全部投入运行发电，经过实验观察，余热系统和窑系统都趋于稳定，锅炉运行参数见表3，发电量亦初步稳定在10800kW，吨熟料发电量达到了32kWh/t 熟料，初步实现了预期目标。
5 结束语
（1）低温余热发电系统对水泥生产系统是至关重要的，它们是相辅相成的关系，每个公司在进行生产的过程中必须要依据自身情况进行慎重的考虑，要实现发电、水泥的综合效益最大化。
（2）企业应从发电、水泥生产两个系统进行综合考虑来决定窑尾预热器匹配的级数是四级或是五级，而不是随便决定。
参考文献
[1] 王学斌，赵钦新，惠世恩，徐通模，周屈兰. 纯低温余热发电系统热工参数的设计优化[J]. 锅炉技术. 2008（06）
[2] 廖家平，潘卫. 纯低温余热发电模型的研究[J]. 湖北工业大学学报. 2009（02）
[3] 吕桂峰. 水泥余热发电热力循环系统[J]. 安装. 2009（01）