自一九九八年三月我廠4000t/d水泥生產(chǎn)線配套應(yīng)用純低溫余熱發(fā)電技術(shù)獲得了運轉(zhuǎn)成功。該技術(shù)和主要裝備是由日本川崎重工提供的，發(fā)電機裝機容量為6480kW，年設(shè)計發(fā)電量為4087×104kWh，噸熟料發(fā)電能力為33.88kW.h/t。

　　一、系統(tǒng)的主要技術(shù)特點：
     水泥廠余熱資源的特點是：流量大，品位較低。以寧國水泥廠4000t/d生產(chǎn)線為例，PH（預(yù)熱器）和AQC（冷卻機）出口廢氣流量和溫度分別為258550Nm3/h、350℃和306600Nm3/h、238℃，余熱發(fā)電便是充分利用這兩部分余熱資源進行熱能回收。
1）熱力系統(tǒng)
　　整個熱力系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)濟、高效、安全，系統(tǒng)工藝流程是由兩臺高效余熱鍋爐AQC、PH鍋爐、兩臺高低壓閃蒸器和一套汽輪發(fā)電機組組成，輔之以冷卻水系統(tǒng)、純水制取系統(tǒng)、鍋爐給水系統(tǒng)及鍋爐粉塵輸送系統(tǒng)。余熱鍋爐內(nèi)進行熱交換產(chǎn)生壓力為25kg/cm2、溫度為335℃～350℃、額定蒸發(fā)量為31.1t/h的過熱蒸汽通入汽輪機，進行能量轉(zhuǎn)換，拖動發(fā)電機向電網(wǎng)輸送電力。
?。?）采用凝汽式兩點混汽式汽輪機。凝汽式是指做過功的蒸汽充分冷凝成凝結(jié)水，重新進入系統(tǒng)循環(huán)，減少系統(tǒng)補充水量。混汽式是指汽輪機除主蒸汽外，另有兩路低壓飽和蒸汽導(dǎo)入汽輪機做功，從而提高汽輪機相對內(nèi)效率，提高發(fā)電機輸出功率。
?。?）設(shè)置具有專利技術(shù)、高熱效率的PH鍋爐，采用特殊設(shè)計的機械振打裝置進行受熱面除灰，保證鍋爐很高的傳熱效率。
?。?）應(yīng)用熱水閃蒸技術(shù)（高壓熱水進入低壓空間瞬間汽化現(xiàn)象），設(shè)置一臺高壓閃蒸器和一臺低壓閃蒸器，一方面將閃蒸出的飽和蒸汽導(dǎo)入汽輪機做功，進一步提高汽輪機輸出功率，另一方面通過鍋爐給水系統(tǒng)循環(huán)，可以有效地控制AQC爐省煤器段出口水溫，保證鍋爐給水工況穩(wěn)定。
　（4）由于PH鍋爐出口廢氣還要用于原料烘干，所以PH鍋爐無省煤器，只設(shè)蒸發(fā)器和過熱器，控制出爐煙溫在250℃，以滿足水泥生產(chǎn)線原料烘干的需求。
?。?）采用熱水閃蒸自除氧結(jié)合化學(xué)除氧的辦法進行除氧，不另設(shè)除氧器，減少了工藝設(shè)備，簡化了工藝流程。
?。?）熱力泵均采用一用一備雙系列。在運行泵出現(xiàn)故障時，備用泵自動投入使用，保證了發(fā)電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行。
　　2）余熱鍋爐
　　AQC鍋爐設(shè)計為立式自然循環(huán)鍋爐，帶汽包，煙氣自上而下通過鍋爐，鍋爐自上而下布置過熱器、蒸發(fā)器和省煤器，由于廢氣粉塵為熟料顆粒，具有較強的磨礪性，需設(shè)置預(yù)除塵器進行預(yù)收塵，另外為增大換熱面積，強化換熱效果，AQC鍋爐的傳熱管設(shè)計為螺旋翅片管形式（鰭片管）。
　　AQC鍋爐工藝參數(shù)設(shè)計：煙氣入口溫度360℃，出口溫度91℃，煙氣流量165300Nm3/h，過熱蒸汽溫度350℃，蒸汽壓力26kg/cm2，額定蒸發(fā)量11.8t/h。
　　PH鍋爐設(shè)計為臥式強制循環(huán)鍋爐，帶汽包，設(shè)蒸發(fā)器和過熱器，煙氣在管外水平流動，受熱面為蛇形光管，上端固定在構(gòu)架上，下端為自由端，并焊有振打裝置的連桿。由于PH爐入爐粉塵為生料粉，具有較強的粘附性，影響傳熱效果，故設(shè)計機械振打裝置對受熱面定期振打，使受熱面保持干凈無灰，從而保證了很高的傳熱效果。由于工作介質(zhì)在傳熱管內(nèi)是上下流動形式，無法利用其重度差進行自然循環(huán)，故需用兩臺強制循環(huán)泵進行給水的強制循環(huán)。
　　PH鍋爐工藝參數(shù)設(shè)計：煙氣入口溫度350℃，出口溫度250℃，煙氣流量258550Nm3/h，過熱蒸汽溫度330℃，蒸汽壓力26kg/cm2，額定蒸發(fā)量19.3t/h。
　　兩鍋爐的工藝結(jié)構(gòu)特點對比如下表：

　  3）汽輪機
　　汽輪機的作用是將余熱鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為機械能從而帶動發(fā)電機發(fā)電的動力設(shè)備。寧國廠汽輪機為川崎RCM-80型，沖動式、多級、混壓凝汽式帶減速機型汽輪機，額定蒸汽流量31.1t/h，入口蒸汽壓力2.45MPa，蒸汽溫度335℃，排汽絕對壓力0.00585MPa，轉(zhuǎn)速5829rpm，級數(shù)為9級。
?。?）汽輪機為減速式汽輪機，通過減速機后轉(zhuǎn)速為1500rpm，這樣汽輪機的整體尺寸較小，暖機和沖轉(zhuǎn)所需的時間較短，便于汽輪機停機后能夠在短時間內(nèi)迅速再投入，適應(yīng)窯系統(tǒng)工況的波動。針對汽輪機后幾級葉片水份較多、易發(fā)生水蝕現(xiàn)象的特點，在低壓部分特別設(shè)計了集水槽和疏水孔，充分利用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的離心力分離水珠，避免水蝕。另在末兩級葉片前部覆蓋了一層特殊合金，以減輕水擊產(chǎn)生的損傷。
?。?）汽輪機的調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用電、液（壓）調(diào)節(jié)方式，感應(yīng)機構(gòu)為電磁式，執(zhí)行機構(gòu)為液壓傳動式。調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，保證了汽輪機在設(shè)計范圍內(nèi)的任何工況下穩(wěn)定運行。
?。?）根據(jù)水泥廠余熱性質(zhì)的特點，汽輪機的運行方式分為速度控制和壓力控制兩種方式。在汽輪機啟動過程中（提速及升負荷），以汽輪機轉(zhuǎn)速為主要控制參數(shù)，以保證汽輪發(fā)電機組正常并網(wǎng)；當(dāng)機組達到額定負荷時，切換到壓力控制方式，這時以汽輪機入口蒸汽壓力為主要控制參數(shù)，調(diào)節(jié)機組輸出功率以保證壓力基本穩(wěn)定，這種控制方式可適應(yīng)廢氣余熱參數(shù)的變化，使整個系統(tǒng)具有較強的適應(yīng)性和可靠性，并做到“熱盡其用”。機組出力超過限定值（約額定功率的110%），自動開啟旁路閥，將部分蒸汽直接導(dǎo)入凝汽器，起到保護發(fā)電機組的目的。
　   4）發(fā)電機
　　發(fā)電機設(shè)計為全封閉內(nèi)冷式三相交流同步發(fā)電機，勵磁方式采用無刷勵磁，額定輸出8100KVA，極數(shù)4極，電壓6300V，頻率50HZ，功率因數(shù)80%滯后，電流742A，空氣冷卻器采取水冷卻的方式。
     5）DCS控制系統(tǒng)
　　整個余熱發(fā)電系統(tǒng)采用先進的DCS集散控制系統(tǒng)，現(xiàn)場的各種工藝參數(shù)通過傳感器轉(zhuǎn)化為電信號送至中央控制室，由計算機進行分析并在CRT上顯示。中控操作通過觸摸屏發(fā)出指令，調(diào)整各煙風(fēng)閥門、汽水閥門的開度及設(shè)備的啟停等，使整個系統(tǒng)適應(yīng)工況變化。自控系統(tǒng)能夠根據(jù)相關(guān)參數(shù)自動進行汽水系統(tǒng)的調(diào)整，系統(tǒng)的操作簡便可靠，并設(shè)有完善的報警和保護程序，使整個發(fā)電工藝系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定運行。
　　二、寧國水泥廠4000t/d熟料生產(chǎn)線余熱發(fā)電項目運轉(zhuǎn)業(yè)績：
　　1）主要經(jīng)濟技術(shù)指標分析
　　自一九九八年三月開始實質(zhì)性運轉(zhuǎn)至二○○四年底，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，平均噸熟料發(fā)電量已達36.12kWh/t，相對窯運轉(zhuǎn)率為96.24%，累計發(fā)電量已達3.56億千瓦時。系統(tǒng)運行六年來實現(xiàn)了安全、穩(wěn)定、高效運行。請參見下面生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖表：
   表一

   表二

　　2）經(jīng)濟效益和社會效益
    水泥余熱發(fā)電項目充分利用熟料煅燒生產(chǎn)時排放的大量廢氣進行回收發(fā)電，即可降低水泥熟料的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，又能保護環(huán)境，創(chuàng)造良好的社會效益。余熱發(fā)電項目將成為海螺集團穩(wěn)定的經(jīng)濟增長點及清潔化生產(chǎn)的亮點。
（1）經(jīng)濟效益：
　　自發(fā)電機組正式并網(wǎng)以來，截止到二OO四年十二月底，發(fā)電機并網(wǎng)電量累計為33066.3萬千瓦時，按本地區(qū)現(xiàn)行綜合電價0.50元/kWh計算，創(chuàng)產(chǎn)值1.65億元。
（2）社會效益：
　　從能源利用率的角度來講，水泥生產(chǎn)過程中消耗的能源有效利用率僅為60%，其余40%的能量隨廢氣排放到大氣中，余熱發(fā)電建成后，可將排放掉的38%的廢氣余熱進行回收，使工廠的能源利用率提高到95%以上，為工廠的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。
　　從環(huán)境保護的角度來講，減少了二氧化碳的排放量。眾所周知火力發(fā)電是燃煤發(fā)電，在電力生產(chǎn)過程中要產(chǎn)生大量的二氧化碳，而余熱發(fā)電整個生產(chǎn)過程不燒1克煤，按發(fā)電機組截止到二OO四底累計發(fā)電量35612.6萬千瓦時來計算，共減少二氧化碳的排放量總計為284900噸，這對減少溫室效應(yīng)、保護生態(tài)環(huán)境起著積極的促進作用。
　　三、配套余熱發(fā)電技術(shù)對水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的影響：
　　1、冷卻機必要的改造
　　由于冷卻機出口的廢氣溫度多在200℃左右，這種溫度下的熱量品位很低，很難進行動力回收，因此需要對冷卻機進行必要的改造，使進入AQC爐的熱源品位提高。改造措施是在冷卻機中部（四室與五室之間）新開一抽氣口，利用這部分溫度在360℃左右的廢氣，引入AQC余熱鍋爐進行動力回收。原有抽氣口則抽取冷卻機后部低溫廢氣，壓力的平衡用擋板實現(xiàn)。鍋爐出口廢氣與原抽氣口的廢氣混合后進入窯頭電收塵。
　　2、窯頭電收塵的影響
　　冷卻機改造和窯頭余熱鍋爐的投入會對窯頭電收塵的收塵效果產(chǎn)生一定的影響。因為窯頭電收塵原設(shè)計為高溫電收塵，溫度在250℃以上時，收塵效果較好。窯頭余熱鍋爐的投入，使電收塵的入口廢氣溫度由220℃左右降至125℃左右，粉塵比電阻會產(chǎn)生一定的變化，從而影響收塵效果，粉塵比電阻過高，不利于收塵器運行。對照熟料粉塵比電阻曲線圖，125℃時粉塵比電阻約3.5×1010Ω.cm，處于較高水平，故余熱鍋爐投入后應(yīng)盡可能地降低入電收塵廢氣溫度（控制在100℃左右或以下效果更佳），從而降低比電阻，必要時需采取廢氣調(diào)質(zhì)措施來提高收塵效果。
　　3、窯頭排風(fēng)機的影響
　　由于在冷卻機前設(shè)置了余熱鍋爐及冷卻機改造，廢氣全流程的阻力比原來增加約1.0kPa，需要排風(fēng)機提供更大的抽力。水泥廠的窯頭排風(fēng)機設(shè)計能力一般都有較大的余量，一般來說可以適應(yīng)改造后的工況，只需調(diào)整其工作點。寧國一線窯頭風(fēng)機能力較大，電機額定電流為84A，投入AQC爐后，電機電流由59A升至72A左右，能滿足AQC爐在120%負荷下運行。
　　4、窯尾排風(fēng)機的影響
　　由于在風(fēng)機前加入一臺PH余熱鍋爐，壓力損失約增加1.0kPa，但由于進入風(fēng)機廢氣密度的增大，提高了風(fēng)機的輸出壓力，而且進入風(fēng)機的廢氣含塵量大大降低，故對窯尾風(fēng)機影響不大，一般只需調(diào)整其工作點，不需更換風(fēng)機。
　　5、原料磨的影響
　　寧國一線原料磨為球磨機，對入磨熱風(fēng)溫度有較高要求，增設(shè)PH鍋爐后，窯尾排風(fēng)機入口溫度將由350℃左右降至250℃，入磨風(fēng)溫的下降，使原料磨的烘干能力受到一定的不利影響，從而影響到原料磨的生產(chǎn)能力，雨季時入磨水份較高，則需考慮PH爐的旁路放風(fēng)，提高入磨風(fēng)溫，保證水泥生產(chǎn)。如果原料磨采用立磨，則對入磨風(fēng)溫的要求就寬松得多，可以降至200℃，從而PH爐的設(shè)計參數(shù)會相應(yīng)改變，鍋爐的出力會相應(yīng)增加，噸熟料發(fā)電量會有所提高。
　　6、增濕塔的影響
　　寧國一線在PH爐投入前增濕塔噴水量約24t/h，PH爐投入后，煙溫降至250℃，且煙氣含塵量降低，故增濕塔噴水量大為減少，已能保證窯尾電收塵的工作效率。目前水泥生產(chǎn)線增濕塔的工藝布置均在窯尾高溫風(fēng)機前的廢氣管道上，PH爐的工藝布置與增濕塔是“并聯(lián)”關(guān)系，PH爐投入運行，增濕塔則退出，可能會影響到窯尾電收塵的收塵效果，必要時需考慮采用廢氣調(diào)質(zhì)措施。
　　綜上所述，余熱鍋爐的投入，會產(chǎn)生廢氣溫度的變化及壓損的增加，對原料磨、增濕塔、窯頭電收塵及排風(fēng)機等設(shè)備運行工況產(chǎn)生一定的影響，但一般影響較小，通過工藝參數(shù)、設(shè)備工況調(diào)整即可解決，除對冷卻機做較大的改造外，增設(shè)余熱鍋爐在技術(shù)上是沒有問題的。
　　四、余熱發(fā)電技術(shù)在海螺集團推廣應(yīng)用的前景：
　　通過水泥余熱發(fā)電項目在寧國水泥廠的成功應(yīng)用，充分說明新型干法水泥窯配套余熱發(fā)電裝置在技術(shù)上是完全可行的，它充分利用了水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量廢氣余熱進行動力回收，每噸熟料可回收35～40kWh的電能，并且該系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定運行，相對窯的運轉(zhuǎn)率可達97%以上，發(fā)電成本非常低，相對外購電價可節(jié)約大量的購電費用。所以該項技術(shù)的應(yīng)用，既可降低水泥的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，又可以為國家節(jié)約大量的電能，減少環(huán)境污染，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
　　海螺集團擁有已建和在建的二十多條5000t/d以上的水泥生產(chǎn)線，對水泥配套應(yīng)用余熱發(fā)電技術(shù)取得了一定的經(jīng)驗。集團公司已計劃從2005年起將水泥余熱發(fā)電項目作為水泥產(chǎn)業(yè)新技術(shù)在集團多個熟料基地、2500t/d以上的水泥生產(chǎn)線上擬配套建設(shè)應(yīng)用。我們堅信純低溫余熱發(fā)電技術(shù)在海螺集團一定能得到成功應(yīng)用，為保護環(huán)境，為水泥產(chǎn)業(yè)的節(jié)能技術(shù)的推廣做出我們應(yīng)有的貢獻。